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沖刷腐蝕試驗，常見于海洋環(huán)境或石油管道的金屬材料檢測項目里。在流體作用下，金屬材料會受到海水沖刷與腐蝕兩者的協(xié)同作用，由此產(chǎn)生的工業(yè)磨損遠(yuǎn)大于沖刷和腐蝕單獨作用之和。因此通過模擬海水沖刷腐蝕試驗，我們可以有效的評估金屬材料在工況下的耐腐蝕性能，從而預(yù)估其服役壽命，及時發(fā)現(xiàn)質(zhì)量缺陷，避免安全事故發(fā)生。在眾多的耐腐蝕性能的金屬材料中，銅及銅合金銅 因為具有良好的耐腐蝕性、較高的換熱系數(shù)和優(yōu)良的機(jī)械性能、焊接性能、抑制海洋微生物附著等特性，成為耐流動海水腐蝕性能的優(yōu)秀材料之一，它的部分型號甚至可以接受海水、泥沙及水中異物的高速沖刷，所以被廣泛應(yīng)用在海洋制造行業(yè)。

一、銅及銅合金管應(yīng)用情況介紹

在海洋工程領(lǐng)域中，銅及銅合金管主要被制成熱交換用管或輸液管道管系用管，常用于海水管路的銅合金牌號主要有TP2、BFe10-1-1，這類牌號的銅及銅合金主要用來制造艦船的管路、法蘭、閥門、波紋管等部位。常用于熱交換裝置的銅及銅合金牌號主要有TP2、BFel0-1-1、BFe30-1-1、HAl77-2、HSn70-lAB。這類牌號的銅及銅合金主要用來制造主冷凝器、輔冷凝器、加熱器、冷卻器、空調(diào)、管板、冷凝管和水室等部位。這里面HSn70-1牌號的錫黃銅管和BFel0-1-1、BFe30-1-1牌號的白銅管是主要的2種銅合金冷凝管，不過隨著技術(shù)的基本，產(chǎn)品多元化的發(fā)展，冷凝器及熱交換器的冷凝管品種也在不斷增加。像Cu-Ni合金就因其耐流動海水腐蝕性能好，被廣泛應(yīng)用在海水淡化處理管道、冷凝器管、海電廠的熱交換器等船舶與海洋工程海水管路系統(tǒng)，多的甚至能占船總重能達(dá)到2%～3%左右。

二、沖刷試驗方法介紹

銅及銅合金的海水沖刷腐蝕的研究方法主要有如下幾種方法：旋轉(zhuǎn)試驗法、管流試驗法、噴射試驗法，這幾種試驗方法各有特點，具體如下 ：

（1）旋轉(zhuǎn)試驗法

旋轉(zhuǎn)式試驗裝置是利用試樣或流體的旋轉(zhuǎn)使試樣與流體間產(chǎn)生相對運動，主要類型有旋轉(zhuǎn)圓盤式和旋轉(zhuǎn)圓環(huán)兩種。研究原理是以改變旋轉(zhuǎn)速率和圓盤直徑使在試樣表面上形成一系列不同的圓周速度，從而達(dá)到研究材料在不同流速下的腐蝕行為。這種研究方法對船艦的螺旋槳的工作情況能達(dá)到很好的模擬。該方法具有實驗裝置簡單、實驗周期短、測試用溶液量小(一般可小于4L)等優(yōu)點，因而使用比較廣泛。

（2）管流試驗法

管流試驗是另一種實驗室使用比較廣泛的研究方法，主要針對管道系統(tǒng)的沖刷腐蝕情況。研究原理是采用循環(huán)系統(tǒng)，使流體中固體顆粒分布均勻，并使流體以一定流速和流態(tài)沖刷材料表面，以研究管道系統(tǒng)材料在不同流速、流態(tài)條件下的腐蝕行為。試驗裝置對流速、流態(tài)的控制性比較好，具有良好的流體力學(xué)模型，因此研究結(jié)果具有很好的使用價值。但系統(tǒng)需要貯液槽和循環(huán)泵等部分組成，因此需要空間很大，而且測試所需溶液量很大，經(jīng)常大于40L;采用循環(huán)系統(tǒng)，要求循環(huán)泵持續(xù)工作，泵工作產(chǎn)生的熱量會引起水溫的升高，所以需要溫度控制系統(tǒng)控制水溫，同時泵閥的可靠性必須確保循環(huán)泵的持續(xù)工作。

（3）噴射試驗法

噴射方法與管流實驗方法一樣采用循環(huán)系統(tǒng)，設(shè)計思路是使流體從噴嘴處以一定流速、沖擊角度直接沖刷試樣表面，模擬管道系統(tǒng)的沖刷腐蝕情況;在實驗過程中，試樣放置位置固定不變，使對流速的控制性提高，而且流體流速可達(dá)到很高;也可以通過調(diào)節(jié)試樣位置與噴嘴相對角度，達(dá)到?jīng)_擊角度對材料表面沖刷腐蝕的影響研究，很好地模擬管道系統(tǒng)的拐角處的沖刷腐蝕情況；實驗裝置最大的優(yōu)點就是電化學(xué)測量十分容易，而且可在很高流速下進(jìn)行原位電化學(xué)測量。但由于流體直接對試樣表面噴射，該方法的沖刷情況比實際情況嚴(yán)重，與泵、管道的實際沖刷腐蝕條件有一定的差距，用此方法得出的材料沖刷腐蝕臨界速度往往比其它方法低。

通過上面介紹和比較，無疑旋轉(zhuǎn)試驗和管流試驗的優(yōu)點更多， 所以我們建議選擇采用旋轉(zhuǎn)試驗和管流試驗。由于海水沖刷試驗主要通過沖刷試驗機(jī)來實現(xiàn)各種環(huán)境因素的模擬，因此對實驗室環(huán)境要求不高，所以在試驗條件上，我們僅需要需保證正常的室溫條件即可，當(dāng)然，試驗設(shè)備元器件也要可靠運行。

三、試驗方案介紹

1、方案原理介紹

旋轉(zhuǎn)圓盤試驗：該方案將試樣固定在圓盤上，也可以固定在筒壁的試樣架上，通過在固定轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)動的圓盤帶動溶液旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行測試。由于試樣固定在圓盤上時，在慣性的作用下溶液流速和圓盤轉(zhuǎn)速存在不匹配現(xiàn)象，造成試樣表面的流速無法精確測量。試樣固定在筒壁時流速相對準(zhǔn)確，應(yīng)注意流速傳感器應(yīng)盡量和樣品接近，保證流速測量的準(zhǔn)確。該設(shè)備的結(jié)構(gòu)可以設(shè)計的很緊湊，試樣一般需要加工到40mm長度，也可制備試板，所以對樣品尺寸要求少。

管路沖刷試驗：該方案通過離心泵帶動試驗溶液流動，沖刷過樣品表面，適用于管徑較大的銅及銅合金樣品檢測。使用超聲流量計測量試驗附近的流速，流速測量較為準(zhǔn)確，流體狀態(tài)穩(wěn)定，但是要保證管內(nèi)流體的穩(wěn)定，盡量使試驗管徑和設(shè)備管徑接近，避免變徑時造成的流速變化。由于結(jié)構(gòu)限制，試驗設(shè)備占地面積較大、連接處較多，對實驗室空間、防水等有較高要求。

2、試驗試劑的選擇

由于試驗溶液的用量較大，目前化學(xué)純試劑的雜質(zhì)含量已經(jīng)滿足試驗要求，所以實驗中僅使用確認(rèn)為化學(xué)純及以上的試劑，所用水為GB/T 6682規(guī)定三級及以上蒸餾水或去離子水。使用氯化鈉和蒸餾水或去離子水配制濃度為3.5%(質(zhì)量百分比)的氯化鈉溶液，在氯化鈉溶液中按質(zhì)量百分比 0.15%加入主要成分為 SiO2 的海砂，海砂符合 JG/T 494-2016 的要求，細(xì)度模數(shù)為特細(xì)。

3、設(shè)備儀器說明

使用的儀器設(shè)備為專屬設(shè)備，而且由于試驗溶液具有一定的腐蝕性，所以設(shè)備材料必須考慮耐腐蝕性，因此需要使用強(qiáng)度較高的有機(jī)材料。另外試驗溶液加入了海砂，對設(shè)備材料會產(chǎn)生磨損，磨損下來的材料混在溶液中又會對試驗產(chǎn)生磨損，因此對材料的強(qiáng)度也提出了要求。 此外其他使用到的設(shè)備還有酸度計、電子天平、數(shù)字指示秤、游標(biāo)卡尺等。

4、試樣制備說明

試驗的目的是模擬實現(xiàn)銅合金管材在沖刷條件下的腐蝕，因此試驗過程中應(yīng)盡量選取全截面試樣，以重現(xiàn)試液在管內(nèi)的流動，旋轉(zhuǎn)圓盤試驗中流體以渦流的形態(tài)旋轉(zhuǎn)，因此其在管內(nèi)的流動并非穩(wěn)定的線性流動，所以試樣長度不宜過長，管路沖刷過程中流體一般是線性流動，長試樣可以使管內(nèi)的流體狀態(tài)較為平穩(wěn)，故推薦使用較長試樣。由于管路式試驗設(shè)備需要將試樣和試驗管連接，對試樣外徑有一定要求，因此建議試樣外徑不小于30mm。

5、試驗步驟

a、試驗前將試樣切割邊緣用砂紙打磨去除毛刺。

b、用游標(biāo)卡尺測量尺寸，計算試樣內(nèi)外表面積 S(保留 2 位小數(shù))。

c、用乙醇、丙酮等有機(jī)試劑清洗試樣，后用去離子水清洗，吹干后稱量質(zhì)量 m1，精確至 0.1mg。

d、將試樣固定試樣架上或安裝在沖刷管路上。

e、按照下表中試驗參數(shù)配制溶液、設(shè)置試驗參數(shù)。

f、啟動設(shè)備開始試驗。

g、達(dá)到規(guī)定試驗時間時，試驗停止。

h、取出試樣，按 GB/T 16545 要求清洗腐蝕產(chǎn)物。

i、清洗吹干后稱量質(zhì)量 m2，精確至 0.1mg。

j、樣品數(shù)量不少于 3 個

四、總結(jié)

以上便是本次銅及銅合金的海水沖刷腐蝕試驗的全部內(nèi)容介紹。我們在試驗前一定要對試樣進(jìn)行必要的清洗，盡量避免使用會腐蝕試驗區(qū)域或在試驗區(qū)域產(chǎn)生保護(hù)膜的有機(jī)溶劑。在我國，使用銅合金管道和設(shè)備的船舶，很多不能保證所需的統(tǒng)一壽命，有的在船體設(shè)計的是25年服役周期，但是往往只有10余年的使用壽命。原因就是由于銅合金管道抗水流沖刷腐蝕性能差，經(jīng)過6～8年使用，就出現(xiàn)大面積損壞現(xiàn)象，所以該海洋研究所設(shè)定的課題對于解決這方面的問題，極具指導(dǎo)價值的。