人工气候复合环境试验机和试验方法 本发明涉及一种人工气候复合环境试验机和试验方法。
在金属及其防护层的一般腐蚀试验设备与方法方面，当前普遍采用的是盐雾试验，在装备、材料的环境试验方面，采用的是一系列的单个试验。这些单因素环境试验有温度、辐射(光照)、淋雨、湿热、霉菌、盐雾、砂尘、振动等。国内外近一、二十年正在研究制订的复合腐蚀试验和综合环境试验方法，已发表的有下列几种类型。
1.在盐雾试验的基础上发展为喷雾，干燥、潮湿等因素的循环试验。这方面，日本的几家研究所和试验机制造公司自八十年代初就已开始研制，例如，制品研究所、土木研究所均有此类产品研制，SUGA试验机株式会社在双雾塔CASS盐雾试验箱基础上生产了CASSER-2OL-CY型周期喷雾复合腐蚀试验机。美国Q-PANEL公司有一种具有鼓风机、空气加热器、蒸汽发生器和喷嘴位于底部的Q-FOG CCT型循环腐蚀试验机。德国的Heraeus公司有一种喷嘴设在滑轨上的HSNK型复合试验盐雾箱。盐雾复合试验对模拟性的改善还不够理想，并且同样难以解决存在于盐雾试验的重要缺陷-重现性不良的问题。
2.在周期浸润(或称间歇浸渍)的基础上发展为浸润、干燥、潮湿等因素的循环试验。周期浸润复合腐蚀试验机有轮式的，上下交替的和溶液流进流出的几种类型。这方面也存在着进一步改善模拟性和重现性的问题。
3.以通入一种或多种腐蚀性气体为基础，控制恒温恒湿或凝露，或者带有干燥过程的循环试验。此类试验一般只用于模拟工业大气腐蚀。
4.几种环境因素组合的综合环境试验。例如，具有温度、湿度，振动三因素地综合环境试验机，这种试验机，我国航空系统已有自行研制的产品。
本发明的目的是提供一种对大气腐蚀的模拟性、加速性和重现性全面达到要求的复合腐蚀试验机和试验方法，为材料、防护器件、设备的气候环境试验和层腐蚀与老化领域提供一种具有多功能、能够适应多种国际标准和国家标准的试验机和试验方法，特别是提供一种同时能进行腐蚀-老化综合试验和多因素综合环境试验的试验机和试验方法。
本发明的技术方案是试验机主要由主机、降雨系统、喷雾系统、凝露系统、通入腐蚀性气体系统、温度湿度调控系统、氙灯光照系统和通风干燥系统构成。机体采用不锈钢内外蒙皮上下层双室结构，分别设计两种试验环境。上室为光照、干燥室；下室为潮湿、降雨、凝露、喷雾、通入腐蚀性气体等湿润室。试验机采用可周期升降并连续旋转的式样转盘框架结构，式样固定在升降框内平面转盘的夹具上。试验架上盖设水封刀，中隔层四周设水封槽，使上下室间形成一水封的中隔层。双组多因子循环综合作用的人工气候复合环境试验机共有八项可控环境因子进行复合腐蚀-老化试验和环境试验。
以本试验机为基础的试验方法由过硫酸钠添加剂强化加速模拟大气腐蚀电化学过程。并以湿润-干燥-恒温恒湿三种环境因素环试验为基本特征，其中湿润可以是降雨，也可以是喷雾，或者凝露并通入腐蚀性气体；干燥可以是热风吹干或则氙灯光照烘干。以构成一个系列六类试验方法，即：
(1)降雨-热风吹干-恒温恒湿；
(2)降雨-氙灯光照-恒温恒湿；
(3)凝露并通入SO2＋NO2或其它气体-热风吹于-恒温恒湿；
(4)凝露并通入SO2＋NO2或其它气体-氙灯光照-恒温恒湿；
(5)喷雾-热风吹干-恒温恒湿；
(6)喷雾-氙灯光照-恒温恒湿。
采用该试验机和该系列复合试验方法，可快速得出接近自然大气腐蚀的结果与规律。作为模拟大气腐蚀加速试验方法的关键性能模拟性、加速性和再现性有了全面提高。并可以在一台试验机内实现四或五项环境因素综合作用(四综合或五综合)的综合环境试验。
四综合气候环境试验，在一台试验机内进行温度、湿度、降雨、氙灯光照四项综合环境试验。五综合是温度、湿度(可同时通入腐蚀性气体)、降雨(或降雾)、通风、氙灯光照五项综合环境试验。
由上下层双室结构和八项可控环境因子形成的功能，使本试验机可进行18种现行标准腐蚀试验和环境试验。
图1为人工气候复合环境试验机
主机箱体1为25×25浸锌角钢构架，内外双包1mm不锈钢蒙皮，由水封中隔层分隔为上下层双室结构，上下室分别设计两种试验环境，上室15设置温度、湿度、通风系统11和氙灯光照调控系统10；下室12设置温度、湿度、降雨、喷雾、凝露和通入腐蚀性气体调控系统。采用可周期升降并定时正反旋转的试样转盘4与升降框架结构2，试样固定在升降框内平面转盘的夹具上，保证了试样经受环境因素作用的均匀性。
升降机构13由位于箱顶的升降马达、减速器、传动机构、升降装置和试样升降框2构成。
旋转机构4由整流器、无级调速直流马达带动旋转轴构成。旋转轴上端连接一个540mm的平面转盘，转盘上设有夹具，用以夹持各种试验样品3。
设置不影响试件上下往复和旋转的水密封中隔层。
中隔层四周设水封槽5，试样升降框2上盖设与之联结为一体的水封刀14，当试样升降框2降至低位时(此时试样位子下室)，则水封刀落于水封槽5内，以形成上下室之间的水封中隔层。
调温调湿系统7：上下室的温湿调控均采用平衡调温系统和平衡调湿系统。这种调节系统不在工作间内处理气流，而是在气流进入工作间之前，在调温调湿通道内将一定温湿度的空气混合，得到符合要求的气流，由压气机送至工作间内。上下室均设置了温湿度自动记录仪表并由上下室温差造成凝露试验条件。
上室设置人造光加速试验用氙灯光源10，采用气冷式1.5Kw氙灯，并设置风机驱使空气按一定的速度流动。
下室设置雨水喷淋系统9和盐水喷雾系统6，喷头均设在下室侧面。降雨系统9由雨水恒温槽、泵、带调节流量阀的管路和喷头组成。喷雾系统6与一般盐雾箱喷雾系统相同。
下室设置通入SO2等腐蚀性气体系统8，通气口设置两个流量计，可通双组份腐蚀性气体。并设有防止箱内压力升高的压力平衡排气孔和腐蚀性气体及盐雾排气的处理装置。
试验机设有超温、断电、运转故障、电机过电流等机电保护、报警和记时装置。
在一台试验机内具有两组共八项(温湿度重复项目不计)可控环境因子自动循环复合腐蚀试验功能，实现腐蚀-老化综合试验。
金属上有机涂层试样，可在一台试验机内经受苛刻的模拟大气腐蚀环境与氙灯日光老化环境的作用，进行腐蚀-老化综合试验。可完成(1)降雨-热风吹干-恒温恒湿；(2)降雨-氙灯光照-恒温恒湿；(3)凝露并通入SO2＋NO2或其它气体-热风吹干-恒温恒湿；(4)凝露并通入SO2＋NO2或其它气体-氙灯光照-恒温恒湿；(5)喷雾-热风吹干-恒温恒湿；(6)喷雾-氙灯光照-恒温恒湿等六类试验方法。
本试验方法的腐蚀试验溶液中加有模拟并强化大气腐蚀电化学过程的过硫酸钠添加剂。它的成分是：Na2S2O8＋(NH4)2SO4 10％，HAc加至规定的pH值。此种过硫酸钠添加剂可加入人造雨水中或喷雾溶液中，以配制成腐蚀性雨水或喷雾液。
本试验方法按不同种类的金属材料与防护层分别模拟乡村大气、海洋大气和工业大气的腐蚀。按本系列试验方法的设计，其试验溶液和试验条件见下表。
表1
铝上非金属防护层 乡 村 大 气 海 洋 大 气工 业 大 气 NaCl Na2SO4 Na2S2O8NH4NO3 or(NH4)2SO4 NaHCO3 pH t雨 t湿(85 or 70) t干 周期 0.1～0.5 1～2 0.1～0.2 0.1～0.3 0.5～1 5.5～6.5 0.5，1，1 19.5，29，24 10，30，20 30，60，45 4±1 0.5～0.2 0.8～1 0.01～0.03 5.0-6.0 同左 同左 同左 同左 0.5～1 3～4 0.8～1 0.5～1 3～4 同左 同左 同左 同左
表2
乡 村 大 气 海 洋 大 气 工 业 大 气铝合金及其防护层 NaCl Na2SO4 Na2S2O8 NH4NO3 or(NH4)2SO4 NaHCO3 pH t雨 t湿(85or70) t干 周期 0.1～0.5 1～2 0.1～0.2 0.1～0.3 0.5～1 5.5～6.5 0.5or0.25 24.5or11.25 5or3.5 30or15 4±1 0.5～0.2 0.8～1 0.01～0.03 5.0～6.0 0.5or0.25 24.5or11.25 5or3.5 5or3.5 0.5～1 3～4 0.8～1 0.5～1 3～4 0.5or0.25 24.5or11.25 5or3.5 5or3.5碳钢及低合金钢 NaCl Na2SO4 or NaHSO3 Na2S2O8 NH4NO3 or(NH4)2SO4 NaHCO3 pH t雨 t湿(85or70) t干 周期 0.02～0.05 0～0.01 0.01～0.02 0.02～0.05 5.5～6.5 0.5or0.25 24.5or11.25 5or3.5 30or15 0.2～0.5 0.05～0.1 0.01～0.03 0.02～0.05 5.0～6.0 0.5or0.25 24.5or11.25 5or3.5 30or15 0.02～0.1 0.1～0.5 0.01～0.03 0.05～0.1 3～4 0.5or0.25 24.5or11.25 5or3.5 30or15
表3
钢上非有机防护层 乡 村 大 气 海 洋 大 气 工 业 大 气 NaCl Na2SO4 Na2S2O8 NH4NO3or(NH4)2SO4 NaHCO3 pH t雨 t湿(85or70) t干 周期 0.1～0.2 1～2 0.05～0.2 0.1～0.3 0.5～1 5.5～6.5 0.5or0.25 24.5or11.25 5or3.5 30or15 4±1 0.5～0.2 0.2～0.3 0.01～0.03 5.0～6.0 0.5or0.25 24.5or11.25 5or3.5 30or15 0.2～0.8 3～4 0.5～1 0.5～1 3～4 0.5or0.25 24.5or11.25 5or3.5 30or15钢上非金属防护层(腐蚀老化综合试验) NaCl Na2SO4 Na2S2O8 NH4NO3or(NH4)2SO4 NaHCO3 pH t雨 t湿(85or70) t干 周期 0.1～0.2 1～2 0.05～0.2 0.1～0.3 0.5～1 5.5～6.5 0.5or0.25 24.5or11.25 5or3.5 30or15 4±1 0.5～0.2 0.2～0.3 0.01～0.03 5.0～6.0 0.5or0.25 24.5or11.25 5or3.5 30or15 0.2～0.8 3～4 0.5～1 0.5～1 3～4 0.5or0.25 24.5or11.25 5or3.5 30or15