一種深海用涂料的模擬加速腐蝕試驗(yàn)方法及壽命預(yù)測(cè)方法
【專利摘要】一種深海用涂料的模擬加速腐蝕試驗(yàn)方法，采用3.5％NaCl溶液作為試驗(yàn)介質(zhì)，選取壓力交變作為深海環(huán)境影響有機(jī)涂層老化的主要因素，并結(jié)合電化學(xué)交流阻抗方法進(jìn)行原位監(jiān)測(cè)，將失效歷程與腐蝕試驗(yàn)結(jié)果相結(jié)合，獲得有機(jī)涂層的腐蝕規(guī)律。一種深海用涂料的模擬加速腐蝕試驗(yàn)的壽命預(yù)測(cè)方法，建立一種人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，采用加速試驗(yàn)的參數(shù)壓力及涂層的性能為輸入，涂層的使用壽命為輸出，該網(wǎng)絡(luò)模型經(jīng)過(guò)大量數(shù)據(jù)組訓(xùn)練之后，能夠?qū)μ幱诓煌瑝毫ο滦阅苓_(dá)到某一特定數(shù)值時(shí)的涂層的使用壽命作出預(yù)測(cè)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：適用于防護(hù)涂層在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)開(kāi)展深海環(huán)境下模擬加速試驗(yàn)的場(chǎng)合，結(jié)合涂層失效過(guò)程中的電化學(xué)信息評(píng)價(jià)涂層的防護(hù)性能及使用壽命。
【專利說(shuō)明】
一種深海用涂料的模擬加速腐蝕試驗(yàn)方法及壽命預(yù)測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及有機(jī)涂層的監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，涉及一種深海用涂料的模擬加速腐蝕試驗(yàn)方法及壽命預(yù)測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著海洋事業(yè)日益發(fā)展，深海環(huán)境下作業(yè)設(shè)施越來(lái)越多。其中，服役金屬材料主要防護(hù)手段之一即為在材料表面施加重防腐涂層。深海環(huán)境具有更為嚴(yán)苛的環(huán)境特點(diǎn)，對(duì)材料結(jié)構(gòu)和功能可靠性的要求遠(yuǎn)高于陸地和淺海，因此，盡早地對(duì)涂層的性能和失效做出評(píng)價(jià)及預(yù)測(cè)具有十分重要的意義。目前深海腐蝕研究主要包括深海實(shí)海試驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)，其中，實(shí)驗(yàn)室加速模擬試驗(yàn)可以避免實(shí)海試驗(yàn)高投入、長(zhǎng)周期、觀測(cè)困難的特點(diǎn)，而得到了廣泛的采用。在實(shí)驗(yàn)室建立深海環(huán)境模擬裝置，通過(guò)對(duì)壓力、溫度和溶解氧等參數(shù)的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)深海環(huán)境的模擬，通過(guò)增大環(huán)境參數(shù)的作用，可以實(shí)現(xiàn)涂層的快速失效。
[0003]基于實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)的壽命預(yù)測(cè)方法可以有效減少試驗(yàn)周期及費(fèi)用。壽命預(yù)測(cè)方法可分為物理模型方法和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法兩大類。物理模型方法通過(guò)失效機(jī)制建立失效發(fā)展模型，能夠準(zhǔn)確地對(duì)壽命做出預(yù)測(cè)，然而，真實(shí)反應(yīng)失效機(jī)制的失效模型是很難建立的。由于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和使役性能會(huì)隨材料失效而變化，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法通過(guò)建立監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與服役時(shí)間的關(guān)系，分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、使役性能和服役時(shí)間的相關(guān)性，對(duì)涂層壽命作出預(yù)測(cè)。
[0004]人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為一種有效的數(shù)據(jù)處理方法，具有自學(xué)習(xí)能力、非線性、強(qiáng)制逼近的特點(diǎn)，已有研究者將其應(yīng)用于材料腐蝕領(lǐng)域的研究。由于該方法在處理復(fù)雜、非線性問(wèn)題方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，而有機(jī)涂層的失效恰恰是多因素耦合作用導(dǎo)致的多種性能整體下降的結(jié)果，因而人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法可以用于有機(jī)涂層的評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種深海用涂料的模擬加速腐蝕試驗(yàn)方法及壽命預(yù)測(cè)方法，采用壓力交變對(duì)涂層進(jìn)行快速試驗(yàn)，利用電化學(xué)交流阻抗技術(shù)進(jìn)行原位監(jiān)測(cè)，以人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法為數(shù)據(jù)分析手段，對(duì)涂層進(jìn)行快速的評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)。
[0006]本發(fā)明提供了一種深海用涂料的模擬加速腐蝕試驗(yàn)方法，其特征在于:采用3.5% NaCl溶液作為試驗(yàn)介質(zhì)，選取壓力交變作為深海環(huán)境影響有機(jī)涂層老化的主要因素，并結(jié)合電化學(xué)交流阻抗方法進(jìn)行原位監(jiān)測(cè)，將失效歷程與腐蝕試驗(yàn)結(jié)果相結(jié)合，獲得有機(jī)涂層的腐蝕規(guī)律，具體內(nèi)容包括:
[0007](I)試驗(yàn)裝置:主體結(jié)構(gòu)包括配有自動(dòng)升降裝置的高壓釜、數(shù)控恒溫槽以及氮?dú)馄?；高壓釜采用TA2鈦合金加工制成，兩者由周向分布的主螺栓、螺母緊固連接，釜體與釜蓋依靠接觸面的高精度和光潔度達(dá)到密封效果；釜蓋上配有氣相閥，利用高壓氮?dú)馄客ㄟ^(guò)進(jìn)氣口向釜內(nèi)通入惰性氣體實(shí)現(xiàn)氣體加壓；釜蓋上裝有壓力表和爆破膜安全裝置以確保安全；釜蓋上還開(kāi)了三個(gè)電極孔，并配有專門的電極套以滿足密封的要求，可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的原位電化學(xué)測(cè)試；
[0008](2)交變壓力加速試驗(yàn):采用3.5 % NaCl溶液為試驗(yàn)介質(zhì)，試驗(yàn)溫度保持在室溫； 交變壓力條件設(shè)置為:交變幅度為常壓與高靜水壓循環(huán)加載，以12小時(shí)為一個(gè)海水壓力的交變周期，前半個(gè)周期為6小時(shí)，在高靜水壓下浸泡；后半個(gè)周期為6小時(shí)，在常壓下浸泡， 依次交替進(jìn)行，浸泡20個(gè)周期共240小時(shí)；為了保證交變實(shí)驗(yàn)過(guò)程中高壓釜內(nèi)氧供應(yīng)的充足，每次卸壓后都需將釜蓋打開(kāi)，使空氣能夠充分的流通；
[0009](3)涂層性能結(jié)果:利用電化學(xué)交流阻抗技術(shù)對(duì)涂層進(jìn)行原位監(jiān)測(cè)；以Bode圖中頻率f = 〇.01Hz時(shí)的涂層阻抗Z作為反映浸泡時(shí)間t時(shí)涂層性能的指標(biāo)。
[0010]—種深海用涂料的模擬加速腐蝕試驗(yàn)的壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于:建立一種人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，采用加速試驗(yàn)的參數(shù)壓力及涂層的性能為輸入，涂層的使用壽命為輸出， 該網(wǎng)絡(luò)模型經(jīng)過(guò)大量數(shù)據(jù)組訓(xùn)練之后，能夠?qū)μ幱诓煌瑝毫ο滦阅苓_(dá)到某一特定數(shù)值時(shí)的涂層的使用壽命作出預(yù)測(cè)，具體內(nèi)容包括:
[0011](1)建立數(shù)據(jù)庫(kù):將權(quán)利要求1所述的壓力P、浸泡時(shí)間t、涂層阻抗Z建立數(shù)據(jù)庫(kù)；
[0012](2)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型訓(xùn)練:利用Matlab軟件創(chuàng)建一人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，以壓力 P、涂層阻抗Z為網(wǎng)絡(luò)輸入，以浸泡時(shí)間t為網(wǎng)絡(luò)輸出，利用建立的數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)該網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行訓(xùn)練；
[0013](3)利用訓(xùn)練好的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行預(yù)測(cè):該訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò)模型即可對(duì)任意壓力下涂層阻抗為某一值的涂層預(yù)測(cè)其使用時(shí)間，并進(jìn)而預(yù)測(cè)其剩余使用壽命。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
[0015]本發(fā)明所述的深海用涂料的模擬加速腐蝕試驗(yàn)方法及壽命預(yù)測(cè)方法，適用于防護(hù)涂層在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)開(kāi)展深海環(huán)境下模擬加速試驗(yàn)的場(chǎng)合，結(jié)合涂層失效過(guò)程中的電化學(xué)信息評(píng)價(jià)涂層的防護(hù)性能及使用壽命?！靖綀D說(shuō)明】
[0016]下面結(jié)合附圖及實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明:
[0017]圖1為本發(fā)明深海環(huán)境模擬裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為本發(fā)明采用的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型示意圖；
[0019]圖3為辦發(fā)明采用的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的訓(xùn)練結(jié)果示意圖；
[0020]圖4為本發(fā)明采用的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的預(yù)測(cè)結(jié)果示意圖；
[0021]圖中，1.氮?dú)馄浚?.氣壓閥，3.高壓固態(tài)參比電極，4.熱電偶，5.工作電極，6.輔助電極，7.壓力表，8.自動(dòng)升降裝置，9.循環(huán)管路，10.控溫箱，11.測(cè)溫裝置，12.高壓釜?！揪唧w實(shí)施方式】 [0〇22] 實(shí)施例1
[0023]本實(shí)施例提供了一種深海用涂料的模擬加速腐蝕試驗(yàn)方法，其特征在于:采用 3.5% NaCl溶液作為試驗(yàn)介質(zhì)，選取壓力交變作為深海環(huán)境影響有機(jī)涂層老化的主要因素，并結(jié)合電化學(xué)交流阻抗方法進(jìn)行原位監(jiān)測(cè)，將失效歷程與腐蝕試驗(yàn)結(jié)果相結(jié)合，獲得有機(jī)涂層的腐蝕規(guī)律，具體內(nèi)容包括:
[0024](1)試驗(yàn)裝置:主體結(jié)構(gòu)包括配有自動(dòng)升降裝置的高壓釜、數(shù)控恒溫槽以及氮?dú)馄?；高壓釜采用TA2鈦合金加工制成，兩者由周向分布的主螺栓、螺母緊固連接，釜體與釜蓋依靠接觸面的高精度和光潔度達(dá)到密封效果；釜蓋上配有氣相閥，利用高壓氮?dú)馄客ㄟ^(guò)進(jìn)氣口向釜內(nèi)通入惰性氣體實(shí)現(xiàn)氣體加壓；釜蓋上裝有壓力表和爆破膜安全裝置以確保安全；釜蓋上還開(kāi)了三個(gè)電極孔，并配有專門的電極套以滿足密封的要求，可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的原位電化學(xué)測(cè)試；
[0025](2)交變壓力加速試驗(yàn):采用3.5 % NaCl溶液為試驗(yàn)介質(zhì)，試驗(yàn)溫度保持在室溫； 交變壓力條件設(shè)置為:交變幅度為常壓與高靜水壓循環(huán)加載，以12小時(shí)為一個(gè)海水壓力的交變周期，前半個(gè)周期為6小時(shí)，在高靜水壓下浸泡；后半個(gè)周期為6小時(shí)，在常壓下浸泡， 依次交替進(jìn)行，浸泡20個(gè)周期共240小時(shí)；為了保證交變實(shí)驗(yàn)過(guò)程中高壓釜內(nèi)氧供應(yīng)的充足，每次卸壓后都需將釜蓋打開(kāi)，使空氣能夠充分的流通；
[0026](3)涂層性能結(jié)果:利用電化學(xué)交流阻抗技術(shù)對(duì)涂層進(jìn)行原位監(jiān)測(cè)；以Bode圖中頻率f = 〇.01Hz時(shí)的涂層阻抗Z作為反映浸泡時(shí)間t時(shí)涂層性能的指標(biāo)。
[0027]—種深海用涂料的模擬加速腐蝕試驗(yàn)的壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于:建立一種人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，采用加速試驗(yàn)的參數(shù)壓力及涂層的性能為輸入，涂層的使用壽命為輸出， 該網(wǎng)絡(luò)模型經(jīng)過(guò)大量數(shù)據(jù)組訓(xùn)練之后，能夠?qū)μ幱诓煌瑝毫ο滦阅苓_(dá)到某一特定數(shù)值時(shí)的涂層的使用壽命作出預(yù)測(cè)，具體內(nèi)容包括:
[0028](1)建立數(shù)據(jù)庫(kù):將權(quán)利要求1所述的壓力p、浸泡時(shí)間t、涂層阻抗Z建立數(shù)據(jù)庫(kù)；
[0029](2)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型訓(xùn)練:利用Matlab軟件創(chuàng)建一人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，以壓力 P、涂層阻抗Z為網(wǎng)絡(luò)輸入，以浸泡時(shí)間t為網(wǎng)絡(luò)輸出，利用建立的數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)該網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行訓(xùn)練；
[0030](3)利用訓(xùn)練好的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行預(yù)測(cè):該訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò)模型即可對(duì)任意壓力下涂層阻抗為某一值的涂層預(yù)測(cè)其使用時(shí)間，并進(jìn)而預(yù)測(cè)其剩余使用壽命。
[0031]采用壓力交變對(duì)有機(jī)涂層進(jìn)行加速試驗(yàn)，交變幅度為常壓與高靜水壓循環(huán)加載， 以12小時(shí)為一個(gè)海水壓力的交變周期，前半個(gè)周期(6小時(shí))在高靜水壓下浸泡，后半個(gè)周期(6小時(shí))在常壓下浸泡，依次交替進(jìn)行，浸泡20個(gè)周期共240小時(shí)高靜水壓選取了 4個(gè)不同的壓力值，包括3.5MPa、6.0MPa、8.lMPa、10.0MPa，共進(jìn)行了 4次不同交變壓力下的加速試驗(yàn)。
[0032]利用電化學(xué)交流阻抗技術(shù)對(duì)涂層進(jìn)行原位監(jiān)測(cè)，以頻率f = 0.01Hz時(shí)的涂層阻抗 Z作為反映涂層性能的指標(biāo)，將每次測(cè)試的浸泡時(shí)間t、壓力值p、涂層阻抗Z作為一組數(shù)據(jù) (t，p，Z)，將所有測(cè)試后的數(shù)據(jù)結(jié)果建立數(shù)據(jù)庫(kù)。
[0033]利用Matlab軟件建立反饋型前饋網(wǎng)絡(luò)(BP-ANN)模型，參數(shù)設(shè)置為:輸入層與隱層傳遞函數(shù)為logsig，隱層與輸出層傳遞函數(shù)為logsig，訓(xùn)練函數(shù)為trainlm，誤差函數(shù)為 MSE，誤差期望為0.01。
[0034]采用(t，p，Z)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行訓(xùn)練，將壓力值p、涂層阻抗Z作為網(wǎng)絡(luò)模型輸入，浸泡時(shí)間t作為網(wǎng)絡(luò)模型輸出，附圖3為訓(xùn)練結(jié)果。
[0035]將未參與訓(xùn)練的數(shù)據(jù)輸入網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)，附圖4為預(yù)測(cè)結(jié)果，預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值極為接近，準(zhǔn)確率達(dá)到84.8%，可見(jiàn)，該方法能夠?qū)ν繉拥氖褂脡勖龀鲚^為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種深海用涂料的模擬加速腐蝕試驗(yàn)方法，其特征在于:采用3.5% NaCl溶液作為試驗(yàn)介質(zhì)，選取壓力交變作為深海環(huán)境影響有機(jī)涂層老化的主要因素，并結(jié)合電化學(xué)交流阻抗方法進(jìn)行原位監(jiān)測(cè)，將失效歷程與腐蝕試驗(yàn)結(jié)果相結(jié)合，獲得有機(jī)涂層的腐蝕規(guī)律，具體內(nèi)容包括: (1)試驗(yàn)裝置:主體結(jié)構(gòu)包括配有自動(dòng)升降裝置的高壓釜、數(shù)控恒溫槽以及氮?dú)馄?；高壓釜采用TA2鈦合金加工制成，兩者由周向分布的主螺栓、螺母緊固連接，釜體與釜蓋依靠接觸面的高精度和光潔度達(dá)到密封效果；釜蓋上配有氣相閥，利用高壓氮?dú)馄客ㄟ^(guò)進(jìn)氣口向釜內(nèi)通入惰性氣體實(shí)現(xiàn)氣體加壓；釜蓋上裝有壓力表和爆破膜安全裝置以確保安全；釜蓋上還開(kāi)了三個(gè)電極孔，并配有專門的電極套以滿足密封的要求，可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的原位電化學(xué)測(cè)試； (2)交變壓力加速試驗(yàn):采用3.5% NaCl溶液為試驗(yàn)介質(zhì)，試驗(yàn)溫度保持在室溫；交變壓力條件設(shè)置為:交變幅度為常壓與高靜水壓循環(huán)加載，以12小時(shí)為一個(gè)海水壓力的交變周期，前半個(gè)周期為6小時(shí)，在高靜水壓下浸泡；后半個(gè)周期為6小時(shí)，在常壓下浸泡，依次交替進(jìn)行，浸泡20個(gè)周期共240小時(shí)；為了保證交變實(shí)驗(yàn)過(guò)程中高壓釜內(nèi)氧供應(yīng)的充足，每次卸壓后都需將釜蓋打開(kāi)，使空氣能夠充分的流通； (3)涂層性能結(jié)果:利用電化學(xué)交流阻抗技術(shù)對(duì)涂層進(jìn)行原位監(jiān)測(cè)；WBode圖中頻率f = 0.0lHz時(shí)的涂層阻抗Z作為反映浸泡時(shí)間t時(shí)涂層性能的指標(biāo)。2.—種基于權(quán)利要求1所述的深海用涂料的模擬加速腐蝕試驗(yàn)的壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于:建立一種人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，采用權(quán)利要求1所述的加速試驗(yàn)的參數(shù)壓力及涂層的性能為輸入，涂層的使用壽命為輸出，該網(wǎng)絡(luò)模型經(jīng)過(guò)大量數(shù)據(jù)組訓(xùn)練之后，能夠?qū)μ幱诓煌瑝毫ο滦阅苓_(dá)到某一特定數(shù)值時(shí)的涂層的使用壽命作出預(yù)測(cè)，具體內(nèi)容包括: (1)建立數(shù)據(jù)庫(kù):將權(quán)利要求1所述的壓力P、浸泡時(shí)間t、涂層阻抗Z建立數(shù)據(jù)庫(kù)； (2)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型訓(xùn)練:利用Matlab軟件創(chuàng)建一人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，以壓力P、涂層阻抗Z為網(wǎng)絡(luò)輸入，以浸泡時(shí)間t為網(wǎng)絡(luò)輸出，利用建立的數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)該網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行訓(xùn)練; (3)利用訓(xùn)練好的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行預(yù)測(cè):該訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò)模型即可對(duì)任意壓力下涂層阻抗為某一值的涂層預(yù)測(cè)其使用時(shí)間，并進(jìn)而預(yù)測(cè)其剩余使用壽命。
【文檔編號(hào)】G01N17/02GK105987873SQ201510050094
【公開(kāi)日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2015年1月30日
【發(fā)明人】李瑛 , 田文亮, 劉莉, 孟凡帝
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院金屬研究所