一种模拟试样表面霉菌腐蚀试验装置及方法

1.本发明涉及材料微生物腐蚀与防护技术领域，特别是涉及一种模拟试样表面霉菌腐蚀试验装置及方法。


背景技术：

2.微生物会对很多材料造成腐蚀，这与微生物种类和代谢类型有关。尤其是在温暖潮湿的环境中时，霉菌在微生物腐蚀中占重要地位，是主要的腐蚀性微生物。霉菌通常都是以菌丝进行生长，以孢子进行繁殖，成熟后散落众多的孢子可以通过空气传播到不同场所、电子仪器里，传播范围十分广泛。霉菌孢子除了容易直接附着在材料表面造成材料表面的直接腐蚀外，在霉菌的生命活动过程中还会产生酸性分泌物或酶改变材料的局部环境，对材料结构造成间接腐蚀。因此，确定引起微生物腐蚀的各种微生物并了解微生物的腐蚀机理十分重要。
3.当前模拟大气环境中霉菌对材料的腐蚀实验时，接种霉菌的方式主要有浸泡、滴取、喷洒和雾化，浸泡和滴取的方式容易在试样表面形成太厚的液膜，干扰霉菌对试样腐蚀的影响。还有些试样采用喷壶喷洒孢子溶液的方式接种，主要以喷洒距离和喷洒次数为主要参数，但这不能对接种的孢子悬浮液进行定量且没有相应的标准用于喷壶的选择和喷洒的方式。而采用雾化器雾化单孢子菌悬液模拟大气环境中孢子自然沉降的方式并没有真正投入到科研实验中。另外，霉菌的腐蚀试验一般是在温湿度可控的霉菌试验箱中进行，这种霉菌试验箱的缺点在于价格昂贵且箱体中不同位置实际的实验条件差异较大。以上两个因素对霉菌腐蚀试验的对照和重复都产生了较大的影响。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种模拟试样表面霉菌腐蚀试验装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，可为模拟大气环境中材料的微生物腐蚀，尤其是霉菌腐蚀，提供霉菌孢子的接种方法，并对模拟过程中的菌悬液体积及流量进行控制和监测，精准控制实验参数。利用雾化方式模拟大气环境中霉菌自然沉降的同时利用水浴锅控温实现饱和盐溶液准确控制实验环境中的相对湿度。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种模拟试样表面霉菌腐蚀试验装置，包括箱体，所述箱体外部一侧设置有霉菌雾化机构，所述霉菌雾化机构与所述箱体内部连通，所述霉菌雾化机构设置有用于监测所述霉菌雾化机构出雾量的监测机构，所述箱体内侧顶部设置有孢子分散器，所述孢子分散器与所述箱体内部以及霉菌雾化机构均连通，所述箱体上设置有用于监测箱体内部试验环境的传感器组件；所述箱体内部设置有试样盘，所述试样盘上部开设有用于对箱体内部换气的空气交换组件，所述试样盘下部设置有加热组件。
6.优选的，所述箱体内部为中空结构，所述箱体包括上部的箱盖以及与所述箱盖相适配的箱身，所述箱盖与所述箱身之间通过法兰盘连接；所述箱盖为呈半球形，所述孢子分
散器位于所述箱盖顶部中部并贯穿所述箱盖外壁；所述试样盘位于所述箱身中下部；所述空气交换组件均位于所述箱身中部周向的同一水平面上，所述空气交换组件均贯穿所述箱身的侧壁，所述空气交换组件与所述箱身和外界均连通；所述加热组件的液体部位于所述箱身底部内侧，所述加热组件的加热部位于所述箱身底部外侧。
7.优选的，所述霉菌雾化机构包括雾化器，所述雾化器的工作端通过管道连通有雾化室，所述雾化室远离所述雾化器的一端设置有手动压力调节阀，所述手动压力调节阀与所述雾化室内部连通；所述雾化室侧壁上连通有雾化管，所述雾化管远离所述雾化室的一端与所述孢子分散器连通，所述监测机构位于所述雾化管的中部外侧并与所述雾化器连通；所述监测机构为可视化流量监测仪。
8.优选的，所述孢子分散器包括连通管和孢子分散头，所述连通管与所述孢子分散头尾部固定连通，所述连通管的管身外壁贯穿所述箱盖顶部，所述连通管远离所述孢子分散头的一端与所述雾化管连通；所述孢子分散头位于所述试样盘的正上方。
9.优选的，所述空气交换组件包括若干组空气过滤交换器，若干组所述空气过滤交换器位于所述箱身同一水平面上，每相邻两组空气过滤交换器之间的距离相等；每组所述空气交换器上均设置有一组用于控制空气交换量的控制阀门，所述控制阀门位于所述箱身外侧。
10.优选的，所述加热组件包括水浴锅，所述水浴锅位于所述箱身外侧，所述水浴锅包裹在所述箱身底部以及所述箱身底部周向上，所述水浴锅紧靠所述箱身外壁和底部布置；所述箱身底部设置有所述溶液池位于所述箱身内侧底部，所述溶液池与所述箱身底部以及底部周向内壁抵接。
11.优选的，所述试样盘呈圆形，所述试样盘分为内圈部与外圈部，所述内圈部为实心圆盘，所述外圈部为带孔圆环。
12.优选的，所述传感器组件包括温湿度传感器，所述温湿度传感器位于所述孢子分散头一侧，所述温湿度传感器包括显示部和检测部，所述显示部与所述检测部固定连接，所述显示部位于所述箱盖的外侧，所述检测部位于所述箱盖内部。
13.优选的，所述箱身内部设置紫外灯，所述紫外灯位于所述空气过滤交换器上方，所述紫外灯至少设置有一组。
14.一种模拟试样表面霉菌腐蚀试验的方法，包括以下步骤：
15.步骤一：试样样品的准备，将样品制成所需形状及尺寸的试样；
16.步骤二：霉菌悬浮液的准备，将培养好的霉菌制成实验所需要的菌悬液浓度；
17.步骤三：取出试样盘，在溶液池内加入适量的灭菌后的饱和盐溶液，将制备好的试样固定在试样盘中心；
18.步骤四：对箱体底部注入适量水后，对箱体和霉菌雾化机构进行灭菌；
19.步骤五：设置箱体内部所需温度，观察传感器组件读数，待其稳定后将制备好的菌悬液注入灭菌后的霉菌雾化机构中，雾化一段时间后，关闭霉菌雾化机构。
20.本发明公开了以下技术效果：本发明采用雾化的方式将一定浓度的孢子悬浮液均匀喷洒在试样表面，能够更大程度上模拟大气环境中霉菌在材料表面的自然沉降过程，使得试样表面形成正常厚度的液膜，并且具有稳定可控的雾化流量并实时监测，结合雾化总量能够对实验中的菌悬液总量达到定量的目的，以上这些使得实验的可重复性大大增加；
21.采用水浴锅控温以及饱和盐溶液控湿的方式能够在实验过程中保持霉菌试验箱实验条件的稳定，减小实验条件变动对实验结果稳定性的影响。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为本发明试样装置内部结构示意图；
24.图2为本发明试样盘结构示意图；
25.其中：1、雾化器；2、雾化室；3、手动压力调节阀；4、雾化管；5、可视化流量监测仪；6、温湿度传感器；7、孢子分散器；8、法兰盘；9、空气过滤交换器；10、紫外灯；11、箱体；12、试样盘；13、溶液池；14、水浴锅。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
28.参照图1-2，本发明提供一种模拟试样表面霉菌腐蚀试验装置，包括箱体11，箱体11外部一侧设置有霉菌雾化机构，霉菌雾化机构与箱体11内部连通，霉菌雾化机构上设置有用于监测霉菌雾化机构出雾量的监测机构，箱体11内侧顶部设置有孢子分散器7，孢子分散器7与箱体11内部以及霉菌雾化机构均连通，箱体11上设置有用于监测箱体11内部试验环境的传感器组件；箱体11内部设置有试样盘12，试样盘12上部开设有用于对箱体11内部换气的空气交换组件，试样盘12下部设置有加热组件。本发明采用雾化的方式将一定浓度的孢子悬浮液均匀喷洒在试样表面，能够更大程度上模拟大气环境中霉菌在材料表面的自然沉降过程，使得试样表面形成正常厚度的液膜，并且具有稳定可控的雾化流量并实时监测，结合雾化总量能够对实验中的菌悬液总量达到定量的目的，以上这些使得实验的可重复性大大增加；采用水浴锅14控温以及饱和盐溶液控湿的方式能够在实验过程中保持霉菌试验箱实验条件的稳定，减小实验条件变动对实验结果稳定性的影响。
29.箱体11内部为中空结构，箱体11包括上部的箱盖以及与箱盖相适配的箱身，箱盖与箱身之间通过法兰盘8连接；箱盖为呈半球形，孢子分散器7位于箱盖顶部中部并贯穿箱盖外壁；试样盘12位于箱身中下部；空气交换组件均位于箱身中部周向的同一水平面上，空气交换组件均贯穿箱身的侧壁，空气交换组件与箱身和外界均连通；加热组件的液体部位于箱身底部内侧，加热组件的加热部位于箱身底部外侧。
30.霉菌雾化机构包括雾化器1，雾化器1的工作端通过管道连通有雾化室2，雾化室2远离雾化器1的一端设置有手动压力调节阀3，手动压力调节阀3与雾化室2内部连通；雾化
室2侧壁上连通有雾化管4，雾化管4远离雾化室2的一端与孢子分散器7连通，监测机构位于雾化管4的中部外侧并与雾化器1连通；监测机构为可视化流量监测仪5。手动压力调节阀3实现了雾化量和雾化速率可控，通过手动调节雾化室2内部的压力，进而调整雾化流量，并通过可视化流量监测仪5实时监测雾化流量，提高对雾化流量的调控精度，进而提高试验精度。
31.孢子分散器7包括连通管和孢子分散头，连通管与孢子分散头尾部固定连通，连通管的管身外壁贯穿箱盖顶部，连通管远离孢子分散头的一端与雾化管4连通；孢子分散头位于试样盘12的正上方；空气交换组件包括若干组空气过滤交换器9，若干组空气过滤交换器9位于箱身同一水平面上，每相邻两组空气过滤交换器9之间的距离相等；每组空气交换器上均设置有一组用于控制空气交换量的控制阀门，控制阀门位于箱身外侧；孢子分散器7可以将霉菌分散在箱体11内部，便于模拟大气环境中霉菌的自然沉降，使得本装置能够有效用于大气环境中霉菌对材料腐蚀行为及机理的研究。
32.加热组件包括水浴锅14和溶液池13，水浴锅14位于箱身外侧，水浴锅14包裹在箱身底部以及箱身底部周向上，水浴锅14紧靠箱身外壁和底部布置；溶液池13位于箱身内侧底部，溶液池13与箱身底部以及底部周向内壁抵接。传感器组件包括温湿度传感器6，温湿度传感器6位于孢子分散头一侧，温湿度传感器6包括显示部和检测部，显示部与检测部固定连接，显示部位于箱盖的外侧，检测部位于箱盖内部。通过调节水浴锅14的水温可以通过溶液池13内的饱和盐溶液控制霉菌试验箱内的湿度，达到控温控湿的目的，箱盖顶部的温湿度传感器6可以实时将箱体11内部的温湿度显示出来，便于工作人员的调控。
33.为了使饱和盐溶液池13控湿均匀作用于整个霉菌试验箱的空间内，将试样盘12设计为不影响湿度的结构形式，试样盘12呈圆形，试样盘12分为内圈部与外圈部，内圈部为实心圆盘16，外圈部为带孔圆环15。
34.箱身内部设置紫外灯10，紫外灯10位于空气过滤交换器9上方，紫外灯10至少设置有一组。
35.一种模拟试样表面霉菌腐蚀试验的方法，包括以下步骤：
36.步骤一：试样样品的准备，将样品制成所需形状及尺寸的试样；
37.步骤二：霉菌悬浮液的准备，将培养好的霉菌制成实验所需要的菌悬液浓度；
38.步骤三：取出试样盘12，在溶液池13内加入适量的灭菌后的饱和盐溶液，将制备好的试样固定在试样盘12中心；
39.步骤四：对箱体11底部注入适量水后，对箱体11和霉菌雾化机构进行灭菌；
40.步骤五：设置水浴锅14至所需温度，观察温湿度传感器6，待其稳定后将后制备好的孢子悬浮液注入灭菌后的雾化室2后打开雾化器1，雾化一定量后，关闭雾化器1。
41.工作过程：在实际使用时，将试件进行打磨，然后通过超声清理后放入酒精中浸泡后保存；将培养好的土曲酶(aspergillus terreus)制成一定浓度的单孢子菌悬液。
42.配置成足够多的硫酸钾饱和盐溶液，并含有》30％的未溶解盐，高温灭菌后冷却至室温倒入饱和盐溶液池13后将准备好的试样用双面胶固定在试样盘12中心，拧紧上下两部分之间的法兰盘8旋钮后打开紫外灯10灭菌，然后关闭紫外灯10；
43.调整水浴锅14温度一段时间后观察温湿度传感器6的数值，在其稳定后将配制好的孢子悬浮液注入雾化室2开始雾化至雾化室2内没有残余液体。
44.实验周期结束后，取出试验样品进行腐蚀性检测。
45.以铝合金为试验对象，具体操作方式如下：
46.将10
×
10
×
3mm的5a06铝合金打磨至2000#后，超声清理5min后放入酒精中浸泡4h后保存；将培养好的土曲酶(aspergillus terreus)制成浓度为1x106/l的单孢子菌悬液。
47.使用分析纯的硫酸钾试剂在40℃配置成足够多的硫酸钾饱和盐溶液，并含有》30％的未溶解盐，高温灭菌后冷却至室温倒入饱和盐溶液池13后将准备好的试样用双面胶固定在试样盘12中心，拧紧上下两部分之间的法兰盘8旋钮后打开紫外灯10灭菌2h后关闭紫外灯10；
48.将水浴锅14的温度设置为30℃左右，一段时间后观察温湿度传感器6的数值，在其稳定后将配制好的孢子悬浮液注入雾化室2开始雾化至雾化室2内没有残余液体。
49.实验周期结束后，取出试验样品进行腐蚀性检测。
50.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
51.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。