一种金属抗气蚀能力测试方法

技术特征：
1.一种金属抗气蚀能力测试方法，其特征在于，采用高频气蚀反应装置对试样进行超声气蚀处理，所述高频气蚀反应装置包括压电换能器、变幅杆、反应池、试样、交流信号发生器，所述反应池内装有溶液，试样置于反应池中，变幅杆一端置于溶液内、另一端与所述压电换能器相连，所述交流信号发生器与压电换能器的两极连接；所述金属抗气蚀能力测试方法包括以下步骤：s1、利用comsol模拟平台进行高频气蚀反应装置在驱动电压v0下变辐杆与反应池溶液之间的声结构边界模态分析，通过压力声学分析得到声波在水下的分布情况，进而获取气蚀剧烈程度最大的参数及对应区域；s2、根据s1的模拟结果设置高频气蚀反应装置的工作参数，并调整试样至气蚀剧烈程度最大区域，在高频气蚀反应装置内对试样进行超声气蚀处理；s3、对试样进行表面形貌检测，通过气蚀速率与粗糙度之间的关系评价其抗气蚀能力。2.根据权利要求1所述的金属抗气蚀能力测试方法，其特征在于，步骤s1具体包括以下步骤：s1.1、建立压电换能器、变幅杆、反应池的模型，并导入comsol模拟平台；设置压电换能器的驱动电压v0作为单一参数，设置压电换能器最小工作频率f0min和最大工作频率f0max，扫描频率θ∈f0min～f0max，频率步进f0step，则扫描获取特征频率的次数进行n次特征频率下的压力声学分析；s1.2、对n次声场特征值的仿真结果进行分析，获取在驱动电压v0输入下的最大声压等级的水下声场分布云图，对应的压电换能器声振频率为f，声压等级为p；s1.3、通过模拟软件计算上述反应区声压中心的硬点坐标p(x,y,z)。3.根据权利要求2所述的金属抗气蚀能力测试方法，其特征在于，步骤s2具体包括以下步骤：s2.1、搭建高频气蚀反应装置，设置交流信号发生器的驱动电压为v0、交流电波频率为f、处理时间为t；其中，交流电波频率f根据声振频率f得到；s2.2、调整试样的坐标位置大致与步骤s1中模拟的声压中心硬点坐标p(x,y,z)一致；s2.3、开启所述交流信号发生器对试样进行超声气蚀处理。4.根据权利要求3所述的金属抗气蚀能力测试方法，其特征在于，步骤s2具体包括以下步骤：s3.1、根据s1中得到的声压等级p、声振频率f，以及步骤s2中处理时间t定义瞬时气蚀功率pc；s3.2、获取试样表面3d轮廓，通过观测粗糙度的波峰rp波谷rv差值得到表面完整性粗糙度系数ra，与初始材料的表面完整性粗糙度系数相比进而得到表面完整性因数σ
n
；s3.3、以a
c
＝σ
n
/
c
作为试样抗气蚀能力的控制及判断指标，若ac数值越小，代表该金属在一定气蚀程度下越耐腐蚀，抗气蚀能力更优越。5.根据权利要求3所述的金属抗气蚀能力测试方法，其特征在于，步骤s2.2中，交流电波频率f根据声振频率f计算得到，具体由各向同性的压电陶瓷和变幅杆这两个弹性材料特性方程确定：
式中，ρ为压电陶瓷的材料密度，ω为角频率，f为声振频率，u为结构位移，p为螺栓预紧作用力，为压电陶瓷给变幅杆的驱动力，f为交流电波频率。6.根据权利要求4所述的金属抗气蚀能力测试方法，其特征在于，步骤s3.1中，瞬时气蚀功率pc为：式中，p为声压等级，f为声振频率，t为处理时间，θ为修正系数。7.根据权利要求1所述的金属抗气蚀能力测试方法，其特征在于，所述压电换能器包括质量块、预紧螺栓、压电陶瓷，压电陶瓷由若干正负堆叠的陶瓷片组成，预紧螺栓自上而下分别将质量块与正负堆叠的陶瓷片连接，最后压电陶瓷与变幅杆大头固定接触；所述质量块用于密闭压电换能器，所述预紧螺栓用于为压电陶瓷提供预紧力，所述压电陶瓷的两极与所述交流信号发生器的正负极对应相连，将电信号转化成超声振动信号。8.根据权利要求7所述的金属抗气蚀能力测试方法，其特征在于，所述压电陶瓷材质为锆碳酸铅，所述质量块和预紧螺栓的材质均为钢。9.根据权利要求1所述的金属抗气蚀能力测试方法，其特征在于，所述高频气蚀反应装置还包括托盘，所述托盘通过两侧的钢丝线悬挂于反应池内，通过拉升或下放钢丝线实现试样z向位置的调节；所述托盘表面覆盖有1
×
1cm的网格，根据网格实现试样在xy平面内的位置调节。10.根据权利要求9所述的金属抗气蚀能力测试方法，其特征在于，所述高频气蚀反应装置还包括安装支架，所述安装支架包括底座、安装于所述底座上的竖直杆、安装于所述竖直杆上的水平支架；所述底座上沿x方向设置带有刻度尺的滑槽，滑槽内设有可移动的螺柱，所述反应池的底部设有与所述螺柱适配的螺纹孔，反应池通过螺纹螺柱固定于底座的合适位置；所述水平支架用于将所述压电换能器和变幅杆安装于反应池上方，水平支架的一端套装于竖直杆上，并能沿竖直杆移动，水平支架的另一端与所述变幅杆的辐射器大头连接。

技术总结
本发明涉及一种金属抗气蚀能力测试方法，包括：S1、利用COMSOL模拟平台进行高频气蚀反应装置在驱动电压V0下变辐杆与反应池溶液之间的声结构边界模态分析，通过压力声学分析得到声波在水下的分布情况，进而获取气蚀剧烈程度最大的参数及对应区域；S2、根据S1的模拟结果设置高频气蚀反应装置的工作参数，并调整试样至气蚀剧烈程度最大区域，在高频气蚀反应装置内对试样进行超声气蚀处理；S3、对试样进行表面形貌检测，通过气蚀速率与粗糙度之间的关系评价其抗气蚀能力。本发明高效地实现了金属试样抗气蚀能力检测，是一种绿色高效可控的新型非接触检测手段，在一定程度上解决了传统原位检测时间长，处理低效场景受限以及处理效果不可控的诸多弊端。不可控的诸多弊端。不可控的诸多弊端。


技术研发人员：尹飞 易于煊 华林
受保护的技术使用者：武汉理工大学
技术研发日：2022.11.21
技术公布日：2023/3/3