[發(fā)明專利]金屬局部區(qū)域氫滲透行為實驗裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310286355.7
• 申請日: 2013-07-09
• 公開（公告）號: CN103398942A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發(fā)明（設計）人: 孟國哲;玄曉陽;張博;邵亞薇;張濤;王艷秋;劉斌
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01N17/02
• 分類號: G01N17/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及的是一種測量儀器，具體地說是一種用于研究金屬材料的應力集中區(qū)域、裂紋尖端區(qū)域、焊縫區(qū)等局部區(qū)域在模擬腐蝕環(huán)境中氫滲透行為的實驗裝置。

背景技術(shù)

氫進入材料后往往會導致各種損傷，如鋼中的過飽和氫冷卻后造成的“白點”損傷，在某些金屬及其合金中形成脆性氫化物相，原子氫擴散富集引起的塑性損失及滯后斷裂等。氫的對高強度鋼損害尤為嚴重，因為其普遍具有氫致裂紋（HIC）敏感性，而且隨著其強度越大，其HIC敏感性越高。對于廣泛應用這類材料的航空、船舶、海洋結(jié)構(gòu)、化工、煉油、油氣輸送等領域，氫造成的材料失效帶來的損失與危害是巨大的。而研究金屬中的氫滲透參數(shù)，包括滲透通量、擴散系數(shù)和氫濃度等，是研究材料的氫擴散過程、氫損傷機理和抗氫性能的基本手段。因此，準確測定金屬材料中的這些參數(shù)對材料的基礎理論研究以及實際工程設計，都具有重要意義。目前國內(nèi)外應用的研究方法有多種，例如：陰極過程量氣法、電化學測量法、高真空測量法和核物理法，其中，電化學測量法因為其操作簡便，靈敏度高等優(yōu)點應用最為廣泛。

目前，國內(nèi)外學者在這一領域進行了大量研究，取得了一定成果，同時也存在諸多問題。例如專利申請?zhí)枮?00610046426.6、名稱為“一種鍍層材料氫滲透性能評價方法及其專用雙電解池”和專利申請?zhí)枮?01010185642.5、名稱為“金屬氫滲透性能測定的裝置及方法”的中國專利文件，以及專利號為4221651、名稱為“Electrochemical?cell?for?measuring?hydrogen?in?metal”、專利號為6814854、名稱為“Hydrogen?permeation?probe?method”的美國專利文件中公開的技術(shù)方案等，對于特定金屬或者鍍層的氫滲透行為進行了較好的研究。但目前國內(nèi)外此類測試方法的測試范圍均處于厘米級，其無法應用于研究金屬材料較狹小的局部區(qū)域（例如應力集中區(qū)域，裂紋尖端區(qū)域，焊縫區(qū)域等）的氫滲透行為，而這類局部區(qū)域極易發(fā)生氫損傷，是發(fā)生應力腐蝕開裂、氫脆等失效的主要區(qū)域，因而研究金屬局部區(qū)域氫滲透行為具有重大意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種測試范圍可達到微米級，可以應用于應力集中區(qū)域、裂紋尖端區(qū)域、焊縫區(qū)域等特定的狹小區(qū)域的氫滲透行為研究的金屬局部區(qū)域氫滲透行為實驗裝置。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：

包括微電解池、腐蝕環(huán)境模擬槽，工作試樣的一面為測試區(qū)、另一面為腐蝕區(qū)，微電解池的一端與工作試樣的測試區(qū)接觸，工作試樣的腐蝕區(qū)與腐蝕環(huán)境模擬槽中的腐蝕介質(zhì)接觸，微電解池中的對電極、Ag/AgCl參比電極及工作試樣組成三電極體系，對電極、Ag/AgCl參比電極和工作試樣分別通過導線與電化學工作站的對電極端口、參比電極端口和工作電極端口相連，電化學工作站通過數(shù)據(jù)線與計算機相連。

本發(fā)明還可以包括如下特征：

1、微電解池與腐蝕環(huán)境模擬槽固定于載物實驗臺上，載物實驗臺置于法拉第靜電屏蔽箱內(nèi)，所述工作試樣由測試金屬、包裹在測試金屬外周邊的絕緣層和絕緣層上的絕緣防水臺組成，工作試樣安裝于腐蝕環(huán)境模擬槽中。

2、微電解池與腐蝕環(huán)境模擬槽安裝于鋼架中，工作試樣的兩端通過絕緣銷各連接一連桿，其中一個連桿由螺栓與鋼架固連，另一個連桿伸出鋼架且設置有調(diào)節(jié)彈簧和調(diào)節(jié)螺母。

3、微電解池內(nèi)的電解質(zhì)為0.2MNaOH。

4、微電解池得上端為有機玻璃筒或槽、下部為毛細玻璃管拉制的尖端區(qū)域，尖端區(qū)域的尖端直徑為60—300μm。

本發(fā)明的工作工程如下:

1）：將工作試樣腐蝕區(qū)所在一面使用砂紙打磨至1000#，待測區(qū)所在一面拋光后電鍍鎳，并于鍍鎳后放置干燥箱內(nèi)在200℃下進行2小時除氫處理。

2）：將工作試樣使用302膠封裝后固定于腐蝕環(huán)境模擬槽中，并根據(jù)實驗要求施加拉應力。

3）將微電解池尖端與工作試樣待測區(qū)相連，保證密封性。

4）腐蝕環(huán)境模擬槽中采用質(zhì)量分數(shù)1%HCl與3.5%NaCl溶液作為腐蝕介質(zhì)，微電解池內(nèi)采用0.2mol/lNaOH溶液作為電解質(zhì)，微電解池內(nèi)參比電極，對電極，以及工作試樣均通過導線與電化學工作站相連，檢查無誤后可進行電化學測試。

其電化學測試采用計時安培法，施加恒電位為340mV（相對于SCE）。

本發(fā)明了供一種用于研究金屬材料局部區(qū)域在模擬應力腐蝕環(huán)境中氫滲透行為的實驗裝置，其測試范圍可達到微米級，可以應用于特定的狹小區(qū)域例如應力集中區(qū)域，裂紋尖端區(qū)域，焊縫區(qū)域等的氫滲透行為研究。