[發明專利]一種液態金屬腐蝕高溫持久試驗裝置

在審

• 申請號: 201410032413.8
• 申請日: 2014-01-23
• 公開（公告）號: CN104807739A
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發明（設計）人: 楊振國;單以銀;王志光;王威;欒賀;劉堅
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: G01N17/00
• 分類號: G01N17/00
• 代理公司: 沈陽晨創科技專利代理有限責任公司 21001
• 代理人: 張晨

技術領域

本發明屬于ADS結構材料耐液態金屬腐蝕性能研究領域，特別提供一種液態金屬腐蝕高溫持久試驗裝置。

背景技術

研究ADS候選結構材料在液態LBE中的持久蠕變性能對于ADS嬗變系統的可靠性至關重要，但目前這方面的公開數據極少，只有來自德國KIT的Jianu等人和來自俄羅斯Prometey研究所的Markov等人進行了這方面的報導。他們的合作研究發現(Jianu?A,Müller?G,A?Weisenburger,et?al.Creep-to-rupture?tests?of?T91?steel?in?flowing?Pb-Bi?eutectic?melt?at?550?degrees?C.Journal?of?Nuclear?Materials,2009,394(1):102-108)，相比于在空氣中，T91鋼在550℃、含氧量為10-6wt%的流動液態LBE中的持久斷裂時間大大減低，并且隨著應力的提高，這種效應更加明顯。據此，他們認為，在材料持久變形的過程中，氧化膜形成速率與變形速率為競爭關系。當持久應力較大時，蠕變速率較大，變形過程中破裂的氧化膜不能及時通過氧化而愈合，Pb、Bi便會滲至內氧化區表面，降低裂紋的表面能，加速裂紋擴展，提高蠕變速率；相反，如果破裂的氧化膜能快速自愈或者氧化膜能隨基體材料一起變形，液態LBE對材料的持久蠕變性能便無影響。因此，他們嘗試通過表面改性的方法來避免液態LBE對持久蠕變性能的不利影響(Weisenburger?A,Jianu?A,An?W,et?al.Creep,creep-rupture?tests?of?Al-surface-alloyed?T91?steel?in?liquid?lead?bismuth?at?500?and?550℃.Journal?of?Nuclear?Materials,2012,431(1-3):77-84)。他們采用的制備工藝如下：首先通過等離子噴涂的方法用FeCrAlY粉末在材料表面形成疏松多孔、與基體結合不緊密的表面層，然后用脈沖電子束對該表面層進行處理。在處理過程中，表面層和表層基體都會溶化，從而形成一層與基體以金屬鍵結合的含Al致密表面層。實驗結果表明，在550℃，表面處理后的T91鋼在液態LBE中持久斷裂時間與未處理的T91鋼在空氣中的持久斷裂時間相當，說明表面Al合金化的處理方法可以提高材料在液態LBE中的持久蠕變性能。他們還發現，在550℃，當應力低于120MPa時，液態LBE對未表面處理的T91鋼的持久性能的影響可以忽略不計。

考慮到結構材料在使用過程中是受到應力、液態LBE腐蝕協同作用，那么關于其在此方面的性能研究至關重要，然而現有試驗方案均為在液態LBE腐蝕后測試其力學性能（沖擊、拉伸、蠕變、持久等），關于協同作用影響沒有任何數據說明其性能，無法反應結構材料在真實使用過程中的性能是否達標；由于目前國內關于ADS結構材料與液態LBE的兼容性研究甚是稀少，相關研究設備更是稀缺，設計一種方便使用的持久試驗機以開展ADS結構材料在液態LBE中的持久性能的研究成為目前的研究重點。

發明內容

本發明的目的在于提供一種液態金屬腐蝕高溫持久試驗裝置，使用該裝置進行液態金屬腐蝕情況下的持久試驗，能夠測試出結構材料在液態LBE腐蝕作用下的持久性能，方便實現腐蝕，應力耦合作用下的數據采集，更準確的體現性能指標。

本發明具體提供了一種液態金屬腐蝕高溫持久試驗裝置，其特征在于：所述裝置包括過渡卡頭1、波紋管2、上卡頭3、腔體4和下卡頭5；

其中上卡頭3的一端設有盲孔31，盲孔31內部設有與試樣一端所設外螺紋相配合的內螺紋，上卡頭3設有盲孔31的一端卡入腔體4內徑，與腔體4間隙配合，能夠上下移動，上卡頭3的另一端與一個過渡卡頭1相連；

下卡頭5的一端設有盲孔51，盲孔51內部設有與試樣一端所設外螺紋相配合的內螺紋，下卡頭5設有盲孔51的一端與腔體4的一端通過緊固件緊密密封連接，另一端與一個過渡卡頭1相連；

過渡卡頭1用于與蠕變持久試驗機連接；

波紋管2中間設有通孔21，所述通孔21的尺寸比過渡卡頭1的橫截面大，將波紋管2套在過渡卡頭1外并密封焊接在一起；波紋管2、下卡頭5與腔體4通過緊固件緊密密封連接。

本發明所述液態金屬腐蝕高溫持久試驗裝置，其特征在于：過渡卡頭1與波紋管2焊接連接；上卡頭3、下卡頭5與過渡卡頭1之間通過螺紋連接；波紋管2、下卡頭5與腔體4通過緊固件緊密密封連接；最終達到通體密封效果，且能通過波紋管2伸長縮短。