[發明專利]加載雙向拉伸應力試樣腐蝕電化學實驗裝置及測試方法

有效

• 申請號: 201710026628.2
• 申請日: 2017-01-14
• 公開（公告）號: CN106769474B
• 公開（公告）日: 2019-05-28
• 發明（設計）人: 彭浩平;劉軍;蘇旭平;趙會軍;王建華;涂浩
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/56;G01N17/02;G01N17/00
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1.一種加載雙向拉伸應力試樣腐蝕電化學實驗裝置，其特征在于：包括

十字試樣，為十字形金屬材料，且試樣中心區域為均勻應力場；

雙向拉伸應力加載機構，安裝在十字試樣的四端，加載十字試樣所受的雙向拉伸應力；

腐蝕反應池，具有內腔，內腔中為腐蝕實驗環境，十字試樣的中心區域與內腔的腐蝕實驗環境接觸；

電化學測試系統，與十字試樣構成電極體系，對所述十字試樣施加極化電流和正弦波電位，進行極化并測試和交流阻抗圖譜測試，并實時監測記錄電位數據；和

控制系統，包括應力控制模塊、溫度控制模塊和流速控制模塊，控制腐蝕反應池內腔中實現多種腐蝕實驗環境調節；

所述的雙向拉伸應力加載機構，包括四個夾具、四個拉壓力傳感器、四個滑塊和四個彎臂，以及加力螺母、支柱、工作臺和軌道；

夾具安裝在工作臺上，工作臺的四周延伸出四條所述的軌道；

所述的十字試樣的四個端頭各與一個夾具固定連接，十字試樣與夾具之間通過聚四氟乙烯墊片隔開；每個夾具的外端面上固定連接有一個所述的拉壓力傳感器，拉壓力傳感器的一端與夾具連接，拉壓力傳感器的另一端固定于滑塊上，每個滑塊分別安裝在工作臺延伸出的軌道之上，軌道與滑塊通過凸凹槽匹配，以通過滑塊將來自于彎臂上的力分解為平行于軌道方向，彎臂與滑塊底部鉸接，所述支柱固定于工作臺背部中心位置，四個彎臂中相對的兩個彎臂兩兩向支柱匯聚后分別通過一個加力螺母與固定架連接，使彎臂與工作臺平面呈20°～70°夾角，通過調節加力螺母位置完成對應應力調節。

2.如權利要求1所述的加載雙向拉伸應力試樣腐蝕電化學實驗裝置，其特征在于：所述的腐蝕反應池，包括箱體、軸流泵自循環模塊和氣體充裝模塊；

所述的箱體一端具有開孔，所述開孔處均安裝有密封絕緣墊片，所述密封絕緣墊片的形狀尺寸與十字試樣的中心區域匹配，以與十字試樣形成密封，箱體上還開設有入水口和排水口，排水口處連接排水管；

所述軸流泵自循環模塊包括電機和主體部分，所述軸流泵自循環模塊的主體部分固定安裝于箱體內部的軸心位置，所述電機安裝在箱體外部；

所述的氣體充裝模塊，包括氣瓶、進氣管、出氣口和排氣管，氣瓶上設置有減壓閥，出氣口位于箱體內部，排氣管連接箱體內部和廢氣處理系統。

3.如權利要求2所述的加載雙向拉伸應力試樣腐蝕電化學實驗裝置，其特征在于：所述的軸流泵自循環模塊包括電機、傳動軸、葉輪、導葉和軸流管；所述的電機為變頻電機；電機驅動傳動軸轉動，葉輪和導葉同軸固定在傳動軸上，傳動軸、葉輪和導葉均位于軸流管內，軸流管位于箱體內，所述的導葉與葉輪的彎曲方向相反；所述的軸流管包括三段，前段呈喇叭口狀，中段平直，后端為噴嘴狀。

4.如權利要求1所述的加載雙向拉伸應力試樣腐蝕電化學實驗裝置，其特征在于：所述電化學測試系統包括三電極體系、電化學工作站和電位差計，所述三電極體系包括工作電極、參比電極和輔助電極，所述工作電極為十字試樣，參比電極和輔助電極均安裝于箱體內，所述電位差計檢測工作電極相對于輔助電極的電位，所述工作電極、參比電極和輔助電極通過導線連接至電化學工作站和電位差計。

5.如權利要求4所述的加載雙向拉伸應力試樣腐蝕電化學實驗裝置，其特征在于：所述參比電極為飽和甘汞電極或銀/氯化銀電極，置于魯金毛細管之中以減小歐姆降影響，所述輔助電極為鉑片。

6.如權利要求1所述的加載雙向拉伸應力試樣腐蝕電化學實驗裝置，其特征在于：所述的應力控制模塊包括控制計算機，拉壓力傳感器與控制計算機信號連接；溫度控制模塊和流速控制模塊也均連接至控制計算機上；所述的溫度控制模塊包括熱電偶、溫度控制器和加熱絲；所述的溫度控制器用于設置實驗溫度，當箱體內的介質溫度低于設置溫度一定范圍時，自動對加熱絲供電使其工作；當介質溫度達到設置溫度時，斷開加熱絲供電；所述的流速控制模塊包括流速傳感器和流速控制器；所述的流速控制器依據流速傳感器反饋信號控制電機頻率，完成相應流速調整；所述熱電偶、加熱絲和流速傳感器位于箱體內。

7.一種采用如權利要求1-6任一項所述的加載雙向拉伸應力試樣腐蝕電化學實驗裝置的測試方法，其特征在于實現步驟如下：

步驟一，根據所需模擬現場工況條件設計實驗腐蝕介質、流速、溫度、氣體含量，以及試樣加載雙向拉伸應力大小；

步驟二，安裝十字試樣，將十字試樣的四個加載臂分別置于四個夾具內聚四氟乙烯墊片之中并進行固定，分別輕輕擰緊加力螺母，觀察對應滑塊上拉壓力傳感器反饋的數據，調節得到實驗要求工況應力加載；

步驟三，將實驗介質加入腐蝕反應池，達到要求位置后，關閉排氣管段，打開實驗設計對應氣瓶上的減壓閥，完成腐蝕介質除氧或充氣，關閉減壓閥；

步驟四，實驗工況調節與測試，打開電機，開啟加熱絲，調節溫度控制模塊和流速控制模塊，待流速傳感器與熱電偶監測數據與實驗設計相符后，記錄時間開始實驗；電位差計實時監測十字試樣相對于參比電極的電位狀態，并將信號通過模數轉換存儲記錄于控制計算機之中；在浸泡測試體系穩定后，將三電極體系導線連接到電化學工作站，按一定實驗周期進行電化學測試；

步驟五，實驗結束后，將排氣管連接廢氣處理系統，放出實驗介質，將十字試樣卸下，進行表面腐蝕形貌觀察、腐蝕產物分析以及整個實驗過程中電化學參數分析。