[發明專利]一種模擬深海環境用電化學滲氫試驗電解槽及應用方法

在審

• 申請號: 201911165748.6
• 申請日: 2019-11-25
• 公開（公告）號: CN110887765A
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發明（設計）人: 張海兵;范林;杜建平;馬力;許立坤
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七二五研究所
• 主分類號: G01N13/00
• 分類號: G01N13/00;G01N27/28
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種模擬深海環境用電化學滲氫試驗電解槽及應用方法，屬于深海靜水壓環境下的電化學滲氫測試領域。本發明設計了一種結構輕便的模擬深海環境滲氫測試用雙電解槽，可在高壓、低溫海水環境下進行金屬材料的滲氫試驗。雙電解槽以及附屬的測試電極均采用非承壓結構，最大程度地降低了電解槽的強度要求。將雙電解槽置于模擬深海環境試驗艙使用時，利用雙電解槽的柔性隔膜結構可以將電解槽中的試驗介質與模擬深海環境試驗艙中的海水介質隔絕開來，同時將模擬深海環境試驗艙中的壓力和溫度條件傳導至雙電解槽內，從而在雙電解槽中建立模擬深海環境條件，并實現模擬深海環境下的滲氫測試。

技術領域

本發明涉及深海靜水壓環境下的電化學滲氫測試領域，具體地是一種模擬深海環境下金屬中氫擴散測試用雙電解槽及應用方法。利用該電解槽可以有效解決深海高壓低溫環境下金屬氫擴散系數測試等問題。

背景技術

氫對金屬材料力學性能存在影響，過量的氫擴散進入金屬材料后，會引起材料的脆化，在載荷作用下容易誘發材料氫致開裂，從而對工程結構的安全產生威脅。研究表明金屬材料強度等級越高，氫脆敏感性越強，越容易發生氫致失效。隨著我國深海開發的不斷深入，深海裝備迅速發展，出于安全性和經濟性考慮，深海裝備普遍采用高強度結構材料，如高強鋼、高強不銹鋼、高強鈦合金等。在深海環境下，由于陰極極化作用、環境析氫，以及海洋微生物等影響，都可能造成金屬結構產生表面析氫，其析氫行為還與海水壓力、溫度、溶解氧濃度和pH值等環境條件有關；在深海高靜壓作用下，金屬表面產生的氫更易于向金屬內部擴散，從而加劇材料脆化；另外，根據擴散理論，深海海水溫度變化也會對氫在金屬中的擴散產生顯著影響。因此，研究金屬材料在深海環境下的氫滲透和擴散行為具有重要意義。

目前國內外進行金屬氫擴散測試普遍采用Devanthan-Stachurski雙電解槽電化學滲氫試驗方法，該方法通過在薄片狀金屬試樣的兩側各安裝一個電解槽，其中一個為充氫電解槽（或稱為陰極槽），在其中加入充氫介質（海水或其他溶液），對金屬試樣的陰極工作面進行充氫；另一個為測氫電解槽（或稱為陽極槽），其中介質通常為氫氧化鈉溶液，在陽極槽監測從試樣陰極工作面擴散至陽極工作面的氫通量，根據擴散的時間和試樣厚度等參數計算氫在材料中的擴散系數。該方法涉及兩個獨立的測試環境和兩種不同的試驗介質，目前僅限于在常溫常壓條件下進行。

發明專利201810287092.4公開了一種模擬深海氫滲透試驗裝置，該裝置通過對雙電解槽進行改良，使電解槽本身具有一定承壓能力，通過向電解槽內加壓實現深海高壓環境的模擬，但該裝置對槽體和測試用輔助電極、參比電極等配件的要求極高，需要具備足夠的耐壓和絕緣密封性能，試樣與槽體之間也需要解決絕緣和密封問題，該專利采用了O型圈和絕緣墊片進行絕緣密封，其耐壓能力相對有限，難以實現高靜壓環境的模擬；而且在使用過程中，左右兩個電解槽的壓力平衡難以掌握，由于測試試樣很?。ㄍǔＰ∮?mm），較小的壓力差即可能導致試樣變形或損壞，從而影響試驗結果。

發明專利CN103293093B設計了一種深海應力腐蝕與滲氫實驗模擬裝置，該裝置通過將雙電解槽置于高壓釜內，然后對高壓釜內通入高壓氮氣來模擬深海壓力，該方法可以有效解決電解槽、測試試樣和電極的承壓與絕緣密封問題，且易于操作，但該裝置只實現了深海壓力條件的模擬，并沒有考慮海水溫度、溶解氧濃度等其他深海環境參數的影響，無法真正模擬深海環境，且通入高壓氮氣會改變電解槽內的介質氣氛，從而影響測試試樣的析氫行為；另外，利用高壓氣瓶可實現的壓力等級有限，一般不超過15MPa，無法實現更高壓力的模擬，且對高壓氣體進行操作還存在安全方面的問題。

發明內容