[發明專利]高溫熔鹽腐蝕環境中多種力學性能測試的試驗裝置及方法

有效

• 申請號: 202011236524.2
• 申請日: 2020-11-09
• 公開（公告）號: CN112595575B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 李恒;王小威;唐建群;張天宇;姜勇;鞏建鳴;涂善東
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: G01N3/00
• 分類號: G01N3/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱沉雁

本發明公開了一種高溫熔鹽腐蝕環境中多種力學性能測試的試驗裝置及方法，該裝置包括容器組件和夾具組件，容器組件用于提供熔鹽腐蝕環境，并通過冷卻回路防止高溫下熔鹽蒸發而減少，保證長時力學性能測試過程中，試樣保持完全浸沒在熔鹽環境中，夾具組件用于夾持試樣和固定引伸計，可精確測量試驗過程中試樣的應變，裝置結構合理。該方法通過將試樣固定在夾具組件上，并浸沒在容器組件的熔鹽里，通過試驗機不同的加載方式實現高溫熔鹽腐蝕環境中的多種力學性能測試。本發明有效地解決了高溫下熔鹽蒸發逸出減少而使試樣在長時試驗過程中不能完全浸沒在熔鹽中的問題，通過不同加載形式可進行熔鹽環境中多種力學性能測試以及應變的測量。

技術領域

本發明屬于材料試驗，具體涉及一種高溫熔鹽腐蝕環境中多種力學性能測試的試驗裝置及方法。

背景技術

聚熱式太陽能光熱發電技術（CSP）可以將太陽能轉化為電能，是一種高效清潔的發電方式，近年來成為全球各國關注的重點。CSP技術大量使用了熔鹽進行傳熱和蓄熱，而熔鹽在高溫下具有一定的腐蝕性，與高溫熔鹽接觸的容器和管道等設備在長期服役過程中，會受到熔鹽的腐蝕，不僅如此，設備由于制造、裝配、焊接等過程會產生較大的應力，另外設備頻繁的開停車和熱交換也會給設備帶來很大的熱應力，因此上述結構材料可能會受到蠕變、疲勞和蠕變疲勞交互損傷。結構材料在高溫熔鹽腐蝕損傷和復雜力學載荷的共同作用下會加速劣化，這不僅會提高CSP電站的運行維護成本，還會因為材料的加速劣化而大大增加設備的失效風險，降低了設備的可靠性和使用壽命。因此，研究結構材料在高溫熔鹽環境中的蠕變、疲勞及蠕變疲勞交互的力學特性和機理，評估材料在高溫熔鹽環境中的力學性能演化和損傷規律，可為CSP電站中與熔鹽接觸設備的設計、選材、維護、維修以及更換等方面提供理論依據和科學指導。

基于實驗室中測量的高溫熔鹽腐蝕與蠕變、疲勞及蠕變疲勞交互作用的試驗結果進行材料的腐蝕力學損傷和壽命分析，是最重要也是最基礎的研究方式。然而，由于高溫環境和熔鹽的腐蝕性，以及熔鹽在超過熔點溫度后的蒸發作用，對金屬材料在高溫熔鹽腐蝕環境中進行長達幾百甚至幾千小時的長時力學性能測試非常困難，只有極少數文獻報道了金屬材料在高溫熔鹽環境下的低周疲勞以及恒應力拉伸試驗，而這些試驗的測試時間短，使用機架位移記錄試樣的應變，結果不夠準確，且試樣的加載形式單一，其試驗結果不足以揭示材料在實際工況下的劣化機制。

發明內容

本發明提供了一種高溫熔鹽腐蝕環境中多種力學性能測試的試驗裝置及方法，解決了高溫熔鹽腐蝕環境中，材料多種力學性能測試困難的問題，并有效地解決了熔鹽在高溫下蒸發減少而不能進行長時試驗的問題，可對材料在熔鹽腐蝕環境中進行長時的力學性能測試，如慢應變速率拉伸試驗、蠕變試驗、疲勞試驗、蠕變疲勞交互試驗，從而進一步研究材料在高溫熔鹽腐蝕環境中的應力腐蝕開裂行為、腐蝕-蠕變行為、腐蝕-疲勞行為以及腐蝕-蠕變-疲勞交互行為。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種高溫熔鹽腐蝕環境中多種力學性能測試的試驗裝置，包括容器組件和夾具組件，容器組件用于提供熔鹽腐蝕環境，使試樣與熔鹽充分接觸。夾具組件，包括上夾頭和下夾頭，用于夾持試樣并通過與電子式蠕變疲勞機連接對試樣施加載荷，其中上夾頭位于容器組件上方，下夾頭位于容器組件下方。

所述容器組件包括容腔、上冷卻套、上入水管、上出水管、下冷卻套、下入水管、下出水管；容腔設置在高溫爐內，且容腔兩端分別伸出高溫爐，上冷卻套和下冷卻套分別套在伸出高溫爐的容腔兩端；上冷卻套上接有上入水管和上出水管，下冷卻套上接有下入水管和下出水管；上入水管和下入水管分別位于上冷卻套和下冷卻套的靠近高溫爐的一側，上出水管和下出水管分別位于上冷卻套和下冷卻套的遠離高溫爐的一側，以此獲得最充分的冷卻效果。

一種基于高溫熔鹽腐蝕環境中多種力學性能測試的試驗裝置的試驗方法，步驟如下：

步驟1、校準容腔內部溫度：