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原文传递一种深海氢致应力开裂行为的小冲杆测试装置及方法

专利名称：	一种深海氢致应力开裂行为的小冲杆测试装置及方法
摘要：	本发明公开了一种深海氢致应力开裂行为的小冲杆测试装置及方法，通过温控箱、充氮除氧回流槽模拟深海环境，通过电解液循环流动模拟深海海水流动状态。同时，利用电化学工作站在线充氢模拟深海氢环境，通过力学试验机和小冲杆夹具施加载荷模拟深海静压力。通过改变充氢电流、充氢时间，考察金属试样在深海模拟环境中的力学性能，根据其断口形貌、屈服强度、强度极限等信息评价材料在深海环境中的劣化程度，本发明不仅能用于探究深海环境中机械装置服役过程中材料氢致应力开裂的行为，评价深海环境下材料劣化程度，而且能够对深海环境服役装置的微损检测提供有效途径。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	中国矿业大学
发明人：	朱荣涛;王贤;王香;杨胜辉
专利状态：	有效
申请日期：	2019-01-31T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-28T00:00:00+0800
申请号：	CN201910097973.4
公开号：	CN109813594A
代理机构：	南京瑞弘专利商标事务所(普通合伙)
代理人：	彭雄
分类号：	G01N3/02(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	221116 江苏省徐州市铜山区大学路中国矿业大学科研院
主权项：	1.一种深海氢致应力开裂行为的小冲杆测试装置，其特征在于：包括控制系统(1)、充氮除氧回流槽(2)、力学试验机(3)、温控箱(4)、小冲杆夹具(5)、循环充氢电解槽(6)、放空阀(7)、潜水泵(8)、对电极(10)、参比电极(11)、电化学工作站(12)、工作电极(13)，所述小冲杆夹具(5)安装在温控箱(4)内，所述小冲杆夹具(5)包括上冲头(51)、上夹具(52)、下夹具(53)、下连接杆(54)，所述上夹具(52)底部设置有中心凸台(521)，所述中心凸台(521)设置有凸台通孔(523)，所述上夹具(52)顶部设置有上夹具通孔(522)，所述上夹具通孔(522)与凸台通孔(523)连通；所述下夹具(53)顶部设置有用于放置测试试样的中心凹槽(531)，所述下夹具(53)上设置有电解液流动通孔(532)，所述中心凹槽(531)与电解液流动通孔(532)通过电解液连通孔(533)相连通；所述上夹具(52)的底部与下连接杆(54)固定连接；所述上夹具(52)的顶部与上夹具(52)的底部通过螺栓连接，且所述中心凸台(521)位于中心凹槽(531)内；所述力学试验机(3)顶部的加载杆穿过温控箱(4)与上冲头(51)一端固定连接，且所述上冲头(51)另一端与上夹具(52)相对设置；所述力学试验机(3)底部的加载杆穿过温控箱(4)与下连接杆(54)的一端连接；所述电解液流动通孔(532)一端与充氮除氧回流槽(2)连通，另一端与循环充氢电解槽(6)连通；所述充氮除氧回流槽(2)与循环充氢电解槽(6)连通；所述放空阀(7)安装在电解液流动通孔(532)与循环充氢电解槽(6)连通的管道上；所述循环充氢电解槽(6)内设置隔板(9)，将循环充氢电解槽(6)分为循环室和充氢室；所述潜水泵(8)设置于循环室内，且电解液流动通孔(532)和循环充氢电解槽(6)连通的管道与潜水泵(8)连接；所述对电极(10)、参比电极(11)设置于充氢室内，所述工作电极(13)用于与测试试样连接，且所述对电极(10)、参比电极(11)、工作电极(13)均与电化学工作站(12)连接；所述控制系统(1)分别与力学试验机(3)通信连接。 2.根据权利要求1所述深海氢致应力开裂行为的小冲杆测试装置，其特征在于：还包括铜箔垫片，所述铜箔垫片位于中心凹槽(531)内，用于放置测试试样，所述铜箔垫片用于工作电极(13)连接。 3.根据权利要求1所述深海氢致应力开裂行为的小冲杆测试装置，其特征在于：所述温控箱(4)设置有观察门；所述温控箱(4)内腔体内附有保温层。 4.根据权利要求1所述深海氢致应力开裂行为的小冲杆测试装置，其特征在于：所述充氮除氧回流槽(2)的进液口高于小冲杆夹具(5)中的测试试样位置。 5.根据权利要求1所述深海氢致应力开裂行为的小冲杆测试装置，其特征在于：所述小冲杆夹具(5)上凃镀18Cr-9Ni阻氢涂层。 6.一种基于权利要求1所述深海氢致应力开裂行为的小冲杆测试装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，充氢电解液配制步骤二，测试试样装夹及小冲杆夹具的联接步骤21：测试试样放置于下夹具(53)顶部中心凹槽(531)内，通过上夹具(52)底部中心凸台(521)压住测试试样，同时保证密封；步骤22：联接上夹具(52)与下夹具(53)，两者通过环向分布螺栓实现连接紧固；步骤23：下连接杆(54)与下夹具(53)之间通过螺栓联接；步骤24：通过变径头与软管分别将电解液流动通孔(532)与循环充氢电解槽(6)、充氮除氧回流槽(2)连接，形成电解液流动回路；步骤25：将力学试验机(3)的加载杆从温控箱(4)顶部和底部开孔嵌入，使小冲杆夹具(5)及测试试样置于温控箱(4)内，然后将上冲头(51)和下连接杆(54)通过方向销与力学试验机(3)的加载杆连接，且通过螺纹盘实现与力学试验机(3)的加载杆的紧固；步骤三，电解液的循环流通步骤31：将潜水泵(8)固定在循环充氢电解槽(6)的循环室内，将电解液充满循环充氢电解槽(6)的内，并实现循环充氢电解槽(6)的循环室和充氢室的连通。步骤32：关闭放空阀(7)，启动潜水泵(8)，使充氢电解液在循环充氢电解槽(6)、充氮除氧回流槽(2)、下夹具(53)上的电解液流动通孔(532)之间流动形成回路；通过调节潜水泵(8)转速，从而改变电解液流速，实现不同流动速度下的电解液充氢；步骤四，在线充氢及小冲杆加载试验步骤41：将参比电极(11)、对电极(10)置于循环充氢电解槽(6)的充氢室内，并保证参比电极(11)、对电极(10)接触充氢电解液，并将参比电极(11)、对电极(10)与电化学工作站(12)连接好；同时，将工作电极(13)与测试试样连接；步骤42：设定温控箱(4)温度，关闭温控箱(4)观察门，等待温度稳定；步骤43：待温度稳定后，启动电化学工作站(12)电源，设定电化学工作站(12)电流，在电解液循环流动的情况下，使电解液通过软管导入下夹具(53)上的电解液流动通孔(532)中，并与测试试样接触，对小冲杆夹具(5)中的测试试样实现单面恒电流充氢；步骤44：充氢一定时间后，启动力学试验机(3)，利用控制系统(1)控制力学试验机(3)，实现在恒定加载速率下进行小冲杆试验，记录小冲杆试验加载载荷与变形、时间的关系曲线；步骤45：加载试验结束后，首先关停力学试验机(3)，停止加载，然后关闭电化学工作站(12)电源，停止充氢，最后关闭潜水泵(8)，打开放空阀(7)，停止电解液循环流动；步骤46：打开小冲杆夹具(5)，取出断裂后测试试样，对加载后测试试样进行系统表征。 7.根据权利要求6所述测试方法，其特征在于：电解液为加有充氢添加剂的H2SO4溶液和NaCl溶液，其中H2SO4溶液浓度为0.5mol/L，NaCl溶液浓度为1-5mol/L，H2SO4溶液和NaCl溶液体积配比为4：6。 8.根据权利要求7所述测试方法，其特征在于：充氢添加剂为硫脲，硫脲按照10g/L的标准添加，然后将配置好的电解液注满循环充氢电解槽(6)。 9.根据权利要求8所述测试方法，其特征在于：步骤44中为保证测试试样内的氢浓度，在加载的同时继续进行在线充氢，直至测试试样开裂。 10.根据权利要求9所述测试方法，其特征在于：测试试样开裂的标志为力学试验机记录的位移-载荷曲线出现明显快速下降。
所属类别：	发明专利