一种研究金属氢渗透行为的装置及方法

摘要

本发明公开了一种研究金属氢渗透行为的装置及方法，该装置包括机械加载系统、电化学测量系统、控温系统和驱气系统。加载系统通过千斤顶经中间传递组件为试样提供拉应力。渗氢电解池，阴极池和阳极池由镍基合金制成以提高承压能力和耐蚀性能，采用密封组件实现电解池与试样之间的严格密封。阴极池可通入电解质溶液和高压气体，配有高压参比电极和辅助电极，以模拟金属结构的力学化学服役环境。本发明可研究高静水压作用深海环境、井下钻采装置高压环境中金属结构在拉伸应力应变作用下的氢渗透行为，弥补了现有渗氢电解池不能在高压环境中测量受力状态对金属氢渗透行为的影响的不足。控温系统和驱气系统的引入可以维持介质的稳定性，提高测试精度。

主权项

一种研究金属氢渗透行为的装置，其特征在于，包括机械加载系统、电化学测量系统、控温系统和驱气系统，所述的加载系统以钢架结构(1)为支撑，采用千斤顶(11)依次带动上游梁(9)、连杆(10)、下游梁(12)、楔形夹具(5)以及固定于夹具上的试样(4)移动，使试样(4)受到拉伸应力；所述的楔形夹具(5)主要由夹具体(51)、紧固螺栓(52)和楔形块(53)组成，将试样(4)置于两楔形块(53)之间，并安装到夹具体(51)上，采用紧固螺栓(52)顶紧楔形块(53)，进而使试样受到厚度方向的压应力，从而实现了试样(4)与楔形夹具(5)之间的连接；通过连接于千斤顶(11)上的压力表(7)，确定拉伸载荷的数值，挠度计(8)固定于钢架结构(1)上，测试端与上游梁(9)接触，测量试样的变形量；所述的电化学测量系统主要由阴极池(32)、阳极池(22)、第一电化学工作站(21)、第二电化学工作站(31)和相应的电极组成，为提高耐蚀性能和承压能力，阴极池(32)和阳极池(22)均由镍基合金制成，阴极池(32)与试样(4)，阳极池(22)与试样(4)之间装有橡胶密封圈(61)，橡胶密封圈(61)的外围装有金属密封圈(62)限制其扩张变形，阳极池(22)和阴极池(32)上带有法兰孔，采用螺栓(64)连按后旋紧螺母(63)即加紧橡胶密封圈(61)和试样(4)，实现阴极池(22)与试样(4)，阳极池(32)与试样(4)之间的严格密封连接；所述的阴极池(32)和阳极池(22)上均带有进气阀门和排气阀门，气源(13)经阳极池进气阀门(25)进入阳极池(22)，置换阳极池(22)溶液内的溶解氧，从阳极池排气阀门(26)排出；阴极池进气阀门(35)和阴极池排气阀门(36)也具有相似的驱气功能，此外，当阴极池排气阀门(36)关闭时，阴极池(32)内经阴极池进气阀门(35)通入高压气体，模拟高压环境；阴极池(32)配有高压Ag/AgCl参比电极(33)和高压铂电极(34)，与试样(4)构成三电极体系，连接至第二电化学工作站(31)构成渗氢系统(3)，阳极池(22)上装有Hg/HgO参比电极(23)和铂电极(24)，与试样(4)构成三电极体系，连接至第一电化学工作站(21)构成测氢系统(2)；所述的控温系统，采用恒温槽(14)将恒温介质分别经阴极池进水口(37)和阳极池进水口(27)送入阴极池保温层(39)和阳极池保温层(29)，经阴极池出水口(38)和阳极池出水口(28)返回，控制阴极池(32)和阳极池(22)内的介质温度。