CN102768133A - 一种高温高压原位高速划伤装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及划伤装置，具体为一种高温高压原位高速划伤装置，解决现有技术在高温高压环境下难以实现原位高速划伤、划伤试样的固定、绝缘、信号线的引出、高速运动轴的压力平衡、密封和划伤过程高精度计时等一系列问题。该装置设有：高压釜、环形加热器、手动/液压双立柱固定支架、控制箱、高速运动轴、划头、试样固定装置、气缸、换向阀、磁钢、霍尔传感器和精密计时器等，能实现在高温高压环境中对金属试样表面进行原位高速划伤研究并精确记录高速划伤过程所用时间，还可通过安装在高压釜上釜盖的高温高压参比电极、高温高压工作、辅助电极配合电化学工作站将划伤过程中试样表面膜由发生破坏到再钝化这一过程的信号检测出来。

Description

一种高温高压原位高速划伤装置

技术领域

本发明涉及耐蚀材料表面划伤技术，具体为一种高温高压原位高速划伤装置。

背景技术

依赖表面形成致密钝化膜而具有腐蚀抗力的耐蚀合金，当局部表面的钝化膜因机械破坏露出新鲜表面时，则会加剧新鲜表面腐蚀的发生，从而在该位置形成新的钝化膜，且再钝化的发生依赖材料本身和环境因素的共同作用。因此，金属材料在特定环境中再钝化能力的原位表征对于评定材料在工况下的耐腐蚀性能具有重要作用。

目前，材料再钝化能力的表征主要通过划伤电极法来实现。在高温高压环境中材料新鲜表面的重新成膜是一个快速过程，那么这就要求划伤速度必须快，否则将会导致试样表面边划伤、边钝化，那么采集得到的信号也是新鲜表面的钝化信号和稍早前划伤表面钝化信号的一系列叠加，不能准确反映材料在特定环境中的再钝化能力。然而，由于高温高压原位高速划伤装置复杂，不仅要实现高温高压下材料表面钝化膜的原位高速划伤，还要考虑到高温高压下划头高速运动的实现、高速运动轴和高压釜之间的压力平衡、密封、高精度计时、试样和金属容器的绝缘、信号线的引出等一系列问题。正是因为这些实验设备上的技术困难，限制了对核电和火电等高温高压环境中使用的耐蚀材料钝化能力的原位表征。目前，相关设备还未见有报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高温高压原位高速划伤装置，解决现有技术中高温高压环境下难以实现原位高速划伤、划伤试样的固定、绝缘、信号线的引出、高速运动轴的压力平衡和密封等问题。

本发明的技术方案如下：

一种高温高压原位高速划伤装置，该装置设有：高温高压工作电极、高温高压辅助电极、高温高压参比电极、上下高压釜盖、高压釜体、高速运动轴、划头、环形加热器，具体结构如下：

高压釜体和上下两个高压釜盖构成高压釜，高压釜体设置于上下两个高压釜盖之间，高压釜体和上下两个高压釜盖连接；在上高压釜盖上设置热电偶、高温高压工作/辅助电极座和高温高压参比电极，高压釜体内设置辅助电极、划头、工作电极，辅助电极和工作电极分别通过导线穿过高温高压工作/辅助电极座，高温高压参比电极的导液管伸至高压釜体内；

高速运动轴上部穿过导向板中心的高速运动轴孔，与导向板连接，导向板外周通过孔与高压釜体内的支架杆配合，即以支架杆为导杆上下运动，高速运动轴和高压釜之间设有压力平衡机构，并通过密封圈进行密封，高速运动轴下部与气动装置的气动活塞连杆相连接，高速运动轴上装有划头，试样固定槽设置于固定平台上；

高压釜体的外侧设置环形加热器，高压釜外设置双立柱支架，双立柱支架上的两个立柱：立柱Ⅰ和立柱Ⅱ平行设置于上下两个高压釜盖、高压釜体、环形加热器的两侧；立柱Ⅰ上设置滑块Ⅰ，为液压驱动，立柱Ⅱ上设置滑块Ⅱ，为手动升降盘驱动；滑块Ⅰ连有高压釜体和配重，高压釜体外侧设有环形加热器，滑块Ⅱ连有上高压釜盖。

所述的高温高压原位高速划伤装置，还包括控制箱，控制箱内设置加热电源开关、加热指示灯、超温报警灯、超压报警灯、计时器复位按钮、温度控制器、加热电压调节器、压力显示器和精密计时器；其中，精密计时器连有计时器复位按钮，压力显示器连有超压报警灯，超温报警灯与温度控制器相连，加热电源开关与加热电压调节器连接，加热电源开关连有加热指示灯，加热电压调节器与温度控制器连接，压力显示器和温度控制器连至控制箱内部继电器，控制箱内部继电器通过导线连接环形加热器的电炉丝，形成超温断电加热结构和超压断电加热结构。

所述的高温高压原位高速划伤装置，滑块Ⅰ的高度通过液压机构调节，立柱Ⅰ的下部设有液压油缸，液压油缸采用脚踏油泵，在液压油缸底部外侧连有踏板及弹簧复位机构；滑块Ⅱ与立柱之间采用螺母丝杠的调节机构，立柱Ⅱ的顶部设置手动升降盘，通过调节手动升降盘使滑块Ⅱ在立柱Ⅱ上下运动。

所述的高温高压原位高速划伤装置，通过压力平衡机构维持高速运动轴在高压釜内外的平衡，高速运动轴采用分段连接的方式，在下高压釜盖上设有高速运动轴轴套，轴套外部设有冷却水套。

所述的高温高压原位高速划伤装置，上高压釜盖上的热电偶伸入高压釜体中，高压釜气相口分三路，分别连接压力表、安全阀、压力变送器；上高压釜盖设有与高压釜体内腔相通的排气通道，所述排气通道的出气端装有高压釜排气阀；下高压釜盖上设有与高压釜体内腔相通的进气通道和进液通道，所述进气通道的进气端装有进气阀，所述进液通道的进液端装有进液阀，进液通道伸至与高压釜体内腔的上部。

所述的高温高压原位高速划伤装置，辅助电极通过外部套有聚四氟乙烯热缩管的铂丝作为导线点焊在铂片后面，工作电极通过外部套有聚四氟乙烯热缩管的纯镍丝或不锈钢丝作为导线点焊在金属试样上；高温高压工作/辅助电极座中设有高温胶塞，辅助电极上的导线和工作电极上的导线从高温高压工作/辅助电极座中引出。

所述的高温高压原位高速划伤装置，还设有电化学工作站，电化学工作站上的工作电极、辅助电极和参比电极的引线夹头分别与高温高压工作电极导线、高温高压辅助电极导线和高温高压参比电极导线连接。

所述的高温高压原位高速划伤装置，平台上开有平台升降孔，高压釜内支架杆穿设于平台升降孔，平台通过与平台平行的平台固定螺栓固定于高压釜内支架杆上，高压釜内支架杆两端设有螺纹，高压釜内支架杆通过螺纹固定于下高压釜盖上。

所述的高温高压原位高速划伤装置，划头后部设有弹簧，在划头侧面设置划头固定螺栓，试样固定在试样固定槽中，在试样背部设有试样紧固螺栓于试样固定槽上，试样和固定试样的装置之间采用绝缘结构：聚四氟乙烯槽，聚四氟乙烯槽安装于试样固定槽的凹形槽中，凹形槽为收口形状，其开口顶部宽度小于底部宽度，便于将工作电极固定于聚四氟乙烯槽中。

所述的高温高压原位高速划伤装置，气动活塞连杆的一端与高速运动轴下端相连接，气动活塞连杆的另一端设有在气缸中往复运动的活塞，进气口和排气口分别通过换向阀与气缸中的两个腔连通，通过换向阀实现运动轴的高速上下运动；高速运动轴和气动装置的气动活塞连杆连接处设有磁钢，磁钢与霍尔传感器相对应，配合霍尔传感器和精密计时器将高速运动轴的运动时间精确记录。

本发明的有益效果是：

1、本发明装置实现了试样在高温高压下原位高速划伤和再钝化行为研究。通过使试样和装置间绝缘，利用安装在高压釜上的高温高压参比电极和高温高压工作、辅助电极配合电化学工作站可将划伤过程中试样表面膜由发生破坏到再钝化这一过程的信号检测出来。

2、本发明通过将高速运动轴和外部气缸的活塞连杆相连接，具有划伤速度快的特点，并可调节气动装置进口处气压改变高速运动轴的划伤速度。

3、本发明在高速运动轴和外部气缸活塞连杆的连接处设有磁钢，配合霍尔传感器和精密计时器可将高速运动轴的运动时间精确测量，便于划伤实验结果的量化对比。

4、本发明通过在划头后部设置弹簧，可以通过调节划头和试样之间的距离来控制划头划过试样表面时的力度大小。

5、本发明通过更换不同角度的划头和调节划头和试样间的距离，可以产生不同宽度和不同深度的划痕。

6、本发明通过压力平衡的方式解决了高速运动轴的压力平衡和密封的问题。

7、本发明中的划轴通过分段连接，易于拆卸和维护。

8、本发明通过在控制部分分别设置超温自动断电和超压自动断电，使该装置在工作时更加安全可靠。

9、本发明在高压釜外设置标准接口，可通过卡套与外部具有自动控制功能的高温高压水循环腐蚀实验系统（参见中国发明专利：201010275276.2，申请日：2010年09月08日；中国实用新型专利：201020521040.8，申请日：2010年09月08日，授权日：2011年06月01日）连接，从而可精确控制高压釜内的水化学环境。

附图说明

图1为高温高压原位高速划伤装置结构示意图。

图中，1参比电极；2手动升降盘；3电极冷却水入口；4立柱Ⅱ；5热电偶；6滑块Ⅱ；7导向板；8工作电极（试样）；9环形加热器；10高速运动轴；11划头；12进气阀；13高速运动轴冷却水入口；14换向阀开关；15换向阀；16气动活塞连杆；17活塞；18进气口；19排气口；20放气阀；21踏板；22液压油缸；23霍尔传感器；24高速运动轴冷却水出口；25进液阀；26辅助电极；27配重；28滑块Ⅰ；29高压釜排气阀；30上高压釜盖；31立柱Ⅰ；32电极冷却水出口；33压力变送器；34压力表；35安全阀；36磁钢；37下高压釜盖；38高压釜体；39高温高压工作/辅助电极座；40导液管；41气缸；42支架杆；62轴套；63冷却水套。

图2为图1中高压釜体内部结构示意图。

图中，11划头；38高压釜体；43平台；44平台升降孔；45平台固定螺栓；46弹簧；47试样固定槽；49试样紧固螺栓；50聚四氟乙烯槽；51划头固定螺栓。

图3为图1中导向板结构示意图。

图中，7导向板；52高速运动轴孔；53导向孔。

图4为高温高压原位高速划伤装置控制箱。

图中，48加热指示灯；54加热电压调节器；55压力显示器；56精密计时器；57计时器复位按钮；58超压报警灯；59超温报警灯；60加热电源开关；61温度控制器。

具体实施方式

如图1-图4所示，本发明高温高压原位高速划伤装置，该装置设有：参比电极1、手动升降盘2、电极冷却水入口3、立柱Ⅱ4、热电偶5、滑块Ⅱ6、导向板7、工作电极（试样）8、环形加热器9、高速运动轴10、划头11、进气阀12、高速运动轴冷却水入口13、换向阀开关14、换向阀15、气动活塞连杆16、活塞17、进气口18、排气口19、放气阀20、踏板21、液压油缸22、霍尔传感器23、高速运动轴冷却水出口24、进液阀25、辅助电极26、配重27、滑块Ⅰ28、高压釜排气阀29、上高压釜盖30、立柱Ⅰ31、电极冷却水出口32、压力变送器33、压力表34、安全阀35、磁钢36、下高压釜盖37、高压釜体38、高温高压工作/辅助电极座39、导液管40、气缸41、支架杆42、平台43、平台升降孔44、平台固定螺栓45、弹簧46、试样固定槽47、加热指示灯48、试样紧固螺栓49、聚四氟乙烯槽50、划头固定螺栓51、高速运动轴孔52、导向孔53、加热电压调节器54、压力显示器55、精密计时器56、计时器复位按钮57、超压报警灯58、超温报警灯59、加热电源开关60、温度控制器61、轴套62、冷却水套63等，具体结构如下：

高压釜体38和上下两个高压釜盖（上高压釜盖30、下高压釜盖37）构成高压釜，高压釜体38设置于上下两个高压釜盖之间，高压釜体38和上下两个高压釜盖连接；在上高压釜盖30上设置热电偶5、高温高压工作/辅助电极座39和高温高压参比电极1，高压釜体38内设置辅助电极26、划头11、工作电极（试样）8，辅助电极26和工作电极（试样）8分别通过导线穿过高温高压工作/辅助电极座39，高温高压参比电极1的导液管40伸至高压釜体38内；高温高压工作/辅助电极座39和高温高压参比电极1之间设置循环冷却水通道，高温高压参比电极1上设有电极冷却水入口3，高温高压工作/辅助电极座39上设有电极冷却水出口32。

高速运动轴10上部穿过导向板7中心的高速运动轴孔52，通过螺母与导向板7连接，导向板7的四周分别设有导向孔53（图3），导向板7通过导向孔53与高压釜体38内的支架杆42配合，即以支架杆42为导杆上下运动，高速运动轴10和高压釜之间设有压力平衡机构，并通过密封圈进行密封，高速运动轴10下部与气动装置的气动活塞连杆16相连接，高速运动轴10上装有划头11；

高压釜体38的外侧设置环形加热器9，高压釜外设置双立柱支架，双立柱支架上的两个立柱：立柱Ⅰ31、立柱Ⅱ4平行设置于上下两个高压釜盖、高压釜体38、环形加热器9的两侧；立柱Ⅰ31上设置滑块Ⅰ28，为液压驱动；立柱Ⅱ4上设置滑块Ⅱ6，为手动升降盘驱动。滑块Ⅰ28连有高压釜体38和配重27，高压釜体38外侧设有环形加热器9，滑块Ⅱ6连有上高压釜盖30。

另外，如图4所示，还包括控制箱，控制箱内设置加热电源开关60、加热指示灯48、超温报警灯59、超压报警灯58、计时器复位按钮57、温度控制器61、加热电压调节器54、压力显示器55和精密计时器56；其中，精密计时器56连有计时器复位按钮57，压力显示器55连有超压报警灯58，超温报警灯59与温度控制器61相连。加热电源开关60与加热电压调节器54连接，加热电源开关60连有加热指示灯48，加热电压调节器54与温度控制器61连接，压力显示器55和温度控制器61连至控制箱内部继电器，控制箱内部继电器通过导线连接环形加热器9的电炉丝，形成超温断电加热结构和超压断电加热结构。

滑块Ⅰ28的高度通过液压机构调节，立柱Ⅰ31的下部设有液压油缸22，液压油缸22采用脚踏油泵，在液压油缸22底部外侧连有踏板21及弹簧复位机构，液压油缸22通过其底部外侧的踏板21并配合其中部的手动阀门启动，实现滑块Ⅰ28沿着立柱Ⅰ31上下运动；滑块Ⅱ6与立柱Ⅱ4之间采用螺母丝杠的调节机构，立柱Ⅱ4的顶部设置手动升降盘2，通过调节手动升降盘2使滑块Ⅱ6在立柱Ⅱ4上下运动。

通过压力平衡机构维持高速运动轴在高压釜内外的平衡，高速运动轴10采用分段连接的方式，在下高压釜盖37上设有高速运动轴轴套62，轴套62外部设有冷却水套63，冷却水套63上分别设有高速运动轴冷却水入口13和高速运动轴冷却水出口24。

上高压釜盖30上设有热电偶5伸入高压釜体38中，上高压釜盖30上设有高压釜气相口，高压釜气相口分三路，分别连接压力表34、安全阀35、压力变送器33。

上高压釜盖30设有与高压釜体38内腔相通的排气通道，所述排气通道的出气端装有高压釜排气阀29；下高压釜盖37上设有与高压釜体38内腔相通的进气通道和进液通道，所述进气通道的进气端装有进气阀12，所述进液通道的进液端装有进液阀25，进液通道伸至与高压釜体38内腔的上部。

辅助电极26通过外部套有聚四氟乙烯热缩管的铂丝作为导线点焊在铂片后面，工作电极（试样）8通过外部套有聚四氟乙烯热缩管的纯镍丝或不锈钢丝作为导线点焊在金属试样上；高温高压工作/辅助电极座39中设有四孔高温胶塞，辅助电极26上的导线和工作电极（试样）8上的导线从高温高压工作/辅助电极座39中引出。

另外，还设有电化学工作站，电化学工作站上的工作电极、辅助电极和参比电极的引线夹头分别与高温高压工作电极（试样）8导线、高温高压辅助电极26导线和高温高压参比电极1导线连接。

如图2所示，平台43上开有平台升降孔44，高压釜内支架杆42穿设于平台升降孔44，平台43通过与平台43平行的四个平台固定螺栓45固定于高压釜内支架杆42上，高压釜内支架杆42两端设有螺纹，高压釜内支架杆42通过螺纹固定于下高压釜盖37上。划头11后部设有弹簧46，在划头侧面设置划头固定螺栓51，试样固定槽47设置于平台43上，工作电极（试样）8固定在试样固定槽47中，在工作电极（试样）8背部设有试样紧固螺栓49于试样固定槽47上，工作电极（试样）8和固定试样的装置之间采用绝缘结构：聚四氟乙烯槽50，聚四氟乙烯槽50安装于试样固定槽47的凹形槽中，凹形槽为收口形状，其开口顶部宽度小于底部宽度，便于将工作电极（试样）8固定于聚四氟乙烯槽50中。

气动活塞连杆16的一端与高速运动轴10下端相连接，气动活塞连杆16的另一端设有在气缸41中往复运动的活塞17，进气口18和排气口19分别通过换向阀15与气缸41中的两个腔连通，从而通过换向阀实现运动轴的上下运动。气缸41下部还设有放气阀20，其作用是进一步加快高速运动轴向下运动的速度。

高速运动轴10和气动装置连杆16连接处设有磁钢36，磁钢36与霍尔传感器23相对应，配合霍尔传感器23和精密计时器56可将高速运动轴的运动时间精确记录。

本发明中，高温高压是指：最高工作温度为350℃，最高工作压力为20MPa。

本发明中，高速运动轴单次向下运动的最快运动速度为4m/s。

本发明中，高压釜中的高温高压溶液会对高速运动轴产生一个向下的作用力，而高速运动轴轴套下部与高压釜相连通的腔内高压液体则会对高速运动轴产生一个向上的作用力。压力平衡机构主要是指这两个力之间的平衡。此外，高速运动轴还受其与密封圈之间的摩擦力以及自身重力作用，高速运动轴的平衡主要是这受这四个力的共同作用。

本发明中，精密计时器的计时分辨率为0.1ms。

本发明中，高温胶塞的最高工作温度为260℃。因为高温高压工作/辅助电极座中通有冷却水，所以高温胶塞在正常工作时处于常温状态。

本发明高温高压原位高速划伤装置的工作过程如下：

一、当高温高压原位高速划伤装置不与外部具有自动控制功能的高温高压水循环腐蚀实验系统相连时：

1、将纯镍丝或不锈钢丝外表面套一层聚四氟乙烯热缩管，用热风枪热缩后作为导线焊接在工作电极（试样）8表面；

2、将工作电极（试样）8安装在设有聚四氟乙烯槽50的试样固定槽47中，并将工作电极（试样）8背部的试样紧固螺栓49拧紧；

3、将辅助电极26安装在高压釜中，并保持与试样正对；

4、将高温高压参比电极1标定后安装在上高压釜盖30上，并保持高温高压参比电极1上部的出液口关闭；

5、调节划头11和工作电极（试样）8的距离及划头背部的弹簧46，保证划头11的在滑动的过程中能与工作电极（试样）8接触，且不会触及辅助电极26；

6、调节液压升降机构（液压油缸22），将高压釜体38和下高压釜盖37调节到合适的高度，拧紧下高压釜盖37上的螺栓；

7、往高压釜中加入体积为高压釜容积1/2到2/3的溶液，溶液可以根据实际工作环境选择，如模拟核电站一回路含硼酸和氢氧化锂的水溶液等，并保证工作电极（试样）8、辅助电极26和高温高压参比电极导液管40的下端能完全浸没在溶液中；

8、调节手动升降盘2，将上高压釜盖30和高压釜体38调节到合适的高度，并将工作电极（试样）8和辅助电极26导线从上高压釜盖的高温高压工作/辅助电极座39中引出，拧紧上高压釜盖30上的螺栓；

9、根据实验需要从下高压釜盖38的进气口向高压釜体38中通入氮气除氧，然后从上高压釜盖30的高压釜排气阀29中排出。除气结束后，将下高压釜盖37的进气阀12和上高压釜盖30的高压釜排气阀29依次关闭，并打开高温高压参比电极1上部的出液口；

10、设定温度控制器61上的目标温度、超温自动断电的温度上限、加热调节电压以及超压自动断电的压力上限等参数；

11、打开冷却水开关，往高温高压电极冷却水入口3和高速运动轴轴套外部的冷却水套63中通入冷却水；

12、打开加热电源开关60，待高温高压参比电极1出液口连续出水后，将出液口处阀门拧紧关闭；

13、待温度达到设定值，并趋于稳定后，根据实验需要利用恒电位仪给试样上加一恒电位，并稳定一段时间使其处于钝化状态。按下计时器复位按钮57，打开气缸41下部的放气阀20。然后，按动换向阀开关14，使气缸41上部快速充气，进而推动气缸内活塞、与活塞杆连接的高速运动轴10快速向下运动，由此带动划头11从上往下高速划过工作电极（试样）8表面，破坏试样表面钝化膜。通过电化学工作站快速采集和记录试样表面钝化膜重新成膜过程中的电流变化，便可获知材料的再钝化能力。

14、完成单次高速划伤后，关闭气动部分的放气阀20，拉开换向阀开关14，使气缸41下部充气，进而推动气缸内活塞、与活塞杆连接的高速运动轴10向上运动，使划头11位置恢复到初始位置。待工作电极（试样）8表面划伤位置重新生成钝化膜后，重复步骤13可再次进行再钝化实验研究。

二、当高温高压原位高速划伤装置与外部具有自动控制功能的高温高压水循环腐蚀实验系统相连时：

1、将纯镍丝或不锈钢丝外表面套一层聚四氟乙烯热缩管，用热风枪热缩后作为导线焊接在工作电极（试样）8表面；

2、将工作电极（试样）8安装在设有聚四氟乙烯槽50的试样固定槽中，并将工作电极（试样）8背部的试样紧固螺栓49拧紧；

3、将辅助电极26安装在高压釜中，并保持与试样正对；

4、将高温高压参比电极1标定后安装在上高压釜盖30上，并保持高温高压参比电极1上部的出液口打开；

5、调节划头11和工作电极（试样）8的距离及划头背部的弹簧46，保证划头11的在滑动的过程中能与工作电极（试样）8接触，且不会触及辅助电极26；

6、调节液压升降机构（液压油缸22），将高压釜体38和下高压釜盖37调节到合适的高度，拧紧下高压釜盖37上的螺栓；

7、调节手动升降盘2，将上高压釜盖30和高压釜体38调节到合适的高度，并将工作电极（试样）8和辅助电极26导线从上高压釜盖的高温高压工作/辅助电极座39中引出，拧紧上高压釜盖30上的螺栓；

8、通过卡套将下高压釜盖37上的进液口和进气口处管路与外部具有自动控制功能的高温高压水循环腐蚀实验系统相连，溶液可以根据实际工作环境选择，如模拟核电站一回路含硼酸和氢氧化锂的水溶液等；

9、待整个高温高压水循环腐蚀实验系统中的各项水化学参数达到设定值后，打开下高压釜盖37上的进液阀25和上高压釜盖30上的高压釜排气阀29，待上高压釜盖30上的高压釜排气阀29处连续出水后将排气阀关闭，待高温高压参比电极1出液口连续出水后，将参比电极1出液口处阀门拧紧关闭。然后打开下高压釜盖37上的进气阀12；

10、通过高压泵和背压阀的联动调节使系统高压部分的压力达到预设值；

11、观察整个系统各个部分运行正常，无泄漏后，设定温度控制器61上的目标温度、超温自动断电的温度上限、加热调节电压以及超压自动断电的压力上限等参数；

12、打开冷却水开关，往高温高压电极冷却水入口3和高速运动轴轴套外部的冷却水套63中通入冷却水，然后打开高温高压水循环腐蚀实验系统中的预热器和高压釜的加热电源开关60；

13、待温度达到设定值，并趋于稳定后，根据实验需要利用恒电位仪给试样上加一恒电位，并稳定一段时间使其处于钝化状态。按下计时器复位按钮，打开气缸41下部的放气阀20。然后，按动换向阀开关14，使气缸41上部快速充气，进而推动气缸内活塞、与活塞杆连接的高速运动轴10快速向下运动，由此带动划头11从上往下高速划过工作电极（试样）8表面，破坏试样表面钝化膜。通过电化学工作站快速采集和记录试样表面钝化膜重新成膜过程中的电流变化，便可获知材料的再钝化能力。

14、完成单次高速划伤后，关闭气动部分的放气阀20，拉开换向阀开关14，使气缸41下部充气，进而推动气缸内活塞、与活塞杆连接的高速运动轴10向上运动，使划头11位置恢复到初始位置。待工作电极（试样）8表面划伤位置重新生成钝化膜后，重复步骤13可再次进行再钝化实验研究。

Claims (10)

1.一种高温高压原位高速划伤装置，其特征在于，该装置设有：高温高压工作电极、高温高压辅助电极、高温高压参比电极、上下高压釜盖、高压釜体、高速运动轴、划头、环形加热器，具体结构如下：

高压釜体和上下两个高压釜盖构成高压釜，高压釜体设置于上下两个高压釜盖之间，高压釜体和上下两个高压釜盖连接；在上高压釜盖上设置热电偶、高温高压工作/辅助电极座和高温高压参比电极，高压釜体内设置辅助电极、划头、工作电极，辅助电极和工作电极分别通过导线穿过高温高压工作/辅助电极座，高温高压参比电极的导液管伸至高压釜体内；

高速运动轴上部穿过导向板中心的高速运动轴孔，与导向板连接，导向板外周通过孔与高压釜体内的支架杆配合，即以支架杆为导杆上下运动，高速运动轴和高压釜之间设有压力平衡机构，并通过密封圈进行密封，高速运动轴下部与气动装置的气动活塞连杆相连接，高速运动轴上装有划头，试样固定槽设置于固定平台上；

高压釜体的外侧设置环形加热器，高压釜外设置双立柱支架，双立柱支架上的两个立柱：立柱Ⅰ和立柱Ⅱ平行设置于上下两个高压釜盖、高压釜体、环形加热器的两侧；立柱Ⅰ上设置滑块Ⅰ，为液压驱动，立柱Ⅱ上设置滑块Ⅱ，为手动升降盘驱动；滑块Ⅰ连有高压釜体和配重，高压釜体外侧设有环形加热器，滑块Ⅱ连有上高压釜盖。

2.按照权利要求1所述的高温高压原位高速划伤装置，其特征在于：还包括控制箱，控制箱内设置加热电源开关、加热指示灯、超温报警灯、超压报警灯、计时器复位按钮、温度控制器、加热电压调节器、压力显示器和精密计时器；其中，精密计时器连有计时器复位按钮，压力显示器连有超压报警灯，超温报警灯与温度控制器相连，加热电源开关与加热电压调节器连接，加热电源开关连有加热指示灯，加热电压调节器与温度控制器连接，压力显示器和温度控制器连至控制箱内部继电器，控制箱内部继电器通过导线连接环形加热器的电炉丝，形成超温断电加热结构和超压断电加热结构。

3.按照权利要求1所述的高温高压原位高速划伤装置，其特征在于：滑块Ⅰ的高度通过液压机构调节，立柱Ⅰ的下部设有液压油缸，液压油缸采用脚踏油泵，在液压油缸底部外侧连有踏板及弹簧复位机构；滑块Ⅱ与立柱之间采用螺母丝杠的调节机构，立柱Ⅱ的顶部设置手动升降盘，通过调节手动升降盘使滑块Ⅱ在立柱Ⅱ上下运动。

4.按照权利要求1所述的高温高压原位高速划伤装置，其特征在于：通过压力平衡机构维持高速运动轴在高压釜内外的平衡，高速运动轴采用分段连接的方式，在下高压釜盖上设有高速运动轴轴套，轴套外部设有冷却水套。

5.按照权利要求1所述的高温高压原位高速划伤装置，其特征在于：上高压釜盖上的热电偶伸入高压釜体中，高压釜气相口分三路，分别连接压力表、安全阀、压力变送器；上高压釜盖设有与高压釜体内腔相通的排气通道，所述排气通道的出气端装有高压釜排气阀；下高压釜盖上设有与高压釜体内腔相通的进气通道和进液通道，所述进气通道的进气端装有进气阀，所述进液通道的进液端装有进液阀，进液通道伸至与高压釜体内腔的上部。

6.按照权利要求1所述的高温高压原位高速划伤装置，其特征在于：辅助电极通过外部套有聚四氟乙烯热缩管的铂丝作为导线点焊在铂片后面，工作电极通过外部套有聚四氟乙烯热缩管的纯镍丝或不锈钢丝作为导线点焊在金属试样上；高温高压工作/辅助电极座中设有高温胶塞，辅助电极上的导线和工作电极上的导线从高温高压工作/辅助电极座中引出。

7.按照权利要求1所述的高温高压原位高速划伤装置，其特征在于：还设有电化学工作站，电化学工作站上的工作电极、辅助电极和参比电极的引线夹头分别与高温高压工作电极导线、高温高压辅助电极导线和高温高压参比电极导线连接。

8.按照权利要求1所述的高温高压原位高速划伤装置，其特征在于：平台上开有平台升降孔，高压釜内支架杆穿设于平台升降孔，平台通过与平台平行的平台固定螺栓固定于高压釜内支架杆上，高压釜内支架杆两端设有螺纹，高压釜内支架杆通过螺纹固定于下高压釜盖上。

9.按照权利要求1所述的高温高压原位高速划伤装置，其特征在于：划头后部设有弹簧，在划头侧面设置划头固定螺栓，试样固定在试样固定槽中，在试样背部设有试样紧固螺栓于试样固定槽上，试样和固定试样的装置之间采用绝缘结构：聚四氟乙烯槽，聚四氟乙烯槽安装于试样固定槽的凹形槽中，凹形槽为收口形状，其开口顶部宽度小于底部宽度，便于将工作电极固定于聚四氟乙烯槽中。

10.按照权利要求1所述的高温高压原位高速划伤装置，其特征在于：气动活塞连杆的一端与高速运动轴下端相连接，气动活塞连杆的另一端设有在气缸中往复运动的活塞，进气口和排气口分别通过换向阀与气缸中的两个腔连通，通过换向阀实现运动轴的高速上下运动；高速运动轴和气动装置的气动活塞连杆连接处设有磁钢，磁钢与霍尔传感器相对应，配合霍尔传感器和精密计时器将高速运动轴的运动时间精确记录。

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