CN108593537A - 一种便携式金属材料拉伸应力电化学腐蚀装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属材料拉伸应力电化学腐蚀液槽装置及其方法，所述的腐蚀试验槽为无盖透明长方体亚克力可伸缩盒体，所述的腐蚀试验槽为无盖透明长方体亚克力可伸缩盒体，通过螺杆与夹具顶部进行连接。不同标距的试样可通过套壳与液槽间的滑动，实现液池的高度调节，液池底端留有孔槽，配合配件能够实现不同形状试样的应力腐蚀实验。此外盒体留有腐蚀液注入孔和输出孔，可实现腐蚀环境的动态变化。本发明提供的新型腐蚀液槽装置和方法，实现不同形状尺寸拉伸试样的应力‑冲蚀‑腐蚀耦合作用下原位电化学和拉伸性能检测，拆装方便，便于清洁，可更快速精准地提供检测结果，消除试样大小限制，减轻工艺再优化成本，提高生产效率。

Description

一种便携式金属材料拉伸应力电化学腐蚀装置

技术领域

本发明专利涉及一种用于研究材料在自然或特定环境中抗应力腐蚀性能的金属拉伸应力电化学腐蚀液槽实验装置。

背景技术

应力腐蚀是指在拉应力作用下,金属在特定腐蚀介质中引起的破坏。应力腐蚀研究是安全可靠性研究的重要领域。目前,研究应力腐蚀常用的方法有三种:恒变形应力腐蚀试验法、恒负荷应力(包括光滑试样和缺口试样)腐蚀试验法和预制裂纹试样应力腐蚀试验法。其中恒变形应力腐蚀试验法和预制裂纹试样应力腐蚀试验法都不需要设备就可以完成,而恒负荷光滑拉伸应力腐蚀试验法则需要借助于设备完成。

金属拉伸应力腐蚀试验装置主要用来研究金属在不同的应力、腐蚀介质、温度、PH值、时间耦合作用下的腐蚀性能和应力腐蚀机理。尽管国内外已经研制出了金属材料的应力腐蚀试验装置和便携式应力腐蚀大型试验装置,但对于液槽装置设计，拉伸位移监测不够完善，且由于结构复杂，不利于腐蚀液的清洁，普适性不高。

本专利提出金属拉伸应力电化学腐蚀液槽的试验方法和装置，通过电传动带动夹具对拉伸试样施加拉力，然后通过腐蚀试验槽对拉伸试验进行选择性腐蚀，并通过电化学工作站对其进行电化学实验检测，且由于拆装方便，可以在腐蚀实验后拆分清洗，减小对次实验的影响。

在现有专利中，CN101498649A(便携式金属材料拉伸应力腐蚀装置及其方法)，其缺点是其局限于片状拉伸试样，腐蚀面积相对较小，电化学部分不够完善，CN104007058A(一种便携式金属线材拉伸应力腐蚀实验装置)涉及到应力腐蚀电化学器的制备方法，只适用于线材拉伸。另外，CN2593182Y(便携式拉伸应力腐蚀试验装置)涉及了应力腐蚀拉伸设备制作并加入了弹簧代替原实验室内的杠杆与砝码，不涉及电化学装置，对裂纹监测装置，不能精确探测拉伸试样断裂情况。现有设备只适用于不涉及电化学装置的拉伸应力腐蚀，或对拉伸试样形状较为限制，使用性能不够完善。

发明内容

针对现有设备的缺陷，为了将圆柱状拉伸，片状拉伸以及电化学工作站结合应用于应力腐蚀试验，从而更加完善不同应力，腐蚀介质，温度，PH值，介质的耦合作用对金属材料的应力腐蚀性能的影响，本发明设计新型液槽，使用加载方便，操作简单，选择性腐蚀，适用于不同形状的拉伸试样，可重复使用，与电化学实验结合适于观测，加入应变片及裂纹监测装置，实时观察拉伸试样断裂情况，结果分析更加精确。

本发明所采用的技术方案是：

一种金属材料拉伸应力电化学腐蚀液槽装置，包括主体装置：1.应力腐蚀容器2.原位电化学系统3.电传动拉伸系统4.应力腐蚀容器套壳5.裂纹监测系统，其特征在于：

为解决拉伸与电化学试验的结合要求，设计新型液槽装置为无盖透明长方体亚克力盒体，底部留有一腐蚀实验槽用于拉伸试样电传拉伸和腐蚀液注入孔，装置上装有(2)铂电极槽作为电化学站工作电极，(3)甘汞电极槽作为参比电极。

为解决试样标距不一问题，本发明在主体装置上加装应力腐蚀容器套壳，通过滑轨移动可调节腐蚀液液面高度，配合腐蚀液出液孔，实现腐蚀液水位变化。

为解决试样单一问题，加载主体装置(1)底部留有圆形试样槽配合其他不同配件能够实现不同大小形状试样的实验测试(注：圆柱拉伸试件φ≤15mm)。

为解决测试精确度和实效性，试样装有应变片装置，配合应变仪可实时监测应变大小。

为解决拉伸试样裂纹监测的问题，试件中(2)铂电极槽(3)甘汞电极槽中嵌入裂纹检测仪，实时监测电位变化以观察裂纹情况。

为解决防漏液情况，使用(M2±0.5)膨胀塑料紧固螺丝固定密封甘汞电极及铂电极。

所述的电拉伸系统设备为zwickz030,膨胀塑料紧固螺丝为内六角的M2内六角的紧固螺丝，电化学系统采用Gamry PC 4600,

本发明专利的优点是：

本发明设计新型液槽，使用加载方便，操作简单，选择性腐蚀，适用于不同形状的拉伸试样，可重复使用，与电化学实验结合适于观测，加入应变片及裂纹监测装置，实时观察拉伸试样断裂情况，结果分析更加精确。

附图说明

图1是本发明的一种具体实施例液槽装置的结构示意图；

图2是本发明的一种具体实施例套壳装置的结构示意图；

图3是本发明的一种具体实施例片状实验槽装置的结构示意图。

其中(1)应力腐蚀容器(2)铂电极槽(3)甘汞电极槽(4)塑料紧固螺丝(可加橡胶垫片防止漏液)(5)柱状实验槽(6)片状实验槽(7)腐蚀液注入孔(8)应力腐蚀容器套壳(9)腐蚀液输出孔

具体实施方式

下面结合附图做进一步详细描述。

如图所示的一种金属材料拉伸应力电化学腐蚀液槽装置的结构部件，主要由(1)应力腐蚀容器(2)铂电极槽(3)甘汞电极槽(4)塑料紧固螺丝(可加橡胶垫片防止漏液)(5)柱状实验槽(7)腐蚀液注入孔组成。

其安装流程示意：

1.将试样通过拉伸试验机夹具固定，保证试样所受拉力处于同一水平面，根据试样形状大小选择合适的实验槽。根据液槽装置及螺杆的高度限制，试样选取范围50mm≤L≤1000mm。

2.将(1)应力腐蚀容器通过四根螺杆与拉伸试验机进行连接，支撑液槽于一定高度，由于试样长短不一，若试样突出大于液池高度，可调整螺杆控制整个液池高度。(1)应力腐蚀容器规格为150*100*120mm，螺杆长度采用500～1000mm的45号钢制成。

使用螺杆支撑的优势在于：作为拉伸试样机连接载体，可配合试样灵活调节试样端部高度，支撑液槽。

3.将甘汞电极和铂电极分别用内六角的M2紧固螺丝固定在池壁端部的(3)甘汞电极槽内和(2)铂电极槽内，由于在(1)应力腐蚀容器上留有的螺孔直径为2mm，所以选用规格为M2±0.5的紧固螺丝。

4.将图示2的套壳装置以四根滑槽阶状导轨为媒介套入(1)应力腐蚀容器外部的滑槽，为保证试样长短不超出液池，配合底部支撑螺杆选择套壳高度卡入滑槽，便于不同标距的试样全浸入应力腐蚀试验。所述阶状导轨各阶梯间标距10mm，套壳规格为152*102*120mm，滑槽长度为110mm。

使用四根滑槽阶状导轨的优势在于：可调控(1)应力腐蚀容器的内部高度，提供足够的空间给试样，通过阶状导轨可牢固密封卡住套壳，避免腐蚀液渗漏，精确控制应力腐蚀容器内部空间高度。

5.为了保证应力腐蚀试验的密封性，在液槽底部留有的(5)柱状实验槽或(6)片状实验槽以及(2)铂电极槽(3)甘汞电极槽，均使用橡胶垫圈密封，防止漏液。其中，由于各槽尺寸大小限制，(5)柱状实验槽使用φ＝15mm，高h＝2mm的橡胶垫圈，(6)片状实验槽使用长a＝13，宽b＝2，高h＝2mm的橡胶垫圈，电极槽(2)(3)均使用φ＝2mm的橡胶垫圈，橡胶垫圈采取氟材料制备。

6.将腐蚀液由(7)腐蚀液注入孔注入液池，液面升高至腐蚀液在(7)腐蚀液注入孔和(9)腐蚀液输出孔之间形成对流环境。

形成对流环境的优势在于：模拟了自然环境下拉伸试样受腐蚀液腐蚀的情况，延长腐蚀液在腐蚀机理下的作用时间。

7.启动zwickz030的电拉伸系统设备，给试样加力，同时，启动Gamry PC 4600电化学装置，观察拉伸试样在腐蚀液对流环境下不同应力腐蚀条件下的各项性能指标。该拉伸试验机精度等级：1级、0.5级，负荷传感器配置拉，压传感器一只，有效试验长度：800mm，速度范围：0.001～1000mm/min,位移测量精度示值：±0.5％以内/示值的±0.2/以内，测力精度示值：±1％以内/示值的0.5％以内；该电化学装置扫面速率为0.020mV/s，扫面范围为-20+Ecorr mV至+20+Ecorr mV，最大电位范围：±10V，最大电流：±250mA，恒电位仪上升时间：＜1ms,所加电位范围：±10mV，±50mV，±100mV，±650mV，±3V，±6V，±10V。

8.试验完成后，拆除试样，取出电极洗净，可将液槽拆分洗净或通过对流实现冲洗，晾干后可继续使用。

实验证明采用以下标准本发明效果更佳。

腐蚀试验槽由透明长方体亚克力材料制成；

紧固螺丝形状为内六角的M2紧固螺丝；

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明的技术内容作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种金属材料拉伸应力电化学腐蚀液槽装置，包括主体装置：(1)应力腐蚀容器(2)铂电极槽(3)甘汞电极槽(4)塑料紧固螺丝(可加橡胶垫片防止漏液)(5)柱状实验槽(6)片状实验槽(7)腐蚀液注入孔(8)应力腐蚀容器套壳(9)腐蚀液输出孔，其特征在于：所述液槽配合的拉伸试验机具备拉伸，压缩，剪切，弯曲等试验功能，通过夹具确保圆柱和片状试样的定位，夹头夹住试样两端，试样所受的两个方向的拉力作用在同一平面，通过电传动带动夹具轴向缓慢拉伸，通过设备测量分析中心区域，分析宽度长度的应变，通过分析得到应力应变关系。

2.根据权利要求1所述的金属材料拉伸应力电化学腐蚀液槽装置，其特征在于：所述结构(1)应力腐蚀容器底部通过四根螺杆与试验机夹具进行连接，支撑液槽，可根据标距调节试样端部高度，支撑液槽。

3.根据权利要求1所述的金属材料拉伸应力电化学腐蚀液槽装置，其特征在于：所述结构(1)应力腐蚀容器为一无盖长方体透明亚克力盒体，底部留有一腐蚀实验槽和腐蚀液注入孔，池壁端部留有带紧固螺孔的电极插槽对供铂电极和甘汞电极固定，并使用橡胶垫圈防止漏液，池壁外部安装四根滑槽。

4.根据权利要求1所述的金属材料拉伸应力电化学腐蚀液槽装置，其特征在于：所述结构(1)应力腐蚀容器底部留有的实验槽同时具备(5)柱状实验槽和(6)片状实验槽，通过橡胶垫圈将实验槽与拉伸试样密封。

5.根据权利要求1所述的金属材料拉伸应力电化学腐蚀液槽装置，其特征在于：所述结构(2)铂电极槽，(3)甘汞电极槽呈镂空型长方体，加载一个(4)塑料紧固螺丝固定铂电极和甘汞电极，并加入橡胶垫片防止漏夜。

6.所述的金属材料拉伸应力电化学腐蚀液槽装置，还包括应力腐蚀容器套壳，包括：腐蚀液输出孔，阶状滑块，其特征在于：所述结构(8)应力腐蚀容器套壳内部嵌入滑槽阶状导轨与液槽外部滑槽连接，可根据液面高度调节套壳，配合套壳实现不同标距的试样全浸入应力腐蚀试验。

7.根据权利要求1所述的金属材料拉伸应力电化学腐蚀液槽装置，其特征在于：所述结构(8)应力腐蚀容器套壳留有(9)腐蚀液输出孔，配合结构(7)腐蚀液注入孔实现对流态环境下应力腐蚀过程的电化学监测。