CN113588417A - 一种腐蚀环境下的金属涂层应力腐蚀测试方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及增材制造技术领域，特别涉及一种腐蚀环境下的金属涂层应力腐蚀测试方法及装置。本发明提供的腐蚀环境下的金属涂层应力腐蚀测试方法及装置利用金属技术在带有焊缝的压力容器钢表面制备防护涂层，用四点弯曲夹具对涂层加载，使得涂层承受拉应力。采用本发明设计的溶液槽对涂层表面进行局部腐蚀，溶液槽设有进气口和出气口，用来流入和流出腐蚀气体，通过控制腐蚀的气体流量来调节溶液浓度。溶液槽与涂层表面的接触边缘采用专用胶水密封，保证在四点弯曲的过程中，溶液不会泄露。本发明解决了在应力腐蚀测试中，金属涂层应力腐蚀样品制样困难的问题，改变了传统上将样品表面全部浸泡在腐蚀介质中的思路。
Description
技术领域
本发明涉及增材制造技术领域，特别涉及一种腐蚀环境下的金属涂层应力腐蚀测试方法及装置。
背景技术
压力容器钢由于复杂的工作环境，在高压和腐蚀环境中易受到应力腐蚀，在焊接缺陷处易形成裂纹影响承压设备的服役寿命。冷喷涂技术作为一种新型的表面防护涂层制备技术，由于喷涂颗粒具备高动能和低温沉积等特点，制备的涂层具有结合强度高，孔隙率低等优点。不仅如此，在涂层的沉积过程中，高动能的颗粒还具有喷丸效应，在一定程度上提高了焊缝的强度。研究表明，在压力容器钢表面制备铝基复合涂层可以为基体提供阴极保护，提高基体的耐蚀性，通过制备高结合强度和良好耐蚀性的涂层，有望改善应力腐蚀开裂行为。然而，现有的国家标准中，对于金属涂层的应力腐蚀测试尚不明确。因此对于测试样板的制备要求比较严苛，这在一定程度上限制了金属增材制造在工程上的应用。
现有的腐蚀环境下的金属涂层应力腐蚀测试装置对于样板的制作要求极高，且对于样板需整体覆盖待测涂层，且涂层的喷涂工艺对于测试结果影响较大；测试时需将测试夹具及样板整体置入腐蚀空间，实现样板的全腐蚀，采用此方法常使得测试装置笨重，且测试环境恶劣，因此有必要予以改进。
发明内容
针对现如今的金属涂层应力腐蚀测试方法对测试样板的制作要求极高且金属涂层应力腐蚀测试装置携带不便，测试环境恶劣等缺陷，本发明提供了一种腐蚀环境下的金属涂层应力腐蚀测试方法。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的：本发明的目的在于提供一种金属涂层在腐蚀环境下的应力腐蚀测试方法，本测试方法步骤如下：
(1)制作样板时，将样板的至少一个平面覆盖待测涂层，剩余未覆盖的表面采用环氧树脂密封；
(2)将样板放置于测试夹具中，并将加载点抵接于样板，调节样板与加载点的左右距离，确保样板置于夹具中心位置；
(3)溶液槽抵接于待测样板的涂层表面，采用专用胶水密封溶液槽与待测样板的接触位置；
(4)调节加载端使测试样板加载到指定的挠度；
(5)调节溶液槽中腐蚀介质的PH值并将腐蚀性气体通入溶液槽中
(6)采用高倍相机实时观察样品表面，至涂层表面产生微裂纹时，记录数据。
本发明还提供了一种腐蚀环境下的金属涂层应力腐蚀测试装置，包括弯曲夹具组件及溶液槽；所述弯曲夹具组件用于夹持样板，所述溶液槽设置于样板中心，所述溶液槽包括进气口、溶液进口和出气口，通过所述进气口中腐蚀气体的流量控制调节所述溶液槽中的溶液浓度。
更进一步的，所述弯曲夹具组件为四点弯曲夹具，所述四点弯曲夹具包括上支点、下支点和加载螺丝。
更进一步的，所述溶液槽和涂层接触的边缘采用胶水密封，防止在加载过程中溶液的泄露。
更进一步的，样板被夹具加载到指定的挠度，保证焊缝在夹具中心且左右两端到中心的距离相等。
采用上述结构后，本发明和现有技术相比所具有的优点是：
(1)采用本发明一种腐蚀环境下的金属涂层应力腐蚀测试方法，简便了传统上应力腐蚀的测试方法，将腐蚀介质和样板的接触方式设计为一个平面，操作更加简单便捷。
(2)本发明的一种腐蚀环境下的金属涂层应力腐蚀测试装置，轻巧方便，适用于多场地，试验场地不受限制。
(3)本发明的一种腐蚀环境下的金属涂层应力腐蚀测试装置，在制备应力腐蚀样板涂层时，不需要在基体表面全覆盖，不用考虑基体棱边处涂层的缝隙和孔隙问题，只在基体的一个表面制备涂层即可，解决了金属涂层制备样板时的困难问题。
(4)本发明的一种腐蚀环境下的金属涂层应力腐蚀测试装置采用溶液槽的接触方式进行局部腐蚀，节约了试验成本，简单高效。本发明基于结构上的创新，可实现对微小型燃料电池全燃料流量范围内的电能高效率输出。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1为本发明腐蚀环境下的金属涂层应力腐蚀测试装置的整体结构示意图；
图2为本发明腐蚀环境下的金属涂层应力腐蚀测试装置的四点弯曲加载后示意图。
图中：1-出气口、2-溶液进口、3-溶液、4-金属涂层、5-压力容器钢板、6-夹具下支点、7-进气口、8-密封胶、9-夹具上支点、10-焊缝、11-加载螺丝。
具体实施方式
为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实例对发明内容做进一步说明。
对于弯曲样板的凸形表面部分的弹性应力的计算公式根据GB-T15970.2-2000中的下式计算：
1.四点弯曲加载
σ＝12Ety/(3H^2-4A^2)
2.三点弯曲加载
σ＝6Ety(H^2)
式中，σ为最大张应力，E为弹性模量，t为样板厚度，y为外支点间的最大挠度，H为外支点间的距离，A为内外支点间的距离。
根据上式可知，在腐蚀环境下的金属涂层应力与样板及测试夹具的支点距离、金属涂层的弹性模量和加载挠度等有关。四点加载可在内支点间的试样凸形表面部分产生均匀的纵向张应力，从内支点起到外支点止，应力线性地降至为零。四点加载试样使材料均匀受力有较大的区域，一般优于三点加载试样，它特别适用于焊接材料试验和研究喷涂金属或有机涂层的保护性能。本发明提供的一种腐蚀环境下的金属涂层应力腐蚀测试方法，具体的步骤如下：
(1)制作样板时，将样板的至少一个平面覆盖待测涂层，剩余未覆盖的表面采用环氧树脂密封；
(2)将样板放置于测试夹具中，并将加载点抵接于样板，调节样板与加载点的左右距离，确保样板置于夹具中心位置；
(3)溶液槽抵接于待测样板的涂层表面，采用专用胶水密封溶液槽与待测样板的接触位置；
(4)调节加载端使测试样板加载到指定的挠度；
(5)调节溶液槽中腐蚀介质的PH值并将腐蚀性气体通入溶液槽中
(6)采用高倍相机实时观察样品表面，至涂层表面产生微裂纹时，记录数据。
将现有的样板腐蚀环境由全腐蚀改为部分腐蚀，腐蚀环境缩小使得测试环境更安全，使得整体测试装置更轻便，更利于测试人员操作。
实施例，如图1和图2所示，本实例的一种腐蚀环境下的金属涂层应力腐蚀测试装置，包括弯曲夹具组件及溶液槽；弯曲夹具组件用于夹持样板，溶液槽设置于样板中心，溶液槽包括进气口1、溶液进口2和出气口7，通过进气口7中腐蚀气体的流量控制调节溶液槽中的溶液浓度。
优化地：
弯曲夹具组件为四点弯曲夹具，四点弯曲夹具包括上支点9、下支点8和加载螺丝11。
溶液槽和涂层接触的边缘采用胶水8密封，防止在加载过程中溶液的泄露。
样板被夹具加载到指定的挠度，保证焊缝在夹具中心且左右两端到中心的距离相等。
以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。其它结构和原理与现有技术相同，这里不再赘述。
Claims (5)
1.一种金属涂层在腐蚀环境下的应力腐蚀测试方法，本测试方法步骤如下：
(1)制作样板时，将样板的至少一个平面覆盖待测涂层，剩余未覆盖的表面采用环氧树脂密封；
(2)将样板放置于测试夹具中，并将加载点抵接于样板，调节样板与加载点的左右距离，确保样板置于夹具中心位置；
(3)溶液槽抵接于待测样板的涂层表面，采用专用胶水密封溶液槽与待测样板的接触位置；
(4)调节加载端使测试样板加载到指定的挠度；
(5)调节溶液槽中腐蚀介质的PH值并将腐蚀性气体通入溶液槽中
(6)采用高倍相机实时观察样品表面，至涂层表面产生微裂纹时，记录数据。
2.一种腐蚀环境下的金属涂层应力腐蚀测试装置，其特征在于：包括弯曲夹具组件及溶液槽；所述弯曲夹具组件用于夹持样板，所述溶液槽设置于样板中心，所述溶液槽包括进气口、溶液进口和出气口，通过所述进气口中腐蚀气体的流量控制调节所述溶液槽中的溶液浓度。
3.根据权利要求2所述的金属涂层应力腐蚀测试装置，其特征在于：所述弯曲夹具组件为四点弯曲夹具，所述四点弯曲夹具包括上支点、下支点和加载螺丝。
4.根据权利要求2所述的金属涂层应力腐蚀测试装置，其特征在于：所述溶液槽和涂层接触的边缘采用胶水密封，防止在加载过程中溶液的泄露。
5.根据权利要求2所述的金属涂层应力腐蚀测试装置，其特征在于：样板被夹具加载到指定的挠度，保证焊缝在夹具中心且左右两端到中心的距离相等。
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