CN209069803U - 一种测试材料多因素耦合条件下抗腐蚀性能的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种测试材料多因素耦合条件下抗腐蚀性能的装置，包括掺混制气系统、高温实验系统和尾气处理系统，其中所述的掺混制气系统包括通过管道首尾依次连接的气瓶、气体混匀装置、流量计和蒸气发生器，所述的温实验系统包括高温管式炉和拉伸试验机，所述的高温管式炉的炉管进口与蒸气发生器的出口相连，所述的拉伸试验机设置在炉管的两端，所述的尾气处理系统包括与炉管出口依次连通的锥形瓶和水箱。该装置能充分探究水蒸气、应力、温度和不同腐蚀性实验气氛对材料抗高温腐蚀性能的影响。

Description

一种测试材料多因素耦合条件下抗腐蚀性能的装置

技术领域

本实用新型属于腐蚀性能检测领域，具体涉及一种可检测不同材料在含有水蒸气的实验气氛中、应力及高温耦合条件下抗腐蚀性能的装置。

背景技术

全世界每年因金属腐蚀造成的直接经济损失约达7000亿美元，是地震、水灾、台风等自然灾害造成损失总和的6倍。根据日本统计资料显示，在受力情况下钢结构被腐蚀后，若腐蚀1％，其强度下降10％～15％，若双面腐蚀各达5％时，其结构将失效报废。世界每年因腐蚀而报废的金属材料与设备相当于钢材生产量的20％以上。钢材腐蚀的问题每年都会对国民经济造成极大的损失，其中电站锅炉用钢的高温腐蚀问题极为严重，而且电站锅炉用钢的腐蚀影响因素复杂多变，致使研究电站锅炉用钢抗腐蚀性能十分困难。对于大部分锅炉用钢抗高温腐蚀性能的研究，科研人员往往只在单一干燥的腐蚀气氛中进行高温腐蚀试验，而未考虑到实际工程中气氛都带有水蒸气及钢材的受力情况，锅炉用钢在含水蒸气腐蚀环境中热力耦合条件下的高温腐蚀行为并未得到充分的研究。目前大部分用于研究测试钢材抗高温腐蚀性能的系统也是如此，并没有考虑到热力耦合和水蒸气对钢材抗高温腐蚀性能的影响，市场上也没有出现相应的商用测试装置。

实用新型内容

针对目前测试系统在检测钢材、合金、非金属等材料抗高温腐蚀性能不足的问题，本实用新型的目的旨在提供一种可检测不同材料在含有水蒸气的实验气氛中、应力及高温耦合条件下抗腐蚀性能的装置，该装置能充分探究水蒸气、应力、温度和不同腐蚀性实验气氛对材料抗高温腐蚀性能的影响。

为了达到上述技术目的，本实用新型具体通过以下技术方案实现：

一种测试材料多因素耦合条件下抗腐蚀性能的装置，包括掺混制气系统、高温实验系统和尾气处理系统，其中所述的掺混制气系统包括通过管道首尾依次连接的气瓶、气体混匀装置、流量计和蒸气发生器，所述的温实验系统包括高温管式炉和拉伸试验机，所述的高温管式炉的炉管进口与蒸气发生器的出口相连，所述的拉伸试验机设置在炉管的两端，所述的尾气处理系统包括与炉管出口依次连通的锥形瓶和第二水箱。

所述的气瓶可根据实验气氛的需求直接跟换为所需气体气瓶，如有需要可增加装有不同种气体气瓶数量。

所述气体混匀装置为中空的圆柱状，在气体混匀装置的内部由中空环板与实心圆板交替排列结构。

所述的流量计设置与之相连的流量调节系统，可根据实验要求，通过流量计精确控制实验气氛的流量。

所述的蒸气发生器外包覆有加热带，所述的加热带与加热器连通；所述的蒸气发生器设置有与之连通的去离子第一水箱。

所述的拉伸试验机通过连杆将被测试样固定在炉管内，优选的，所述的拉伸试验机还设置有应力控制系统，可按程序精确控制的拉伸、扭曲、弯曲等各种形式的载荷。

所述管式加热炉采用程序控温，具有内置热电偶，温度信息反馈给箱体上液晶显示屏。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

(1)本实用新型掺混制气方法可根据实验气氛的需求更换相应的气瓶，并可增加装有不同种气体的气瓶数量，多种气体经气体混匀装置充分混合均匀，可研究多种气体作为腐蚀性实验气氛对材料腐蚀行为影响；

(2)通过调节送水流量及相应加热器的功率，确定实验气氛中水蒸气含量，可研究在腐蚀性实验气氛中水蒸气对材料腐蚀行为影响等；

(3)本实用新型中炉管管盖采用中空分体式管帽型设计，连接连杆固定试样后可在管帽中填入玻璃丝棉或其他保温材料，在保证连杆无阻碍的受应力牵引运动前提下可有效防止实验气体外泄，具有很高的安全性，并能起到保温隔热的作用；

(4)拉伸试验机由应力控制系统程序化调控，可根据程序调控精确施加给试样拉伸、扭曲、弯曲等各种形式的载荷。

附图说明

图1是本实用新型装置的结构示意图；

图2是本实用新型装置的气体混匀装置结构示意图；

图3是试样通过弹簧与连杆连接方式示意图；

图4是试样与连杆直接连接方式示意图；

图5是炉管管盖的结构示意图；

图中：1、气瓶a，2、气瓶b，3、气体混匀装置，4、流量计，5、流量调控系统，6、第一水箱，7、水泵，8、蒸气发生器，9、加热器，10、连杆，11、炉管，12、试样，13、高温管式炉，14、拉伸试验机，15、应力控制系统，16、锥形瓶，17、第二水箱。

具体实施方式

下面将结合本实用新型具体的实施例，对本实用新型技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型是一种测试材料多因素耦合条件下抗腐蚀性能的装置，包括掺混制气系统、高温实验系统和尾气处理系统。掺混制气系统包括装有不同种气体的气瓶a1和气瓶b2，多种气体混匀装置3，流量计4和与之相连的流量调控系统5，连接在流量计4出口管路上的蒸气发生器8由加热器9通过加热带包覆，连接在蒸气发生器8进口管路的水泵7与第一水箱6和蒸气发生器8相连；所述高温实验系统包括进口与蒸气发生器8出口相连的炉管11，最高可达1200℃的高温管式炉13和应力控制系统15，试样12在炉管11内，通过连杆10与拉伸试验机14连接，应力控制系统15提供可按程序精确控制的拉伸、扭曲、弯曲等各种形式的载荷；所述尾气处理系统包括与炉管11出口相连的防倒吸锥形瓶16和第二水箱17。掺混制气系统用于产生稳定的含水蒸气的腐蚀性实验气体，高温实验系统用于调节试样的腐蚀环境温度并提供可按程序精确控制的拉伸、扭曲、弯曲等各种形式的载荷，以使温度、应力、气氛腐蚀作用耦合，测试多因素条件耦合作用下的材料腐蚀特性。

如图2所示，气体混匀装置为中空的圆柱状，在气体混匀装置的入口处设置有多个连接口，出口为单个，在气体混匀装置的内部由中空环板与实心圆板交替排列结构，可使多种气体充分混匀。

如图3所示，为根据试样尺寸选取应力载荷的两种加载方式。试样长宽比较大时可采用图3形式布置，需要根据高铬高镍合金材质的硬质弹簧的节距及线径在试样上钻以适当的孔，可让硬质弹簧能轻松旋入试样中，再将连杆10与硬质弹簧相连以使应力均匀化分布。试样尺寸较小时则采用图4形式布置，将连杆10直接与试样连接，提供相应的应力。提供的两种加载方式能有效的在保证应力的均匀分布的前提下自主合理设计试样尺寸。

如图5所示高温管式炉13的炉管11管盖，该管盖为中空分体式帽型设计，由上下相对设置的帽型盖板和隔板组成，其中隔板设置在两个盖板之间，在两个盖板和隔板中央相对应的设置有通孔，用于穿过连杆10，连杆10固定试样后可在管帽中填入玻璃丝棉或其他保温材料，在保证连杆10受应力牵引无阻碍的运动前提下可有效防止实验气体外泄，并起到保温隔热的作用。

本实用新型对试样的尺寸规格没有固定要求，为避免打磨时试样有厚度波动，导致在较大应力下拉断，试样不宜过薄，厚度为2～3mm。实验前先根据试样的尺寸选取相应的应力加载方式对试样打孔，之后分别用240^#、400^#、600^#、800^#、1000^#的水砂纸打磨试样，再用无水乙醇超声清洗后低温烘干。利用穿过管盖的连杆10将试样与程序化精准调控的拉伸试验机14相连，将玻璃丝纤维或其他保温材料填入中空的管盖中，用螺栓将炉管与管盖紧密连接。将各装置如图1连接布置好后，往第二水箱17中装入适量的去离子水，打开气瓶1、2及流量计4，根据第二水箱17中是否有均匀的气泡来检查系统气密性，系统气密性良好则再利用实验气体吹扫系统气路5～10分钟。开启拉伸试验机14使之在程序控制下对连杆10施加拉力，给试样12加载相应的载荷，之后打开加热器9对实验气体预热并打开管式加热炉13，设定实验温度开始腐蚀实验。实验气体需要水蒸气掺混时需打开水泵7，调节水泵7和加热器9功率以确定掺混实验气氛中的水蒸气含量。腐蚀实验结束后，待管式加热炉13冷却至室温时依次关闭拉伸试验机14、管式加热炉13、水泵7、加热器9、气瓶1、气瓶2、流量计4。取出试样后可对试样进行XRD物相分析、SEM形貌观测等。

对于本测试装置，在做有水蒸气掺混实验气氛的长时间腐蚀实验时需要注意第一水箱6的水位，定期给第一水箱6添加去离子水。同时注意第二水箱17的水位，干燥的实验气氛会使第二水箱17的水位下降，含水蒸气的实验气氛会使水位上升，应及时将水位调节到正常范围。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种测试材料多因素耦合条件下抗腐蚀性能的装置，其特征在于，包括掺混制气系统、高温实验系统和尾气处理系统，其中所述的掺混制气系统包括通过管道首尾依次连接的气瓶、气体混匀装置(3)、流量计(4)和蒸气发生器(8)，所述的温实验系统包括高温管式炉(13)和拉伸试验机(14)，所述的高温管式炉(13)的炉管(11)进口与蒸气发生器(8)的出口相连，所述的拉伸试验机(14)设置在炉管(11)的两端，所述的尾气处理系统包括与炉管(11)出口依次连通的锥形瓶(16)和第二水箱(17)。

2.根据权利要求1所述的一种测试材料多因素耦合条件下抗腐蚀性能的装置，其特征在于，所述的气瓶根据需要加装有不同种气体气瓶数量。

3.根据权利要求1所述的一种测试材料多因素耦合条件下抗腐蚀性能的装置，其特征在于，所述气体混匀装置(3)为中空的圆柱状，在气体混匀装置(3)的内部由中空环板与实心圆板交替排列设置。

4.根据权利要求1所述的一种测试材料多因素耦合条件下抗腐蚀性能的装置，其特征在于，所述的流量计(4)设置与之相连的流量调节系统。

5.根据权利要求1所述的一种测试材料多因素耦合条件下抗腐蚀性能的装置，其特征在于，所述的蒸气发生器(8)外包覆有加热带，所述的加热带与加热器(9)连通。

6.根据权利要求5所述的一种测试材料多因素耦合条件下抗腐蚀性能的装置，其特征在于，所述的蒸气发生器(8)设置有与之连通的第一水箱(6)。

7.根据权利要求1所述的一种测试材料多因素耦合条件下抗腐蚀性能的装置，其特征在于，所述的拉伸试验机(14)通过连杆(10)将被测试样(12)固定在炉管(11)内。