专利名称：一种测量腐蚀产物膜力学性能的装置的制作方法
技术领域：
本发明属于腐蚀产物膜的测量，特别提供一种利用电化学噪声法原位测量腐蚀产
物膜断裂应变和断裂应力的测量装置，尤其适用于对钢在高温高压条件下形成的co2
腐蚀产物膜断裂应力和断裂应变的原位测量。
背景技术：
石油和天然气采集和输送过程中，钢质管道处于高温高压C02腐蚀多相介质环
境。钢在高温高压环境发生co2腐蚀后会在表面形成腐蚀产物膜，腐蚀产物膜在外
力作用下的局部破坏导致钢的局部腐蚀的发生。故钢的高温高压C02腐蚀是导致腐
蚀失效的主要原因。而co2腐蚀产物膜的力学性能与钢的腐蚀速率和腐蚀形态有密
切的关系，腐蚀产物膜的断裂应力和断裂应变是决定钢抵抗外力破坏能力的关键因 素。
目前对于腐蚀膜的力学性能测量方法所用装置，多为脱离了腐蚀环境下对腐蚀产
物膜进行力学性能的离位测量，或利用基片弯曲法原位测量高温高压C02腐蚀产物
膜的内应力。由于离位后腐蚀膜脱离了原来的腐蚀环境，使得测量得到的腐蚀产物膜
的力学性能与实际腐蚀环境中膜的真实力学性能之间存在差异；在原位测量方面还仅 限进行内应力的测量，无法进行腐蚀产物膜的断裂应力和断裂应变的测量。
钢在高温高压C02环境下发生的腐蚀是电化学腐蚀，在外力作用下膜的断裂会 引起有膜覆盖钢试样的电化学噪声信号的突变。因此，通过原位测量得到在外力作用 下膜的电化学噪声信号突变时所对应的载荷和应变，并计算得到膜断裂时的应力和应 变，即可得到在高温高压C02腐蚀环境中的腐蚀产物的断裂应力和断裂应变。目前 这种方法尚未应用于腐蚀膜的力学性能测量。
发明内容
本发明的目的在于解决以往不能进行实际腐蚀环境中腐蚀产物膜力学性能原位 测量的问题，提供一种利用电化学噪声法原位测量腐蚀产物膜力学性能的测量装置， 用于测定高温高压介质条件下形成的腐蚀产物膜的断裂应力和断裂应变。
本发明装置主体由四点弯曲加载及载荷机构1、高温高压反应釜6、压力表3、 温度传感器5、载荷传感器9、应变片ll、高温高压参比电极2、试样13、辅助电极17和控制箱等部分组成。如图1所示。
四点弯曲加载及载荷机构1通过高温高压釜6的顶盖4中央位置安装在高温高压 釜6内，覆盖有腐蚀产物膜8的试样13放置于四点弯曲加载及载荷机构1的上支撑 台7和下支撑台12之间，与上支撑台滚柱16和下上支撑台滚柱15成四点接触。高 温高压参比电极2和辅助电极17置于腐蚀产物膜8的上方，与试样13充当的工作电 极构成三电极系统。试样13下方放置应变片11，应变片11与试样13接触。载荷传 感器9位于下支撑台12下方。三电极系统、应变片11和载荷传感器9分别通过引线 与高温高压釜6外的测量仪器相连，高温高压釜6外的测量仪器集中安装于控制箱中。
附图1是本发明的结构示意图。其结构主要包括四点弯曲加载及载荷机构1，
高温高压参比电极2，压力表3，高温高压釜顶盖4，温度传感器5，高温高压反应釜 6，上支撑台7，试样的腐蚀产物膜8，载荷传感器9，高压釜进气管IO，应变片ll， 下支撑台12，试样(工作电极)13，高压釜加热器14，下支撑台滚柱15，上支撑台 滚柱16，辅助电极17，出气管18。
具体实施例方式
本发明装置主体包括四点弯曲加载及载荷机构、电化学系统及测量仪器、高温高 压釜和控制箱。四点弯曲加载及载荷机构1从高温高压釜6的顶盖4中央位置安装进 高温高压釜6内，试样13放置于四点弯曲加载及载荷机构1的上支撑台7和下支撑 台12之间，与上支撑台滚柱16和下上支撑台滚柱15成四点接触。高温高压参比电 极2和辅助电极17置于腐蚀产物膜8的上方，与试样13充当的工作电极构成三电极 系统。试样13下方放置应变片11，应变片11与试样13接触。载荷传感器9位于下 支撑台12下方。三电极系统、应变片11和载荷传感器9分别通过引线与高温高压釜 6外的测量仪器相连，测量仪器集中组装成控制箱。高温高压釜6容积为4升，最高 工作温度为16(TC，最大工作压力为2MPa。
实验时，首先从进气管10通入C02气体除02，然后通过加热器14将高温高压 反应釜6内实验介质加热升温，通过温度传感器5和压力表3对釜内介质的温度和压 力进行测量，使之达到设定温度，并调节C02气体达到设定压力，直至试样13表面 形成腐蚀产物膜8。然后将三电极与电化学测试仪器相连，通过四点弯曲加载及载荷 机构1对试样13连续施加载荷，使试样13、腐蚀产物膜8及与试样13接触的应变片ll发生四点弯曲，由载荷传感器9测量施加的载荷数值，由应变片ll测量腐蚀产 物膜8的应变，同时由电化学测试仪器测量腐蚀产物膜8电化学噪声信号。当腐蚀产 物膜8发生破裂时，电化学噪声水平发生明显变化，记录此时应变片11测量到的应 变和载荷传感器9测量到的载荷，计算出腐蚀产物膜8断裂时的断裂应力和断裂应变。 本发明实现了高温高压腐蚀环境下腐蚀产物膜的断裂应力和断裂应变的原位测 量，解决了以往不能在腐蚀环境下进行腐蚀产物膜力学性能测量的难题。利用该装置 还可以得出不同介质温度、气体压力和时间等环境参数下所形成的腐蚀产物膜的力学 性能与环境参数之间的对应关系。
权利要求
1. 一种测量腐蚀产物膜力学性能的装置，其特征在于主体由四点弯曲加载及载荷机构(1)、高温高压反应釜(6)、压力表(3)、温度传感器(5)、载荷传感器(9)、应变片(11)、高温高压参比电极(2)、试样(13)、辅助电极(17)和控制箱等部分组成，四点弯曲加载及载荷机构(1)通过高温高压釜(6)的顶盖(4)中央位置安装进高温高压釜(6)内，覆盖有腐蚀产物膜(8)的试样(13)放置于四点弯曲加载及载荷机构(1)的上支撑台(7)和下支撑台(12)之间，与上支撑台滚柱(16)和下上支撑台滚柱(15)成四点接触，高温高压参比电极(2)和辅助电极(17)置于腐蚀产物膜(8)的上方，与试样(13)充当的工作电极构成三电极系统，试样(13)下方放置应变片(11)，应变片(11)与试样(13)接触，载荷传感器(9)位于下支撑台(12)下方，三电极系统、应变片(11)和载荷传感器(9)分别通过引线与高温高压釜(6)外的测量仪器相连。
全文摘要
一种利用电化学噪声法原位测量腐蚀产物膜力学性能的装置，属于腐蚀产物膜测量领域。本发明通过四点弯曲加载及载荷机构和高温高压釜，模拟试样在高温高压CO<sub>2</sub>环境下发生的腐蚀，并通过电极系统测量试样产生的腐蚀产物膜在外力作用下的电化学噪声信号，记录信号突变时试样的应变及所受的载荷，从而实现高温高压CO<sub>2</sub>腐蚀环境中腐蚀产物力学性能的原位测量，解决了以往不能在腐蚀环境下进行腐蚀产物膜力学性能测量的难题，还可以得出不同介质温度、气体压力和时间等环境参数下所形成的腐蚀产物膜的力学性能与环境参数之间的对应关系。
文档编号G01N3/00GK101285746SQ20081010588
公开日2008年10月15日 申请日期2008年5月5日 优先权日2008年5月5日
发明者孙建波, 伟 张, 伟 柳, 路民旭 申请人:北京科技大学