高温高压液固介质冲刷腐蚀实验及原位电化学测试装置的制作方法

本发明涉及包括液固介质冲刷腐蚀在内的腐蚀模拟实验和电化学测试技术领域，特别是指一种高温高压液固介质冲刷腐蚀实验及原位电化学测试装置。

背景技术：

冲刷腐蚀是金属材料表面与腐蚀性液固介质之间相对运动所产生力学冲刷和腐蚀的协同作用而引起的金属材料损伤。冲刷腐蚀是自然和工业环境中极为常见的腐蚀现象之一，特别在石油天然气开采、船舶和电力等工业领域设施和装备的过流部件受到了严重的冲刷腐蚀，大大降低了这些部件服役寿命。例如，含砂粒的流动腐蚀性介质对管道弯头、阀门和三通等部件的冲刷腐蚀是导致这些部件失效的主要原因之一。液固介质流速、固相颗粒成分、粒径、含量和腐蚀介质成分等是影响金属材料冲刷腐蚀的重要因素，这些因素的变化对金属材料表面腐蚀产物膜的形成、组成和结构和破坏以及腐蚀性介质扩散均产生影响。深入研究和认识金属材料在不同液固介质条件下冲刷腐蚀行为和机理，进而有效控制液固介质冲刷腐蚀具有极为重要的理论意义和实际价值。

传统的冲刷腐蚀实验装置为避免液固介质磨损旋转轴，通常采用在装置上部放置旋转轴，同时在旋转轴上安装试样和混合液固介质的搅拌桨。在这种设计中，试样和液固介质搅拌桨有相同的角速度，难于实现对液固介质与试样相对流速和液固介质搅拌速度的分别控制。此外，液固介质与旋转试样的实际相对流速受到旋转搅拌桨对流体的带动作用而显著降低。目前缺乏分别控制液固介质与试样相对速度和混合液固介质搅拌速度的冲刷腐蚀实验装置和方法，同时也不能有效开展不同液固介质条件下的冲刷腐蚀原位电化学测试。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种高温高压液固介质冲刷腐蚀实验及原位电化学测试装置。为研究高温高压液固介质冲刷腐蚀行为、规律、机理和材料耐蚀性，提供一套高温高压液固介质冲刷腐蚀模拟实验及原位电化学测试装置。

一种高温高压液固介质冲刷腐蚀实验及原位电化学测试装置，其特征在于：包括高温高压釜、固相颗粒搅拌桨、固相颗粒阻挡装置、液固介质搅拌桨、试样夹具及电化学测试电极。在高温高压釜中加入一定固相颗粒浓度的液固介质，通过热电偶并结合温控系统对高温高压釜内液固介质温度进行测试和控制。通过高温高压釜上部液固介质搅拌桨的旋转控制液固介质与腐蚀试样和电化学试样之间的相对流速。通过高温高压釜下部的固相颗粒搅拌桨的旋转可使液固介质均匀混合并防止固相颗粒沉积。通过固相颗粒阻挡装置阻挡固相颗粒沿高温高压釜径向的移动而减缓固相颗粒对固相颗粒搅拌桨旋转轴的磨损。高温高压釜内的电化学试样与外接的电化学测试系统相连。

高温高压釜底部固相颗粒阻挡装置与固相颗粒搅拌桨旋转轴相连，并随旋转轴转动。该阻挡装置中的隔板有效阻挡固相颗粒沿高温高压釜径向移动而减缓固相颗粒对固相颗粒搅拌桨旋转轴的磨损。

腐蚀试样和电化学试样镶嵌在夹具相同高度位置，该夹具紧贴高温高压釜内壁，以防止固相颗粒在夹具与釜壁间形成的缝隙处沉积。

电化学测试一侧放置电化学试样、高温高压参比电极和环形辅助电极。所述电化学试样、高温高压参比电极和环形辅助电极组成三电极体系。

本发明提供一种高温高压液固介质冲刷腐蚀实验及原位电化学测试装置，利用该装置可实现液固介质相对金属材料表面流速和混合液固介质搅拌速度的分别控制，并可实施高温高压液固介质冲刷腐蚀原位电化学测试。

通过本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，通过采用热电偶和温控系统对高温高压釜内液固介质的温度进行测试和控制。腐蚀试样和电化学试样镶嵌在夹具相同高度位置，夹具紧贴高温高压釜内壁以防止固相颗粒在夹具与釜壁形成的间隙处沉积。通过高温高压釜上部液固介质搅拌桨的旋转实现液固介质与腐蚀试样和电化学试样之间设定的相对流速。通过高温高压釜下部的固相颗粒搅拌桨旋转实现对液固介质均匀混合并防止固相颗粒沉积。通过固相颗粒阻挡装置阻挡固相颗粒沿高温高压釜径向移动而减缓固相颗粒对固相颗粒搅拌桨旋转轴的磨损。该装置可用于高温高压条件下一定的固相颗粒含量和流速的液固流体冲刷腐蚀行为、规律、机理及耐蚀性能研究。

附图说明

图1为本发明的高温高压液固介质冲刷腐蚀实验及原位电化学测试装置结构示意图；

图2为该装置的a—a’截面放大结构图；

其中：1-环形辅助电极；2-高温高压参比电极；3-电化学试样；4-温控系统；5-高温高压釜；6-液固介质；7-固相颗粒搅拌桨；8-旋转轴一；9-旋转轴二；10-热电偶；；11-进气口；12-出气口；13-加热装置；14-腐蚀试样；15-试样夹具；16-液固介质搅拌桨；17-固相颗粒阻挡装置。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明提供一种高温高压液固介质冲刷腐蚀实验及电化学测试装置。

如图1所示，该装置包括1-环形辅助电极；2-高温高压参比电极；3-电化学试样；4-温控系统；5-高温高压釜；6液固介质；7-固相颗粒搅拌桨；8-旋转轴一；9-旋转轴二；10-热电偶；11-进气口；12-出气口；13-加热装置；14-腐蚀试样；15-试样夹具；16-液固介质搅拌桨；17-固相颗粒阻挡装置。

图2为图1中a—a’截面放大结构示意图。如图2所示，将制备好的腐蚀试样14和电化学试样3固定在试样夹具15中，并用硅胶密封好边缘空隙。腐蚀试样14和电化学试样3镶嵌在试样夹具15中相同高度位置，该夹具紧贴高温高压釜5内壁，以防止固相颗粒在夹具与釜壁间形成的间隙处沉积。图1所示电化学试样3通过电化学试样导线引出，高温高压参比电极2与环形辅助电极1放置在电化学试样3一侧。电化学试样3、高温高压参比电极2和环形辅助电极1组成三电极体系。将电化学试样3、高温高压参比电极2和环形辅助电极1分别通过导线连接到高温高压釜5外部的电化学测试系统上。

将液固介质6注入高温高压釜5内，打开加热装置13，利用热电偶10实现对高温高压釜5内液固介质7的温度测试，通过温控系统4对加热装置13进行控制并使液固介质6达到设定的温度。从进气口11向高温高压釜5内液固介质6中通入气体，从液固介质6出来的气体由出气口12排出而使高温高压釜5内气体处于恒定的压力状态。开启固相颗粒搅拌桨7对液固介质6进行搅拌，使一定固相颗粒含量的液固介质6均匀混合并防止固相颗粒的沉积。固相颗粒阻挡装置17随固相颗粒搅拌桨7一起转动，有效阻止液固介质6中的固相颗粒对固相颗粒搅拌桨旋转轴一8的磨损。旋转轴二9带动液固介质搅拌桨16旋转，实现液固介质6与腐蚀试样14及电化学试样3之间处于设定的相对流速，从而保证腐蚀试样与电化学试样处在相同的试验环境中。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：

技术总结
本发明提供一种高温高压液固介质冲刷腐蚀实验及原位电化学测试装置，属于腐蚀模拟实验和电化学测试技术领域。该装置由高温高压釜、固相颗粒搅拌桨、固相颗粒阻挡装置、液固介质搅拌桨、试样夹具及电化学测试电极等部分组成。通过高温高压釜上部的液固介质搅拌桨的转速实现对试样表面液固介质不同流速的控制，利用高温高压釜下部的固相颗粒搅拌桨的旋转使固相颗粒与液体均匀混合，采用固相颗粒阻挡装置阻止固相颗粒沿高温高压釜径向移动而有效减缓了固相颗粒对搅拌桨旋转轴的磨损，从而有效实现不同流速和固相颗粒含量条件下的液固介质高温高压冲刷腐蚀实验，并利用电化学测试电极与外界电化学测试系统进行不同流速和固相颗粒含量条件的高温高压冲刷腐蚀原位电化学测试。

技术研发人员：柳伟;李晓刚;卢宋乐;齐小龙;张史安
受保护的技术使用者：北京科技大学
技术研发日：2017.03.10
技术公布日：2017.07.21