一种缝隙环境应力腐蚀敏感性高通量评价装置和方法与流程

本发明涉及应力腐蚀试验领域，具体是一种实现带缝隙环境的应力腐蚀敏感性的高通量评价装置和方法。

背景技术：

应力腐蚀是威胁工业安全生产的主要问题之一。应力腐蚀开裂的失效孕育期长，形式隐蔽，一旦发生开裂，裂纹扩展期短，容易导致设备损坏。应力腐蚀离不开材料、应力和腐蚀性介质三要素。目前一般按照国标gb/t15970“金属和合金的腐蚀应力腐蚀试验”进行应力腐蚀试验。由于在缝隙环境中易发生离子浓缩，产生缝隙腐蚀，加速材料的服役性能老化，因此，在缝隙环境下，材料的应力腐蚀敏感性可能会急剧增大。比如在核电站中，蒸汽发生器传热管与管板支撑架之间存在缝隙，在高温高压水环境中，缝隙内腐蚀产物聚集，有害离子浓缩，传热管发生应力腐蚀开裂，引起非计划停堆，造成巨大的经济损失，同时带有放射性的一回路水进入二回路，威胁安全性。因此研究金属材料在缝隙环境中的应力腐蚀行为与机理，对工业设施的设计、运行和管理具有重要意义。

目前应力腐蚀研究普遍采用的是单一试样设计，每次试验只能研究一个试验条件，而且由于每个试验周期都比较长，导致现有应力腐蚀评价方法效率十分低下。在工业环境中，材料的服役环境往往比较复杂，影响因素众多，现有的试验方法无法高效评价核用材料的服役性能。同时在研究不同参数的影响时，通常采用改变单一变量的方法进行，但由于技术手段限制，很多因素往往无法人为控制，造成平行样品之间误差较大。高通量技术是一种基于材料基因组工程提出的高效技术，该技术核心思想旨在提高实验效率，缩短研发周期，降低研发成本，在材料服役行为研究领域有巨大应用前景。

虽然目前研究人员已建立起完善的应力腐蚀评价手段，并根据实际使用工况开发了多种应力腐蚀试验方法，但尚缺乏评价缝隙腐蚀与应力腐蚀耦合老化行为的技术，因此本发明提出一种能够模拟实际缝隙环境下的应力腐蚀高通量评价方法。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种能够模拟实际缝隙环境下的应力腐蚀高通量评价装置和方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种缝隙环境应力腐蚀敏感性高通量评价装置，包括环境釜、设置在所述环境釜内的试样、连接所述试验的两端部为所述试样加载应力的加载机构，还包括夹持在所述试样上的夹具和设置在所述夹具和所述试样之间将两者分隔开的垫块，所述垫块具有供水流通过的多孔结构，所述试样具有两个相对设置的试验平面，所述夹具包括两个夹持面，两个所述夹持面分别夹持所述试样的试验平面，所述夹持面与所述试验平面之间构成与所述垫块等厚度的试验缝隙。

优选地，所述试样为矩形杆状，所述夹具夹设在所述试样相对的两个表面上。

进一步优选地，所述试验平面与所述夹持面表面相互平行。

进一步优选地，所述试验平面与所述夹持面表面的夹角呈锐角。

进一步优选地，所述垫块内设置有多个阻隔水流的隔板，所述隔板垂直所述试样的长度方向设置，并在所述垫块内间隔分布。

优选地，所述夹具和所述垫块设置有多组。

优选地，所述试样与所述夹具的材质相同。

一种缝隙环境应力腐蚀敏感性高通量评价方法，上述的装置进行试验，包括以下步骤：

1）将垫块放置在试样相对的两面，并采用夹具将垫块夹紧，夹具不与试样直接接触；

2）将试验放入环境釜，并将其两端固定设置在加载机构上；

3）在环境釜内模拟核电站材料服役工况环境，并维持时间t；

4）去除腐蚀环境、将试验从加载机构上卸载；

5）取下夹具和垫块；

6）统计试样表面裂纹萌生数据并分析。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1.由于本发明采用夹具与试样形成试验缝隙，并采用具有多孔结构的垫块填充试验缝隙，垫块在不影响缝隙腐蚀的前提下为夹具提供了支撑，从而省去了较为复杂的固定结构。

2.一个试样上可以设置多组夹具，每一组夹具可以对应一种工况，这样一次实验可以准确高效得到多组评价结果。

3.倾斜设置的夹持面可以与试验平面形成一个缝隙间距梯度变化的缝隙环境，可以得到连续变化的离子浓缩环境，进而高效评判材料的应力腐蚀敏感性。

附图说明

附图1为夹具夹设在试样上的示意图；

附图2为倾斜设置的夹具示意图。

以上附图中：1、试样；11、试验平面；2、夹具；21、夹持面；3、垫块。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述：

参见附图1所示，一种缝隙环境应力腐蚀敏感性高通量评价装置，包括环境釜（图中未表示）、设置在所述环境釜内的试样1、连接所述试验的两端部为所述试样1加载应力的加载机构（图中未表示），还包括夹持在所述试样1上的夹具2和设置在所述夹具2和所述试样1之间将两者分隔开的垫块3，所述垫块3具有供水流通过的多孔结构，本实施例中两个相对夹具2通过螺栓（图中未表示）连接，并提供夹持力，其他实施例中，也可以采用弹性件等其他方式将夹具2夹紧。所述试样1具有两个相对设置的试验平面11，所述夹具2包括两个夹持面21，两个所述夹持面21分别夹持所述试样1的试验平面11，所述夹持面21与所述试验平面11之间构成与所述垫块3厚度相等的试验缝隙。

由于本实施例采用夹具2与试样1形成试验缝隙，并采用具有多孔结构的垫块3填充试验缝隙，垫块3在不影响缝隙腐蚀的前提下为夹具2提供了支撑，从而省去了较为复杂的固定结构。

本实施例的夹具2的夹紧力应当根据垫块3的材质调节，以保证试验过程中垫块3和夹具2不会脱落，同时也不会应为夹紧力过大对垫块3或试样1造成变形损坏。同时为避免形成电偶对，夹具2不得与试样1直接接触。本实施例中，夹具2的材质与试样材质相同，在其他实施例中，也可根据实际情况对夹具2的材质作调整。

垫块3为疏松多孔材质，可以为特氟龙、尼龙、石墨等，以适用于腐蚀环境，并且为了保证不影响腐蚀过程、不破坏试样表面状态，优选绝缘材料。垫块3上的孔可以为天然形成，如石墨材料中的孔洞，也可以是人工加工形成，本实施例中采用石墨制成垫块3。

参见附图1所示，所述试样1为矩形杆状，所述夹具2夹设在所述试样1相对的两个表面上。本实施例中，所述试验平面11与所述夹持面21表面相互平行，所述夹具2和所述垫块3设置有三组。如此，一个试样1上可以设置多组夹具2，每一组夹具2可以对应一种工况，这样一次实验可以得到多组结果。

在其他实施例中，参见附图2所示，夹持面21相对于试验平面11倾斜设置，所述试验平面11与所述夹持面21表面的夹角呈锐角。并且所述垫块3内设置有多个阻隔水流的隔板5，所述隔板5垂直所述试样1的长度方向设置，并在所述垫块3内间隔分布，隔板5将垫块3分隔成多段，阻断试验缝隙内离子沿着试样1长度方向的扩散。倾斜设置的夹持面21可以与试验平面11形成一个缝隙间距梯度变化的缝隙环境，可以得到连续变化的离子浓缩环境，进而高效评判材料的应力腐蚀敏感性。

上述的装置进行试验，包括以下步骤：

1）根据需要制备试样1，将垫块3放置在试样1相对的两面，并采用夹具2将垫块3夹紧，夹具2不与试样1直接接触；

2）将试验放入环境釜，并将其两端通过螺纹连接或者销孔连接等方式设置在加载机构上；

3）在环境釜内模拟核电站材料服役工况环境，本实施例中，工况环境为压水堆核电站一回路水溶液，压力为1-20mpa，温度为20-350℃，加载机构为试样1提供轴向应力，并维持一段时间，通常为7-30d天；

4）去除腐蚀环境、将试验从加载机构上卸载；

5）取下夹具2和垫块3，在取下过程中需要注意保护试样1的表面，防止引入新的划痕等损伤；

6）统计试样1表面裂纹萌生数据并分析，包括裂纹萌生位置，裂纹长度、深度及数量，裂纹萌生时间，以及腐蚀产物成分结构等，同时记录试样1的试验平面11的腐蚀情况。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。