液态金属静态腐蚀实验样品架的制作方法

本实用新型涉及材料加工成型装置的技术领域，是一种用于核反应堆结构材料高温液态金属静态腐蚀实验的新型样品架装置。

背景技术：

随着能源技术的发展，清洁的核能利用越来越成为人们重点关注的问题。目前在第四代先进核能系统的设计中，钠冷快堆，铅冷快堆和加速器驱动的次临界系统中均选用液态金属作为冷却剂。然而，在实际应用环境中，液态金属对反应堆系统的结构材料具有强烈的腐蚀作用。目前，筛选具有优异抗腐蚀性能的反应堆结构材料是第四代先进核能系统发展中的重要工作，而针对反应堆候选结构材料开展预腐蚀实验，是对材料抗腐蚀性能评价的重要环节。

在研究候选材料高温液态金属中的抗腐蚀性能过程中，需要针对不同的参数(如温度，腐蚀时间，氧浓度及液态金属流速等)开展实验。因此，需要使用一种结构稳定，耐高温，耐冲刷，方便拆卸的候选结构材料样品承载装置(样品架)以确保腐蚀实验的顺利开展。

目前，该类实验中采用的大多数样品架结构是通过在样品上穿孔并使用铁丝固定在不锈钢连杆或圆盘上来进行腐蚀实验。这种设计存在固定结构不够稳定，长时间高温液态金属(通常在400～500℃)腐蚀下铁丝容易熔断，实验过程中样品易丢失等问题。此外，该类样品架通常使用一次后即废弃，重复利用率低，无法满足多参数的腐蚀实验需求，在实验过程中也无法实现快速安装与拆卸。

为了解决上述问题，在现有的样品架装置的基础上，本实用新型提供了一种结构稳定，便于拆装，可重复使用的新型液态金属静态腐蚀实验样品架。

技术实现要素：

为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，通过设置可拆卸连接的多个样品托盘，设计出一种结构简单稳固，便于拆取和安放样品的用于核结构材料液态金属静态腐蚀实验的样品架，以克服现有样品架结构不稳定，拆取不便利，高温长时间腐蚀下铁丝容易熔断，造成样品丢失，以致实验失败资源和成本的浪费等问题。

具体来说，本实用新型的目的在于提供一种液态金属静态腐蚀实验样品架，所述样品架包括可拆卸固定在样品架杆2下方的盛放待检测样品的样品托盘1，和，固定在样品架杆2顶端的样品顶盖3，所述样品顶盖3固定样品架和密封液态金属腐蚀实验设备样品口；

其中，所述样品托盘1包括，

贯穿托盘15的安装柱12，其设置于托盘15的中心处，可穿过样品架杆2固定在设定位置；

开设于托盘15上的样品槽口11，其环绕安装柱12设置并从安装柱12外壁向四周延伸；和，

垂直于安装柱12内壁的限位杆13，通过所述限位杆13与样品架杆2可拆卸连接和固定。

进一步地，所述样品架杆2上设置有沿样品架杆2延伸的架杆通道21和与架杆通道21垂直相交的卡位槽口22。

所述样品槽口11为托盘15上开设的凹槽；

其中，样品槽口11的延伸长度小于安装柱12外壁到托盘15外侧壁的距离。

优选所述安装柱12为内径和样品架杆2外径适配的环形管道。所述安装柱12与托盘15的底端持平；安装柱12的顶端高于托盘15的上端面。

进一步地，所述限位杆13设置于安装柱12的上方内部；

所述限位杆13过安装柱12的轴心并与其侧壁垂直固定连接。

优选所述架杆通道21从样品架杆2底端处沿其轴心向样品顶盖3处延伸，所述架杆通道21延伸至卡位槽口22的上方。

其中，所述卡位槽口22的末端上下分别设置有半圆形空隙，以卡死限位杆13。

其中，所述样品顶盖3可拆卸固定于样品架杆2的顶端；

样品顶盖3上设置有固定样品架和密封实验设备样品口的螺栓14。

其中，所述样品托盘1上还设置有固定样品托盘1的螺栓14。

本实用新型所具有的有益效果包括：

(1)本实用新型提供的样品架整体选用316l不锈钢制作，可结合不同的液态金属清洗方法，确保各类液态金属实验后样品架的重复使用。

(2)本实用新型提供的样品架结构简单稳固，通过上下单元夹紧螺丝固定的方法，可确保样品在实验周期的的持续腐蚀，且不会发生样品丢失，增加了实验的效率和准确率。

(3)本实用新型提供的样品架在中心连杆上设置了多组卡位和槽口，可以同时进行多组实验单元的腐蚀实验，实验过程中，可在不同时间节点时快速取下该时间参数的腐蚀样品，而对其他样品单元不造成影响具有更强的时间参数适用性。

(4)本实用新型提供的样品架具有多尺寸适配性，实际应用中，可结合不同的液态金属腐蚀装置对样品架各部件的尺寸设计进行调整，可满足不同尺寸装置接口、实验样品，时间节点数等的腐蚀实验需求。

(5)本实用新型提供的样品放置单元具有多个槽口，可同时满足多个、多种样品的同时实验，从而满足多种供实验需求。

(6)本实用新型提供的样品架上设有标记豁口，便于在进行不同种类样品腐蚀实验时对样品放置模式进行标记，并确保在实验结束后对不同种样品进行区分。

附图说明

图1示出根据本实用新型一种优选实施方式的样品托盘的俯视示意图；

图2示出图1中样品托盘的正视示意图；

图3示出图1和图2中样品托盘的立体示意图；

图4示出根据本实用新型一种优选实施方式的样品托盘安装于样品架杆的示意图；

图5示出根据本实用新型一种优选实施方式的样品架杆和样品顶盖的正视示意图；

图6示出图5中样品架杆和样品顶盖的左视示意图；

图7示出根据本实用新型一种优选实施方式的样品顶盖的结构示意图；

图8示出根据本实用新型一种优选实施方式的样品架的结构示意图；

图9示出根据本实用新型一种优选实施方式的样品架的正视示意图。

附图标号说明：

1-样品托盘

2-样品架杆

3-样品顶盖

11-样品槽口

12-安装柱

13-限位杆

14-螺栓

15-托盘

21-架杆通道

22-卡位槽口

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本实用新型进一步详细说明。通过这些说明，本实用新型的特点和优点将变得更为清楚明确。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

根据本实用新型提供的液态金属静态腐蚀实验样品架，如图8所述，包括可拆卸固定在样品架杆2下方的样品托盘1和固定在样品架杆2顶端的样品顶盖3。

其中，如图1所示，所述样品托盘1包括开设于托盘15上的样品槽口11和螺栓14，贯穿托盘15的安装柱12和垂直于安装柱12内壁的限位杆13。

所述样品槽口11用于安装固体样品，其设置有多个，优选环绕安装柱12设置。所述样品槽口11环绕安装柱12可以均匀设置，也可以不均匀设置，根据实际实验需求可以任意调整样品槽口11的数目和排列均匀度。

较好地，在样品托盘1的托盘15上开设有凹槽，即形成样品槽口11。所述样品槽口11并不贯穿托盘15，通过托盘15底部的平面和样品槽口11形成容纳样品的空间，如图2所示。

其中，样品槽口11最好从托盘15中心处向四周延伸设置，且延伸长度小于托盘15中心处到外侧壁的距离。更优选地，如图3所示，样品槽口11从安装柱12外壁处向四周延伸设置；其延伸长度小于安装柱12外壁到托盘15外侧壁的距离。

所述中心处是指与托盘外周侧壁距离相等的位置。

在一种优选的实施方式中，所述托盘15为圆形，其中心即为圆心，样品槽口11由中心处向四周延伸的距离小于托盘15的半径。

所述样品槽口11的形状可以任意设定，例如可以为立方体、长方体、圆柱体、梯形体等，根据需求或样品形状任意设定。

进一步地，所述样品槽口11设置有多个，可以同时容纳多组样品，满足多种供实验需求；还可在不同时间节点时快速取下该时间参数的腐蚀样品，而对其他样品不造成影响，具有更强的时间参数适用性。

所述样品槽口11可以根据实际的实验需求调整尺寸、形状和距离等。优选所述样品槽口11设置为多种不同形状或尺寸，以便作为标记豁口，对不同种类样品腐蚀实验时对样品放置模式进行标记，并确保在实验结束后对不同种样品进行区分。

在一种更优选的实施方式中，在托盘15的外周与样品槽口11对应处设置有设定图形作为标记豁口。

如图1所示，所述安装柱12优选设置于托盘15的中心处，并贯穿托盘15，优选所述安装柱12为内部中空的环形管道。

所述安装柱12的内径和样品架杆2的外径适配，优选安装柱12的内径比样品架杆2的外径稍大，这样在安装和拆卸时操作更为便利。

所述安装柱12和托盘15固定连接，例如焊接或一体连接。

进一步地，如图2所示，所述安装柱12与托盘15的底端持平，安装柱12的顶端高于托盘15的上端面，便于安装柱12与样品架杆2的可拆卸连接。

在安装柱12的上方内部设置有限位杆13，所述限位杆13过安装柱12的轴心并与其侧壁垂直固定连接。通过所述限位杆13与样品架杆2可拆卸连接和固定。

在本实用新型中，样品架杆2中样品顶盖3的一方为“上”，样品架杆2中与样品顶盖3相反的一侧为“下”。

在本实用新型中，如图5所示，所述样品架杆2呈细长状，优选为细长圆柱形。其中，在所述样品架杆2上设置有沿样品架杆2延伸的架杆通道21和与架杆通道21垂直相交的卡位槽口22。

所述样品架杆2的直径和长度根据实验需求设定。

进一步地，如图6所示，所述架杆通道21从样品架杆2底端处沿其轴心向样品顶盖3处延伸，优选所述架杆通道21过样品架杆2的轴心并将样品架杆2沿其轴心延伸方向分为相同的两部分，保证各部分受力强度相同。

较好地，如图6所示，所述架杆通道21延伸至卡位槽口22的上方，并不贯穿全部样品架杆2，以保证样品架杆2的机械强度。

优选所述架杆通道21的宽度能够容纳限位杆13的通过。

如图5所示，所述卡位槽口22设置有多个，可以一次性安装多个样品托盘1进行实验。所述卡位槽口22与架杆通道21垂直设置，限位杆13穿过架杆通道21至设定位置的卡位槽口22后，顺时针或逆时针旋转进入卡位槽口22内，从而实现对样品托盘1的固定。

在本实用新型中，如图4所示，优选两个对称安装的样品托盘1为一个样品单元，候选样品(待测试样品)安装于两个上下相对的样品槽口11中，实现样品的限位和固定。

为了提高样品的固定效果，优选地，在样品托盘1上还设置有螺栓14，如图1所示，通过螺栓14将上下相对的两个样品托盘1固定，进而将样品固定；或者，通过螺栓14或夹紧螺丝，将上下相邻的两个样品单元固定，防止样品在高温(400～550℃)液态金属中浮动时从样品槽口11中脱落或丢失，确保样品在实验周期的持续腐蚀，增加了实验的效率和准确率。

在一种更优选的实施方式中，如图5所示，在卡位槽口22的末端上下分别设置有半圆形空隙，可以将相同样品单元内的限位杆13卡死在该空隙中，确保在不同密度的液态金属中样品托盘1上浮与下沉过程中的卡死，防止脱位。

所述卡位槽口22之间的距离根据需求设定，最好使卡位槽口22之间距离充足，以确保不同样品托盘1之间互不影响和各时间节点取样的准确方便有效性；还提高候选材料不同参数下的抗腐蚀性能评价效率。

在进行核反应堆结构材料高温液态静态金属腐蚀实验时，一般在专门的实验设备中进行，包括铅铋回路试验装置以及液态铅铋合金综合实验装置，如华北电力大学核学院的铅铋合金罐式动静态腐蚀装置和回路式铅铋合金综合实验系统；中科院核能安全技术研究所的“多功能铅铋堆技术综合实验回路kylin-ii”等。

为了实验样品架与实验设备样品口的密封，优选在样品架杆2的顶端设置有密封实验设备和固定样品架的样品顶盖3。所述样品顶盖3与样品架杆2可拆卸连接或固定连接，优选可拆卸连接，保证了实验过程中样品架使用的灵活性和便利性。

在一种优选的实施方式中，所述样品顶盖3与样品架杆2可以通过螺栓连接，例如，在样品顶盖3上开设凹孔，内有螺纹；样品架杆2顶端外侧设有与样品顶盖3螺纹适配的螺纹。

在另一种优选的实施方式中，样品架杆2可以穿过样品顶盖3，在样品顶盖3的上端与其他固定连接件如螺母连接。

较好地，如图7所示，在样品顶盖3上设置有多个螺栓14，通过该螺栓14与实验设备样品口实现固定和密封。所述样品顶盖3根据不同的实验设备可以设置为不同形状和尺寸。

本实用新型提供的样品架优选选用316l不锈钢制作，可结合不同的液态金属清洗方法，确保各类液态金属实验后样品架的重复使用。满足了放样和取样的便利和结构稳固，具有相当的可实用性；在以后的实验中也便于更加安全规范地取样和安放。

所述液态金属静态腐蚀实验样品架，特别是用于核结构材料高温静态液态金属腐蚀实验的样品架在使用时，按照如下步骤进行：

安装样品：如图9所示，将每两个样品托盘1和待检测样品组成一个实验单元，将待检测样品放入上下样品托盘1的样品槽口11中，按照托盘15上设置的标记放置待检测样品后，使用螺丝将同一实验单元内的样品托盘1固定。

安装样品单元：将组装好的样品单元通过限位杆13由样品架杆2的架杆通道21送入卡位槽口22卡位固定，将样品单元旋转90°，在对应的卡位槽口22卡位旋紧固定好。

连接实验装置：将装有样品单元的样品架杆2与样品顶盖3连接后，将样品架放入腐蚀实验装置中，使样品单元完全进入液态金属中；将样品顶盖3与实验装置入口通过螺栓密封固定，进行实验。

对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于本实用新型工作状态下的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接普通；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以上结合了优选的实施方式对本实用新型进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本实用新型进行多种替换和改进，这些均落入本实用新型的保护范围内。