本发明涉及一种测量电化学氢渗透曲线装置，具体涉及一种用于拉伸载荷下测量电化学氢渗透曲线装置。
背景技术：
现有技术测量的渗透曲线是在试样没有承受外加载荷下获得，只能通过测量渗透曲线之前对材料进行拉伸至塑性变形，然后释放载荷，保留塑性应变部分，弹性部分会收缩回去，最后将材料加工成渗透试样需要的尺寸，如此并不能测量试样在弹性应变以及弹塑性综合应变下的氢渗透曲线。
技术实现要素：
本发明为了解决现有技术中不能测量试样在弹性应变以及弹塑性综合应变下的氢渗透曲线，进而提供一种用于拉伸载荷下测量电化学氢渗透曲线装置。
本发明为解决上述问题采取的技术方案是：它包括拉伸机构、上固定板、下固定板、驱动螺杆、试件、试件上连接板、试件下连接板、第一电解池、第二电解池、计算机数据收集器、电化学分析仪、应变测量仪、恒流电源阴极电解充氢机构、恒流电源阴极电解充氢铂电极、电化学分析仪甘汞电极和电化学分析仪铂电极；试件上连接板和试件下连接板为弯板，试件为‘工’字形板，试件上连接板的一端通过螺钉固定安装在拉伸机构的上固定板上，试件下连接板通过螺钉固定安装在拉伸机构的下固定板上，试件上连接板和试件下连接板之间通过试件固定连接，试件的两侧端面上分别设有第一电解池和第二电解池，第一电解池和第二电解池分别相对安装在试件的两侧，第一电解池的氢气出口端管和第二电解池氢气入口端管均与试件的侧面密封设置，计算机数据收集器与电化学分析仪连接，电化学分析仪上的电化学分析仪甘汞电极和电化学分析仪铂电极插装在第二电解池上，恒流电源阴极电解充氢机构阳极上的恒流电源阴极电解充氢铂电极插装在第二电解池上，应变测量仪与试件连接，电化学分析仪通过线路与试件的一个侧面连接，试件的另一个侧面通过线路与恒流电源阴极电解充氢机构的阴极连接。
本发明的有益效果是：
1、本发明在外加载荷条件下，进行电化学氢渗透曲线的测量，实现材料在氢和应力耦合作用下的试验，进而定量分析氢致裂纹的开裂过程，利用机械千斤顶进行加载，实现对试样的加载过程。考虑到电化学的测量装置尺寸与需要载荷的大小，选择机械式的立牌千斤顶进行。试样所受载荷大小，通过测量试样的延伸率进行变换，因此试验前需要通过万能拉伸机测量试样的应力应变曲线。根据应力应变曲线获得杨氏模量及屈服强度等材料力学性能参数，然后采用有限元的方法进行计算充氢位置的应力及应变大小，最后确定标定位置应变与充氢位置承受载荷的应力对应关系。
2、本发明测量试件7在弹性应变以及弹性与塑性综合形变下的氢渗透曲线，以便通过氢渗透曲线计算获得载荷作用下的氢扩散系数、氢浓度等氢渗透特性，使试验条件更进一步贴近工程中氢扩散及氢致裂纹形成的实际状况。
3、本发明第一电解池8通过恒流电源阴极电解充氢机构13进行充氢，进而对试件7充氢，试件7中的氢按照菲克扩散定律向第二电解池9侧扩散，试件7一侧第一电解池8扩散出来的氢由电化学分析仪进行测量，并由计算机软件chi600e进行记录氢渗透电流随时间的变化。通过记录的氢渗透曲线计算获得氢扩散系数及氢浓度分布。
附图说明
图1是本发明的整体结构主视图。
图2是上固定板2、下固定板3、驱动螺杆4、试件7、试件上连接板5、试件下连接板6、第一电解池8和第二电解池9安装在拉伸机构1上的侧视图。
图3是试件上连接板5的主视图。
图4图3的侧视图。
图5是图4的俯视图。
图6是试件下连接板6的主视图。
图7是图6的侧视图。
图8是图7的俯视图。
图9是试件7的结构图。
图10是由万能拉伸机测量拉伸试样的应力应变曲线，以便获得材料的力学性能参数，其中横坐标表示拉伸试样的应变值单位为(％)，纵坐标表示拉伸试样相对应的应力值单位为(mpa)。
图11是根据图9中试件7进行有限元模拟计算得出的应力应变分布中充氢位置应力与标记位置应变的对应图，其中横坐标表示应变片位置的应变值单位为(‰)，纵坐标表示充氢位置承受的应力值单位为(mpa)。
图12是本发明测量电化学氢渗透曲线装置示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1-图12说明本实施方式，本实施方式所述一种用于拉伸载荷下测量电化学氢渗透曲线装置，它包括拉伸机构1、上固定板2、下固定板3、驱动螺杆4、试件7、试件上连接板5、试件下连接板6、第一电解池8、第二电解池9、计算机数据收集器10、电化学分析仪11、应变测量仪12、恒流电源阴极电解充氢机构13、恒流电源阴极电解充氢铂电极14、电化学分析仪甘汞电极15和电化学分析仪铂电极16；试件上连接板5和试件下连接板6为弯板，试件7为‘工’字形板，试件上连接板5的一端通过螺钉固定安装在拉伸机构1的上固定板上，试件下连接板6通过螺钉固定安装在拉伸机构1的下固定板3上，试件上连接板5和试件下连接板6之间通过试件7固定连接，试件7的两侧端面上分别设有第一电解池8和第二电解池9，第一电解池8和第二电解池9分别相对安装在试件7的两侧，第一电解池8的氢气出口端管和第二电解池9氢气入口端管均与试件7的侧面密封设置，计算机数据收集器10与电化学分析仪11连接，电化学分析仪11上的电化学分析仪甘汞电极15和电化学分析仪铂电极16插装在第二电解池9上，恒流电源阴极电解充氢机构13阳极上的恒流电源阴极电解充氢铂电极14插装在第二电解池9上，应变测量仪12与试件7连接，电化学分析仪11通过线路与试件7的一个侧面连接，试件7的另一个侧面通过线路与恒流电源阴极电解充氢机构13的阴极连接。
本实施方式中计算机数据收集器10型号为chi600e数据采集系统，试件7厚度在0.5mm～1.0mm之间，两侧表面磨平并且抛光至1μm，试件7为贴片试件，试件7靠近第一电解池8一侧的表面进行镀镍处理，镍镀层厚度约为0.2μm，镍层在0.25v的正电位下会迅速氧化为一层致密的氧化膜覆盖在表面，保护内层的镍和铁不被氧化。
本实施方式中试件7的长度l为170mm，试件7的宽度w为60mm，试件7两端横板的宽度a为23.38mm，试件7中间连接板的长度h为100mm，试件7中间连接板分别与两端的横板通过半径为12mm的倒圆角连接,试件7中间连接板两侧加工有凹边，试件7上加工有凹边的宽度w1为24mm，试件7上加工有凹边的中间连接板处的圆形是测量时第一电解池8和第二电解池9安装在试件7上的相对位置，试件7的中间连接板上靠近圆形的42mm的方形处是应变测量仪12的应变片粘贴位置。
具体实施方式二：结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式所述一种用于拉伸载荷下测量电化学氢渗透曲线装置，它还包括固定夹18，第一电解池8的氢气出口端管和第二电解池9氢气入口端管通过固定夹18固定安装在试件7上，试件7与第一电解池8和第二电解池9通过垫圈和法兰密封，第一电解池8和第二电解池9通过固定夹18进行固定，其它结构与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式所述一种用于拉伸载荷下测量电化学氢渗透曲线装置，它还包括两个弹簧17，两个弹簧17竖直固定设置在上固定板2和下固定板3上，每个弹簧17的两端分别固定安装在上固定板2和下固定板3上，且两个弹簧17安装在与试件7相对另一侧的拉伸机构1上，为防止剪式千斤顶加载过程中由于两侧载荷不一致而导致千斤顶歪斜，采用双侧加载，以平衡两侧载荷。采用双弹簧固定，弹簧的两端钩子勾住上下连接件，其它结构与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式所述一种用于拉伸载荷下测量电化学氢渗透曲线装置，拉伸机构1为剪式千斤顶，上固定板2安装在剪式千斤顶的顶端上，下固定板3安装在剪式千斤顶的底端上，其它结构与具体实施方式一或三相同。
具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种用于拉伸载荷下测量电化学氢渗透曲线装置，应变测量仪12上安装有应变片，应变测量仪12通过应变片与试件7连接，将应变片贴在试件7变形均匀区的中间位置，保证应变结果的稳定可靠，并将应变片连接到应变测量仪12上。转动剪式千斤顶的螺栓部位，进行加载，通过应变测量仪12的读数确定应变的大小。其它结构与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种用于拉伸载荷下测量电化学氢渗透曲线装置，应变测量仪12上安装有应变片，应变测量仪12通过应变片与试件7连接，其它结构与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种用于拉伸载荷下测量电化学氢渗透曲线装置，试件7与试件上连接板5通过螺栓固定连接，试件7与试件上连接板5处靠近试件7上设有平垫片，试件7与试件下连接板6通过螺栓固定连接，试件7与试件下连接板6处靠近试件7上设有平垫片，通过平垫片增大接触面积，保证试件7在加载过程中变形稳定，其它结构与具体实施方式一相同。
工作原理
本发明用电化学的方法可以测量氢在材料中的扩散系数，研究氢在金属中的的渗透行为，模拟材料在含氢环境下的组织及力学变化。其原理是用双电解池夹持金属薄片试件7，在试件7一侧电解，以恒流源为电源，试件7作为阴极，发生还原反应，氢离子被还原成氢原子，氢原子有一部分进入试件7中扩散至另一侧，另外的氢原子则复合成氢分子，上浮至电解液表面后，扩散至空气中，电解反应发生在第一电解池8一侧，称为充氢侧，氢原子扩散至试样另一侧被恒定正电位氧化成氢离子，由电化学分析仪11提供恒定正电位，同时测量出氧化氢原子所产生的电荷和电流，由电脑上安装的软件记录电荷和电流随时间变化的曲线，即氢渗透电荷曲线和氢渗透电流曲线，测量装置示意图如图12所示，此装置含有数据采集系统chi600e、第一电解池8、第二电解池9、电化学分析仪11、恒流源、参比电极、辅助电极及试件7等。第一电解池8、第二电解池9分左右两侧，即阴极室和阳极室，试件7夹在中间固定两侧分别朝向第一电解池8和第二电解池9，用垫圈和法兰密封，阴极室内电解产生氢原子，氢原子可以进入试件7，也可以复合成氢分子，为了让更大比例的氢原子进入试件7，可以在电解液中加入一定的as2o3。
室温下采用0.5mol/lh2so4作为电解液，加入0.25g/las2o3，试件为阴极，铂电极为阳极。同时的阳极室内试样又作为阳极，采用0.25v的正电位使扩展到试件7此侧的氢原子立刻全部氧化成氢离子，阳极室内装有0.2mol/l的naoh溶液及铂电极和甘汞电极。因为铁的极化电位比氢低，为了阻止铁原子先于氢原子氧化，试验前在该侧镀上镍层，镍层在0.25v的正电位下会迅速氧化为一层致密的氧化膜覆盖在表面，保护内层的镍和铁不被氧化，镀液为250g/lniso4·7h2o和45g/lnicl2·6h2o以及40g/lh3bo4混合溶液，称为瓦特溶液。电镀温度为12～20℃，电流密度为10ma/cm2，时间为120s。
试验步骤为，将单面镀镍的试件7夹持固定在第一电解池8、第二电解池9中央，随后加入溶液，阳极侧施加0.25v正电位，进行扣除背底电流，使得镀层表面生成致密的氧化膜，电流密度降至1μa/cm2后，开始在阴极室用恒流源以一定的电流密度进行电解充氢，电解产生的氢原子扩散至试样另一侧后被电离，每一时刻的电流和电荷通过电化学分析仪记录并传输在至计算机中，得到电荷和电流关于时间的瞬态过程曲线。