一种氩气高温环境下的腐蚀速率测试设备的制作方法

本实用新型涉及腐蚀速率测试设备技术领域，尤其涉及一种氩气高温环境下的腐蚀速率测试设备。

背景技术：

塔式太阳能热电站系统是利用定日镜跟踪太阳，并将太阳光聚焦在中心吸收塔的接收器上，将聚焦的辐射能转变为热能，加热传热流体，驱动汽轮发电机发电。理论上塔式技术可以将传热流体加热到1000 ℃以上，但是能耐受如此高温度的传热流体尚未被找到。由卡诺循环公式可知，传热流体的温度越高则太阳能热电站效率越高，所以国内外的研究者都在设法寻找能在更高工作温度下保持稳定的新型传热流体。目前学术界和工业界为新型高温传热流体所设定的工作温度为至少700 ℃。

因为不管是用于储存传热流体的大型容器还是 CSP 热电站中传热流体流动经过的管道所使用的材料都为合金，而有可能耐受700 ℃以上高温的传热流体均为共晶盐混合物，盐类对于合金都会有较高的腐蚀。所以即使找到可以作为传热流体使用并且满足高温需求的共晶盐混合物，也要详细研究该混合物对于不同合金材料的腐蚀性。如果共晶盐混合物对于所有可用耐蚀合金的腐蚀性都很高，则其仍然不具备工程使用的价值。只有同时找到一种高温共晶盐混合物和一种合金的组合，使得该混合物对于该种合金的腐蚀速度能达到工程要求，才有可能将该共晶盐混合物作为真正的高温传热流体应用到使用该合金建造的 CSP 热电站当中，实现从实验室到工程领域的转化。目前无论是国内还是国际上对于高温共晶盐混合物的研究很多，但是对于共晶盐混合物对不同合金的腐蚀性的研究仍很欠缺。此外，在高温环境下创造氩气环境测试很难，目前文献里几乎没有相关结果报到。这个专利是要创造一个标准化的氩气高温测试设备和方法。该专利提出的设备和方法拟填补在这方面的研究空缺，研究内容具有重要性和先进性。获得的研究成果不仅具有重要的科学意义，而且对于推动高温传热流体在CSP 热电站中的应用有极大的实用价值。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种氩气高温环境下的腐蚀速率测试设备。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

一种氩气高温环境下的腐蚀速率测试设备，包括大石英管、小石英管、真空手套箱和加热炉，所述加热炉的内部设有大石英管，大石英管的顶部安装有法兰盘，所述大石英管的内底部安装有小石英管，所述小石英管的内部填充有熔融盐混合物，熔融盐混合物内设置有合金试样，合金试样位于熔融盐混合物的内部，小石英管的内底部连接石英帽，石英帽的一端延伸至法兰盘的外部且与软管连接。该软管上安装有流量转子计后连接有三通阀，三通阀的下端接口连接有另一软管，该软管的下端连接有减压阀，减压阀的输出端连接有氩气瓶，三通阀另一个接口连接有软管后连接有三通阀，三通阀的下端接口连接有软管，且该软管的下端与法兰盘的上端连接，法兰盘上连接有压力阀，三通阀的另一个接口通过另一软管连接有三通阀，三通阀的下端连接有软管，该软管的下端连接有真空泵，三通阀的另一个接口连接有软管后连接有三通阀，三通阀的上端接口连接有软管，该软管的另一端连接在真空手套箱的顶部，三通阀的下端接口连接有另一个软管，该软管的下端连接有三通阀，三通阀的下端连接有软管后连接有三通阀，三通阀下端接口连接有另一个软管，该软管的另一端连接在真空手套箱的底部，三通阀的另一个接口通过软管连接在真空手套箱的侧面中部，三通阀的另一个接口连接有软管，软管的另一端连接有减压阀，减压阀的另一端通过软管连接有氩气瓶。

优选的，所述真空泵为真空手套箱提供真空环境。

优选的，所述小石英管的顶部连接有软管，软管的上端延伸至法兰盘的外部并固定有氧气测试仪。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：通过真空手套箱和氩气瓶提供一种真空实验环境，本设备还可以提供高温环境，以实现合金试样与熔融共晶盐在高温下的腐蚀速率测试。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为真空手套箱中氧气含量测试图；

图3为置换空气时熔盐中氧气含量测试图；

图4为大石英管中氧气浓度测试图；

图5为氩气环境下不锈钢316质量损失随腐蚀时间变化图；

图6为氩气环境下不锈钢316腐蚀速率随腐蚀时间变化图。

图中：1-合金试样、2-大石英管、3-小石英管、4-石英帽、5-法兰盘、6-压力阀、7-氩气瓶、8-减压阀、9-流量转子计、10-软管、11-三通阀、12-真空泵、13-真空手套箱、14-电子天平、15-氧气测试仪、16-熔融盐混合物、17-加热炉。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参照图1-6，一种氩气高温环境下的腐蚀速率测试设备，包括大石英管2、小石英管3、真空手套箱13和加热炉17，加热炉17的内部设有大石英管2，大石英管2的顶部安装有法兰盘5，大石英管2的内底部安装有小石英管3，小石英管3的内部填充有熔融盐混合物16，熔融盐混合物16内设置有合金试样1，合金试样1位于熔融盐混合物16的内部，小石英管3的内底部连接石英帽4，石英帽4的一端延伸至法兰盘5的外部且与软管10连接，该软管10上安装有流量转子计9后连接有三通阀11-1，三通阀11-1的下端接口连接有另一软管10，该软管10的下端连接有减压阀8-1，减压阀8-1的输出端连接有氩气瓶7-1，三通阀11-1另一个接口连接有软管10后连接有三通阀11-2，三通阀11-2的下端接口连接有软管10，且该软管10的下端与法兰盘5的上端连接，法兰盘5上连接有压力阀6，三通阀11-2的另一个接口通过另一软管10连接有三通阀11-3，三通阀11-3的下端连接有软管10，该软管10的下端连接有真空泵12，三通阀11-3的另一个接口连接有软管10后连接有三通阀11-4，三通阀11-4的上端接口连接有软管10，该软管10的另一端连接在真空手套箱13的顶部，三通阀11-4的下端接口连接有另一个软管10，该软管10的下端连接有三通阀11-5，三通阀11-5的下端连接有软管10后连接有三通阀11-6，三通阀11-6下端接口连接有另一个软管10，该软管10的另一端连接在真空手套箱13的底部，三通阀11-5的另一个接口通过软管10连接在真空手套箱13的侧面中部，三通阀11-6的另一个接口连接有软管10，软管10的另一端连接有减压阀8-2，减压阀8-2的另一端通过软管10连接有氩气瓶7-2，真空手套箱13的内底部安装有电子天平14，真空泵12为真空手套箱13提供真空环境， 小石英管3与石英帽4连接，石英帽4的上端接有软管10，软管10与氧气测试仪15连接。

本实用新型中，一种氩气高温环境下的腐蚀速率测试设备，包括大石英管2、小石英管3、真空手套箱13和加热炉17等；打开真空泵12，通过三通阀11-3和11-4，将真空手套箱13抽成真空，然后打开氩气瓶7-2和减压阀8-2，通过三通阀11-6将真空手套箱13充满氩气。持续上述抽真空和通氩气的操作，直到里面氧气浓度降低到满足实验要求，真空手套箱13中氧气含量如图2所示；然后在真空手套箱13中将合金试样和按照一定的比例配制的共晶盐混合物放入小石英管3中；其中电子天平14用于称量盐的质量；随后，将小石英管3放入大石英管2中，进行排气实验。先将加热炉17加热到熔融共晶盐融化温度（需大于其熔点30-50℃），然后打开氩气瓶7-1和减压阀8-1，通过三通阀11-1、流量转子计9和石英帽4的进气口持续向小石英管3内的熔融共晶盐混合物16内通入氩气30分钟，将熔融盐混合物16中原本含有的水分和氧气排出，石英帽4的排气口出放有氧气测试仪15，具体氧气含量见图3；随后，打开真空泵12，通过三通阀11-3、11-2和压力阀6，将大石英管抽成真空，然后打开氩气瓶7-1和减压阀8-1，通过三通阀11-1、11-2和压力阀6，将大石英管充满氩气。持续上述抽真空通氩气操作，直到满足实验要求；大石英管内的氧气含量如图4所示；最后，盖好法兰盘5，将加热炉17设定到实验需求高温（本次实验设定为700℃）。

重量法实验通过测量在高温下经过固定时间之后合金试样的质量损失来计算腐蚀速率。质量损失为实验前的干净试样的质量与实验后经过适当清洗的试样的质量的差值。在进行计算之前还需要知道所测合金的密度、试样的表面积和实验持续的时间。腐蚀速率的计算公式为公式：

其中CR为腐蚀速率，单位为μm/年。为质量损失，单位为g。ρ是所测试合金的密度，单位为g/cm³。A为合金试样的表面积，单位为cm² 。t为测试持续的时间，单位为天。

在将合金试样放入共晶盐混合物之前和实验后取出合金试样进行称重之前都要按照美国ASTM标准对合金试样进行清洗。对进行实验之前的合金试样的清洗步骤如下：

首先依次使用去离子水和丙酮冲刷试样表面，待表面干燥之后再依次使用600目和1200目SiC砂纸对表面进行磨光，之后再次使用去离子水和丙酮对试样表面进行清洁。对实验之后取出的合金试样进行称重之前的清洗步骤如下：首先将试样放入装有去离子水的烧杯中在超声清洗机内清洁15分钟，再将试样放入装有 5.55 wt.%浓度稀盐酸溶液的烧杯中在超声清洗机内清洁15分钟，再重复第一步，之后使用丙酮冲刷试样得到清洗过的合金试样。

图5所示为氩气环境下，700℃高温时，不锈钢316和氯化盐混合物反应之后的质量损失。

图6所示为氩气环境下，700℃高温时，不锈钢316和氯化盐混合物反应之后的腐蚀速率。

本实用新型的有益效果在于通过真空手套箱和氩气瓶提供一种真空实验环境，本设备还可以提供高温环境，以实现合金试样与熔融共晶盐在高温下的腐蚀速率测试。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。