一种应力腐蚀环境下金属防护涂层的测试方法及装置与流程

1.本发明涉及一种应力腐蚀环境下金属防护涂层的测试方法及装置，属于增材制造技术领域。


背景技术：

2.压力容器钢由于复杂的工作环境，在高压和腐蚀环境中易受到应力腐蚀，在焊接缺陷处易形成裂纹影响承压设备的服役寿命。冷喷涂技术作为一种新型的表面防护涂层制备技术，由于喷涂颗粒具备高动能和低温沉积等特点，制备的防护涂层具有结合强度高，孔隙率低等优点；不仅如此，在防护涂层的沉积过程中，高动能的颗粒还具有喷丸效应，在一定程度上提高了焊缝的强度。研究表明，在压力容器钢表面制备铝基复合防护涂层可以为母材提供阴极保护，提高母材的耐蚀性，通过制备高结合强度和良好耐蚀性的防护涂层，有望改善应力腐蚀开裂行为。现有的国家标准中，对于金属防护涂层的应力腐蚀测试尚不明确，因此对于测试样板的制备要求比较严苛，这在一定程度上限制金属增材制造技术在工程上的应用。
3.现有的利用应力环加载测试金属防护涂层应力腐蚀的方法与装置多用于金属块体，试验过程都是一次性加载然后进行局部浸泡，金属样品的拉伸载荷一般较大(0.8％rel)。而对于金属防护涂层而言，它相比金属母材承载能力小，超过其承载极限后便会开裂，因此利用传统的应力环测试方法，无法得到金属防护涂层的应力腐蚀结果，有必要予以改进。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种应力腐蚀环境下金属防护涂层的测试方法及装置，将应力环小型化，测试时实现对母材先预加载，然后制备金属防护涂层再施加二次小载荷，浸泡在腐蚀介质中进行腐蚀测试。
5.本发明的目的是通过下述技术方案实现的，本发明的一种应力腐蚀环境下金属防护涂层的测试方法，具体包括以下步骤：
6.步骤1、将母材固定在应力环上，使得母材居中对齐于应力环；
7.步骤2、保持应力环竖立，通过底座固定于工作台平面，对母材施加预载荷，采用挠度计测量应力环的挠度，并通过式(1)量化载荷值；
8.y＝πd(d-t)s/4te(1)
9.其中，y为应力环挠度，π为圆周率，e为弹性模量，t为应力环厚度，d为应力环外径，s为母材轴向拉应力；
10.步骤3、在预加载的母材表面制备金属防护涂层，确保金属防护涂层完全覆盖母材表面；
11.步骤4、将表面制备金属防护涂层的预加载的母材重复步骤2，再次施加二次小载荷；
12.步骤5、密封剩余裸露的母材表面，确保不会与步骤6中的腐蚀介质浸泡；
13.步骤6、将加载二次小载荷的应力环以及表面制备金属防护涂层的母材竖立固定于密封的溶液槽中，加入腐蚀介质开始浸泡；
14.步骤7、记录测试数据以及结果。
15.本发明的目的是还提供一种应力腐蚀环境下金属防护涂层的测试装置，包括：底座、应力环、销钉、螺母、金属防护涂层、固定杆、螺杆以及母材；
16.所述螺杆与所述螺母以及所述底座通过螺纹连接，用于给所述母材以及所述金属防护涂层传递载荷；所述螺杆与所述固定杆固定连接；所述母材以及所述金属防护涂层通过所述销钉固定在所述固定杆上，并通过所述固定杆以及所述螺杆居中固定在所述应力环上；
17.进一步的，所述固定杆以及所述螺母用于在所述母材表面制备所述金属防护涂层前施加预载荷，以及在所述母材表面制备所述金属防护涂层后加二次小载荷；
18.更进一步的，所述应力环的挠度用于确定所述母材以及所述金属防护涂层的拉伸载荷；
19.作为优选，除所述母材以及所述金属防护涂层外，所述底座、所述应力环销钉、所述螺母、所述固定杆以及所述螺杆均为高耐蚀性哈氏合金材质，牌号为c276，在腐蚀介质中的腐蚀忽略不计。
20.有益效果：
21.1、本发明公开的一种应力腐蚀环境下金属防护涂层的测试方法，在制备金属防护涂层前对母材进行预加载，这种二次加载的方法减少金属防护涂层在测试过程中的拉应力载荷，避免金属防护涂层发生拉伸失效，突出防护涂层的耐蚀性优势；
22.2、本发明公开的一种应力腐蚀环境下金属防护涂层的测试方法，二次加载方式使得母材和金属防护涂层的试验结果更有对比性，在相同的试验条件下能有效地分析防护涂层的应力腐蚀性能；
23.3、本发明公开的一种应力腐蚀环境下金属防护涂层的测试装置，采用小型化应力环装置，使测试方法和装置更简单、方便。
附图说明
24.图1本发明的一种应力腐蚀环境下金属防护涂层的测试方法流程示意图；
25.图2为本发明的一种应力腐蚀环境下金属防护涂层的测试装置整体结构示意图；
26.图3为本发明的一种应力腐蚀环境下金属防护涂层的测试装置局部结构示意图。
27.图4为本发明的一种应力腐蚀环境下金属防护涂层的测试装置母材的金属防护涂层示意图；
28.其中，1-底座、2-应力环、3-销钉、4-螺母、5-金属防护涂层、6-固定杆、7-螺杆、8-母材。
具体实施方式
29.为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实例对发明内容做进一步说明。
30.实施例1：
31.如图1所示，本实施例公开的一种应力腐蚀环境下金属防护涂层的测试方法，具体包括以下步骤：
32.步骤1、将母材8固定在应力环2上，使得母材8居中对齐于应力环2；
33.步骤2、保持应力环2竖立，通过底座1固定于工作台平面，对母材8施加预载荷，采用挠度计测量应力环2的挠度，并通过式(1)量化载荷值；
34.y＝πd(d-t)s/4te(1)
35.其中，y为应力环2挠度，π为圆周率，e为弹性模量，t为应力环2厚度，d为应力环2外径，s为母材8轴向拉应力；
36.步骤3、在预加载的母材8表面制备金属防护涂层5，确保金属防护涂层5完全覆盖母材8表面；
37.步骤4、将表面制备金属防护涂层5的预加载的母材8重复步骤2，再次施加二次小载荷；
38.步骤5、密封剩余裸露的母材8表面，确保不会与步骤6中的腐蚀介质浸泡；
39.步骤6、将加载二次小载荷的应力环2以及表面制备金属防护涂层5的母材8竖立固定于密封的溶液槽中，加入腐蚀介质开始浸泡；
40.步骤7、记录测试数据以及结果。
41.如图2、图3以及图4所示，本实施例公开的一种应力腐蚀环境下金属防护涂层的测试装置，包括：底座1、应力环2、销钉3、螺母4、金属防护涂层5、固定杆6、螺杆7以及母材8；
42.底座1、应力环2、销钉3、螺母4、固定杆6以及螺杆7均为牌号为c276的高耐蚀性哈氏合金，在腐蚀介质中的腐蚀忽略不计；
43.螺杆7与螺母4以及底座1通过螺纹连接，用于给母材8以及金属防护涂层5传递载荷；螺杆7与固定杆6固定连接；母材8以及金属防护涂层5通过销钉3固定在固定杆6上，并通过固定杆6以及螺杆7居中固定在应力环2上；
44.固定杆6以及螺母4用于在母材8表面制备金属防护涂层5前施加预载荷，以及在母材8表面制备金属防护涂层5后加二次小载荷；
45.应力环2的挠度用于确定母材8以及金属防护涂层5的拉伸载荷。
46.以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。