一种应力腐蚀微区原位测试装置及方法

本发明涉及材料测试，特别涉及一种应力腐蚀微区原位测试装置及方法。

背景技术：

1、实际生产作业中金属材料在含腐蚀性气体的气相、液相、气液多相腐蚀环境中会发生应力腐蚀开裂，严重时甚至会造成人员伤亡，危害性极大。在实验研究中为了解金属材料的应力腐蚀开裂性能，常采用单轴拉伸实验进行应力腐蚀测试，该方法较简单，操作方便常被采用。然而该方法无法深入研究金属材料在应力腐蚀开裂过程中的腐蚀机理，无法为揭示金属材料服役环境下应力腐蚀机理提供技术支持。

2、现有技术虽然公开了一些应力腐蚀实验装置，但是这些实验装置无法观测金属材料微区的应力腐蚀，无法进行拉伸试样微区应力腐蚀的原位实时测试，不能清晰的了解拉伸试样在拉伸过程中发生应力腐蚀的微观变化，相应的无法更清楚更深入的认识金属材料在服役环境下的应力腐蚀机理。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明旨在提供一种应力腐蚀微区原位测试装置及方法。

2、本发明的技术方案如下：

3、一方面，提供一种应力腐蚀微区原位测试装置，包括应力环测试系统、微区扫描电化学系统以及监测系统；

4、所述应力环测试系统包括应力环和腐蚀介质腔体，所述腐蚀介质腔体包括腔体本体以及分别与所述腔体本体上下两端可拆卸相连的上盖和下盖；所述腐蚀介质腔体上设有能够进行开关的进气口和出气口；所述上盖和所述下盖中心对称设有试样安装孔，对待测试样进行测试时，所述待测试样穿过所述试样安装孔分别与所述应力环的内顶部和内底部相连；所述上盖设有安装l型套筒的通孔，所述通孔内设有所述l型套筒，且所述l型套筒较短的一端位于所述腔体本体内部；

5、所述微区扫描电化学系统包括驱动臂、探针、辅助电极、参比电极，所述探针设置在所述腔体本体内且与所述l型套筒相连，所述驱动臂通过所述l型套筒与所述探针相连，用于控制所述探针相对所述待测试样进行移动；所述辅助电极和所述参比电极分别穿过所述上盖使其一端位于所述腔体本体内；

6、所述监测系统用于监测所述应力环的加载力大小以及所述待测试样的断裂情况。

7、作为优选，所述待测试样的上下两端分别通过上试样固定件和下试样固定件与所述应力环的内顶部和内底部相连。

8、作为优选，所述应力环的内顶部和内底部均设有向所述应力环中心凸起的螺纹柱，所述上试样固定件和所述下试样固定件分别与所述应力环上下两端的螺纹柱螺纹相连。

9、作为优选，所述上试样固定件和所述下试样固定件与所述待测试样相连的一端设有与所述待测试样匹配的凹槽，所述待测试样插入所述凹槽后通过插销进行固定。

10、作为优选，所述下盖设有容纳腔，所述容纳腔内设有加热装置；所述监测系统还包括温度监测装置，所述温度监测装置的检测端穿过所述上盖伸入所述腔体本体内。

11、作为优选，所述加热装置为加热棒；所述温度监测装置为温度计。

12、作为优选，所述监测系统采用测位仪来监测所述应力环的加载力大小，采用断裂传感器来监测所述待测试样的断裂情况。

13、作为优选，所述进气口设置在所述腔体本体的下部，所述出气口设置在所述上盖上。

14、作为优选，所述上盖和所述下盖采用不锈钢制成，所述腔体本体采用耐腐蚀玻璃制成，所述l型套筒采用聚四氟乙烯制成。

15、另一方面，还提供一种应力腐蚀微区原位测试方法，采用上述任意一项所述的应力腐蚀微区原位测试装置进行测试。

16、本发明的有益效果是：

17、本发明能够向所述腐蚀介质腔体内通入各种不同的腐蚀介质(气相、液相或者气/液多相)，以此模拟金属材料在不同腐蚀环境与不同加载载荷耦合作用下的实际应用工况环境；本发明在模拟腐蚀工况环境下对拉伸试样进行拉伸测试时，可对试样标距段即发生断裂断进行实时原位的微区扫描测试，全程测试记录试样发生应力腐蚀时微区电流演变过程，为探究材料发生应力腐蚀开裂原因和揭示应力腐蚀机理，提供更为可靠的科学依据。

技术特征：

1.一种应力腐蚀微区原位测试装置，其特征在于，包括应力环测试系统、微区扫描电化学系统以及监测系统；

2.根据权利要求1所述的应力腐蚀微区原位测试装置，其特征在于，所述待测试样的上下两端分别通过上试样固定件和下试样固定件与所述应力环的内顶部和内底部相连。

3.根据权利要求2所述的应力腐蚀微区原位测试装置，其特征在于，所述应力环的内顶部和内底部均设有向所述应力环中心凸起的螺纹柱，所述上试样固定件和所述下试样固定件分别与所述应力环上下两端的螺纹柱螺纹相连。

4.根据权利要求3所述的应力腐蚀微区原位测试装置，其特征在于，所述上试样固定件和所述下试样固定件与所述待测试样相连的一端设有与所述待测试样匹配的凹槽，所述待测试样插入所述凹槽后通过插销进行固定。

5.根据权利要求1所述的应力腐蚀微区原位测试装置，其特征在于，所述下盖设有容纳腔，所述容纳腔内设有加热装置；所述监测系统还包括温度监测装置，所述温度监测装置的检测端穿过所述上盖伸入所述腔体本体内。

6.根据权利要求5所述的应力腐蚀微区原位测试装置，其特征在于，所述加热装置为加热棒；所述温度监测装置为温度计。

7.根据权利要求1所述的应力腐蚀微区原位测试装置，其特征在于，所述监测系统采用测位仪来监测所述应力环的加载力大小，采用断裂传感器来监测所述待测试样的断裂情况。

8.根据权利要求1所述的应力腐蚀微区原位测试装置，其特征在于，所述进气口设置在所述腔体本体的下部，所述出气口设置在所述上盖上。

9.根据权利要求1-8中任意一项所述的应力腐蚀微区原位测试装置，其特征在于，所述上盖和所述下盖采用不锈钢制成，所述腔体本体采用耐腐蚀玻璃制成，所述l型套筒采用聚四氟乙烯制成。

10.一种应力腐蚀微区原位测试方法，其特征在于，采用权利要求1-9中任意一项所述的应力腐蚀微区原位测试装置进行测试。

技术总结
本发明公开了一种应力腐蚀微区原位测试装置及方法，所述测试装置包括应力环测试系统、微区扫描电化学系统以及监测系统；所述微区扫描电化学系统包括驱动臂、探针、辅助电极、参比电极，所述探针设置在应力环测试系统的腔体本体内且与L型套筒相连，所述驱动臂通过所述L型套筒与所述探针相连，用于控制所述探针相对待测试样进行移动；所述辅助电极和所述参比电极分别穿过上盖使其一端位于腔体本体内；所述监测系统用于监测应力环的加载力大小以及待测试样的断裂情况。本发明能够在应力腐蚀拉伸时同步进行微区扫描电化学原位测试，达到精准研究模拟材料在腐蚀性环境下受载过程发生的微区应力腐蚀，为揭示金属材料服役环境下应力腐蚀机理提供技术支持。

技术研发人员：刘婉颖,李小鹏,张智,邓宽海,林元华,曾德智,杨鸿,吴垒,李浩
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12