[发明专利]一种拉伸试验用的多功能原位电化学测量装置

说明书

技术领域

本发明属于电化学领域，主要是对动态拉伸试验时的样品进行温度，湿度，气体以及干湿交替，表面冲刷，多相介质等复杂环境的模拟，并利用电化学原位检测技术进行在线测量，特别是在长时间无人状态下对拉伸样品进行电化学测量。

背景技术

传统的拉伸试验机可根据使用要求对试样进行拉伸，压缩，弯曲，蠕变，松弛等试验，主要用于测试、研究金属、非金属、复合材料及其制成品在各种介质中腐蚀和应力作用下的力学性能。尽管传统的拉伸机可以对试验样品施加多种力学性能，并且可以根据不同的试样选择不同的夹具进行施加载荷，但是不能对样品所需要的外界环境进行模拟，如温度、湿度、溶液、气体等，限制了实验材料在外加载荷情况下的试验手段，并且缺少相应的外置设备来对承受载荷的样品进行电化学参数的跟踪测量，缺少验证材料力学性能的表征参数，不能进一步了解材料的腐蚀行为及腐蚀发生的机理，对试验存在着一定的限制。

通常情况下样品的电化学测量则是在样品施加载荷结束后，将其取出放入常温常压的电化学测量体系内，再利用三电极体系对电极电势和电流分别进行控制和测量。这样所得的数值仅仅是样品进行力学性能服役后所表现出来的性能，并不能表征其服役过程时的性能和变化。在消除载荷后，材料的力学及化学性能更有可能发生了一定程度的改变，因此这种测量缺乏对于实践的指导意义。

发明内容

本发明的目的在于解决原有拉伸仪器与电化学装置分开进行实验所产生的实验数据的不完整以及由于实验体系不同而造成的误差等问题。在拉伸机上对样品进行电化学参数的测量与分析，实现动态的在线检测，获得实验样品在较长腐蚀时间下电化学参数的完整数据，并且在原有三电极体系的测量过程中实现多种环境因素的模拟，增加了拉伸试验多样性和试验进程中数据的完整性。

一种拉伸试验所需的多功能原位电化学测量装置，由电化学装置、环境模拟装置和拉伸机三部分组成。电化学装置部分包括辅助电极、参比电极和工作电极即拉伸试样。环境模拟装置包括热电偶、加热电阻、进气口、出气口、进水口、出水口、橡胶塞、固定螺环、顶盖和腔体。拉伸机包括上、下夹头。

将多功能原位电化学测量装置装入拉伸机，其中腔室落在下夹头上。将焊有导线的拉伸试样与夹头用704硅胶封存，留出试验预订数值的面积；将盐桥、热电偶、橡胶塞装入顶盖，并将辅助电极插入橡胶塞中；将橡胶塞装入腔室，并将拉伸试样穿过腔室与顶盖内的橡胶塞；旋转顶盖与腔室闭合；将加热电阻装入腔室底部并拧紧，打开进气口接入气瓶，调节出气口的出气大小；关闭出水口，打开入水口将溶液注入腔室后关闭入水口；将参比电极插入盐桥中后，将参比电极，拉伸试样，辅助电极的导线接入电化学工作站，热电偶、加热电阻的导线接入温度控制装置；调整拉伸试样的受力载荷后进行拉伸；在拉伸仪器上对样品进行电化学参数的测量与分析，实现动态的在线检测，获得实验样品在较长腐蚀时间下电化学参数的完整数据，并且在原有三电极体系的测量过程中实现多种环境因素的模拟，增加了拉伸试验多样性和试验进程中数据的完整性。

由于拉伸试样在进行试验的特殊性决定了在进行拉伸试验时既要能够模拟外界的环境条件又要保证样品除受到的拉伸机的载荷外没有外加载荷，另外如果在溶液环境中要能够保证拉伸试样与夹具之间的的密闭性，防止其发生电偶腐蚀影响试验结果。因此要将夹具与试验样品靠近夹具的部分用704硅胶封存，只留下面积确定的拉伸部分进行电化学试验。如附图1所示

电化学装置部分采用传统三电极体系进行测量。所用辅助电极为铂电极，参比电极为甘汞电极，工作电极视实验材料所选定。其中工作电极中与辅助电极相对，参比电极位于盐桥内，盐桥与工作电极距离靠近，分布情况如附图2所示。

从装置引出来的三电极的导线引入工作站。如需要模拟环境温度则将装置内注入环境溶液，将热电偶，加热电阻外节如温控装置。如需模拟特定气体的环境则将进气口接入气瓶，通过进气阀控制进气量的大小，气体从出气口排出。如需模拟干湿交替环境则将进水口和出水口外接至水泵，间隔时间注入溶液实现干湿交替环境的模拟。

在线测量技术可以更好地跟踪实验样品的电化学特征的变化，尤其是在腐蚀时间较长，测量数据较多的条件下，在线测量技术能够更好地体现出其优势，显著提高工作效率。

本装置的温度控制原理如下，加热电阻位于腔室内侧，将整个反应腔室的溶液进行加热，热电偶与加热电阻一起构成了温度控制体系，通过外部电子设备控制反应腔室内温度。反应腔室内的进气量由进、出气口控制从而得到实验人员所需的温度数值与环境气氛。