[发明专利]金属局部区域氢渗透行为实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种测量仪器，具体地说是一种用于研究金属材料的应力集中区域、裂纹尖端区域、焊缝区等局部区域在模拟腐蚀环境中氢渗透行为的实验装置。

背景技术

氢进入材料后往往会导致各种损伤，如钢中的过饱和氢冷却后造成的“白点”损伤，在某些金属及其合金中形成脆性氢化物相，原子氢扩散富集引起的塑性损失及滞后断裂等。氢的对高强度钢损害尤为严重，因为其普遍具有氢致裂纹（HIC）敏感性，而且随着其强度越大，其HIC敏感性越高。对于广泛应用这类材料的航空、船舶、海洋结构、化工、炼油、油气输送等领域，氢造成的材料失效带来的损失与危害是巨大的。而研究金属中的氢渗透参数，包括渗透通量、扩散系数和氢浓度等，是研究材料的氢扩散过程、氢损伤机理和抗氢性能的基本手段。因此，准确测定金属材料中的这些参数对材料的基础理论研究以及实际工程设计，都具有重要意义。目前国内外应用的研究方法有多种，例如：阴极过程量气法、电化学测量法、高真空测量法和核物理法，其中，电化学测量法因为其操作简便，灵敏度高等优点应用最为广泛。

目前，国内外学者在这一领域进行了大量研究，取得了一定成果，同时也存在诸多问题。例如专利申请号为200610046426.6、名称为“一种镀层材料氢渗透性能评价方法及其专用双电解池”和专利申请号为201010185642.5、名称为“金属氢渗透性能测定的装置及方法”的中国专利文件，以及专利号为4221651、名称为“Electrochemical cell for measuring hydrogen in metal”、专利号为6814854、名称为“Hydrogen permeation probe method”的美国专利文件中公开的技术方案等，对于特定金属或者镀层的氢渗透行为进行了较好的研究。但目前国内外此类测试方法的测试范围均处于厘米级，其无法应用于研究金属材料较狭小的局部区域（例如应力集中区域，裂纹尖端区域，焊缝区域等）的氢渗透行为，而这类局部区域极易发生氢损伤，是发生应力腐蚀开裂、氢脆等失效的主要区域，因而研究金属局部区域氢渗透行为具有重大意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测试范围可达到微米级，可以应用于应力集中区域、裂纹尖端区域、焊缝区域等特定的狭小区域的氢渗透行为研究的金属局部区域氢渗透行为实验装置。

本发明的目的是这样实现的：

包括微电解池、腐蚀环境模拟槽，工作试样的一面为测试区、另一面为腐蚀区，微电解池的一端与工作试样的测试区接触，工作试样的腐蚀区与腐蚀环境模拟槽中的腐蚀介质接触，微电解池中的对电极、Ag/AgCl参比电极及工作试样组成三电极体系，对电极、Ag/AgCl参比电极和工作试样分别通过导线与电化学工作站的对电极端口、参比电极端口和工作电极端口相连，电化学工作站通过数据线与计算机相连。

本发明还可以包括如下特征：

1、微电解池与腐蚀环境模拟槽固定于载物实验台上，载物实验台置于法拉第静电屏蔽箱内，所述工作试样由测试金属、包裹在测试金属外周边的绝缘层和绝缘层上的绝缘防水台组成，工作试样安装于腐蚀环境模拟槽中。

2、微电解池与腐蚀环境模拟槽安装于钢架中，工作试样的两端通过绝缘销各连接一连杆，其中一个连杆由螺栓与钢架固连，另一个连杆伸出钢架且设置有调节弹簧和调节螺母。

3、微电解池内的电解质为0.2MNaOH。

4、微电解池得上端为有机玻璃筒或槽、下部为毛细玻璃管拉制的尖端区域，尖端区域的尖端直径为60—300μm。

本发明的工作工程如下:

1）：将工作试样腐蚀区所在一面使用砂纸打磨至1000#，待测区所在一面抛光后电镀镍，并于镀镍后放置干燥箱内在200℃下进行2小时除氢处理。

2）：将工作试样使用302胶封装后固定于腐蚀环境模拟槽中，并根据实验要求施加拉应力。

3）将微电解池尖端与工作试样待测区相连，保证密封性。

4）腐蚀环境模拟槽中采用质量分数1%HCl与3.5%NaCl溶液作为腐蚀介质，微电解池内采用0.2mol/lNaOH溶液作为电解质，微电解池内参比电极，对电极，以及工作试样均通过导线与电化学工作站相连，检查无误后可进行电化学测试。

其电化学测试采用计时安培法，施加恒电位为340mV（相对于SCE）。

本发明了供一种用于研究金属材料局部区域在模拟应力腐蚀环境中氢渗透行为的实验装置，其测试范围可达到微米级，可以应用于特定的狭小区域例如应力集中区域，裂纹尖端区域，焊缝区域等的氢渗透行为研究。