[发明专利]一种高压实膨润土环境下金属材料腐蚀测试装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于腐蚀电化学测试领域，具体地说一种高压实膨润土环境下金属材料腐蚀测试装置及方法。

背景技术

二十世纪以来，核科学技术的不断发展和核能的和平利用成为了人类的又一革新举措，然而在核能利用的同时却带来了大量核废料处理的难题。目前国际上普遍接受且可行的方案是深地质处置法，利用储罐材料盛装玻璃化废物体，外部填充缓冲回填材料后置于当地围岩中。由于金属储罐是将高放废物与周围地质处置环境直接隔离，防止高放废物发生泄漏的首个屏障，因此金属储罐的腐蚀行为将直接影响其作为核废料包装材料的可行性以及服役寿命的长短。

若要获得金属储罐材料在深地质储库埋藏环境下的腐蚀行为与规律，为评价所选用的储罐材料在相当长的深地质环境与核废料热辐射共同作用下的腐蚀影响，必须进行实际深地质埋藏环境下的腐蚀试验，积累相应材料在实际环境中的腐蚀数据，进而较为客观真实的评判其服役寿命。然而在国际上，各国在高放射性核废料处置上还处于初级阶段，最领先的国家也只是依照其初步设计的适于该国的储库几何模型进行地下储库的建设，目前我国还未确定具体的几何规格，仅是处于对储库预选区的地质水文调查研究阶段，加上实际环境下的试验操作复杂、耗时且危险，目前最为实际可行的腐蚀测试方法是模拟预测。

对于核废料储罐而言，其表面环境随时间的变化是影响其腐蚀的主要因素。法国、澳大利亚、瑞典、芬兰、加拿大等国就针对各国的储库模型，采用包含热-水-力共同耦合作用下的等式解析，得到了影响腐蚀行为的特征参数随时间的变化趋势，主要有储罐表面的温度、氧气含量、缓冲回填材料孔隙液受地下水渗入影响后的饱和度、pH和各主要离子浓度。为了得到最为接近实际情况的环境，各国纷纷采用短期试验与监测对长期建模等式中的参数进行修正，其中短期试验与监测不仅包括小规模的缓冲材料性能测试，还包括对搭设的大规模试验台架进行的原位监测。然而在获得储罐表面环境演变的趋势后，模拟高压实缓冲回填材料环境下的腐蚀测试较为困难。目前大多采用的是配制相应条件下缓冲回填材料孔隙液模拟液，调节温度、氧气含量进行腐蚀测试，通过这种方式获得的腐蚀数据并不能有效地代表深地质处置环境下储罐的腐蚀情况，需要一种能够模拟高压实缓冲回填材料环境下金属材料腐蚀测试的方法。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种高压实膨润土环境下金属材料腐蚀测试装置及方法。该装置和方法能真实的模拟核废料储罐埋藏的深地质环境，获得各埋藏阶段中储罐材料腐蚀的程度。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种高压实膨润土环境下金属材料腐蚀测试装置，包括高压实膨润土承载舱以及位于所述高压实膨润土承载舱内的压土片、连接导出系统、三电极系统及密封塞，所述压土片通过连接导出系统与所述高压实膨润土承载舱连接、并通过所述连接导出系统由所述高压实膨润土承载舱内导出，所述压土片用于对承载在所述高压实膨润土承载舱内的膨润土进行压实，制备高压实膨润土，所述密封塞用于所述高压实膨润土承载舱的密封，所述三电极系统通过所述高压实膨润土构成回路并经由导线与外部电化学工作站相连接，进行金属材料腐蚀测试。

所述高压实膨润土承载舱包括筒体和设置于筒体顶部的环形盖，所述筒体的轴向截面为“工”字形，所述环形盖与筒体可拆卸连接，所述连接导出系统与所述环形盖连接，所述压土片为圆片、并通过所述连接导出系统的驱动可在所述筒体内沿轴向运动。

所述连接导出系统包括活塞、短螺栓及长螺栓，所述活塞设置于所述压土片与所述环形盖之间、并通过短螺栓与所述压土片连接，所述活塞通过长螺栓与所述环形盖连接，所述长螺栓与设置于所述环形盖外侧的螺母连接，通过旋转该螺母调节所述活塞与所述环形盖之间的距离，实现所述压土片的导出功能。

所述短螺栓与所述压土片螺纹连接、并连接端面与所述压土片接触膨润土一侧保持在同一平面。

所述三电极系统包括设置于高压实膨润土中的工作电极与固体参比电极以及由盛装高压实膨润土的筒体组成的辅助电极，与所述工作电极连接的导线穿过所述压土片、活塞、密封塞上设有的通孔及所述环形盖的内环导出，所述固体参比电极贯穿所述压土片和活塞，与所述固体参比电极连接的导线由密封塞上设有的通孔及所述环形盖的内环导出。

所述活塞上设有短螺栓穿过的通孔、长螺栓穿过的通孔、工作电极导线孔及固体参比电极穿过的通孔，所述工作电极导线孔位于中心位置，所述长螺栓穿过的通孔为两个、并对称设置于工作电极导线孔的两侧，所述短螺栓穿过的通孔和固体参比电极穿过的通孔分别位于工作电极导线孔的两侧、并连线与两个长螺栓穿过的通孔的连线垂直。