[发明专利]一种原位加载条件下金属微区氢渗透定量检测装置

说明书

本发明公开了一种原位加载条件下金属微区氢渗透定量检测装置，包括微区氢渗透检测单元、可电化学充氢或模拟各种腐蚀环境的氢渗透发生单元、气氛和pH值可调的溶液缓冲罐和可升降载物台，所述微区氢渗透检测单元包括可移动支撑架和毛细管微电解池，片状拉伸试样氢检测部位与毛细管微电解池相连，对应的氢渗入部位与氢渗透发生单元相连，所述氢渗透发生单元包括与溶液缓冲罐连接的充氢槽，所述充氢槽上设有辅助电极，所述溶液缓冲罐放置在可升降载物台上，腐蚀介质存放于溶液缓冲罐中。本发明与现有技术相比优点在于：实现在原位加载过程中，对局部特定面积可控微区进行电化学充氢或模拟各种气氛、pH可调腐蚀环境条件下多次充氢和放氢的定量检测。

技术领域

本发明涉及金属材料特定局部微区在电化学充氢或模拟腐蚀环境下的氢渗透定量检测实验装置，具体是指一种原位加载条件下金属微区氢渗透定量检测装置。

背景技术

氢致开裂HIC和应力腐蚀开裂SCC是石油运输管线等材料结构服役失效的主要形式。氢渗入材料后对金属材料力学性能及服役安全损害严重，而氢渗透定量测量是研究氢在金属材料中的扩散、捕获和富集行为的重要方法，尤其是在应力集中、非金属夹杂物或孔洞等局部区域，氢的捕获和聚集到一定程度，氢压增大到一定程度就会引发裂纹，因此，定量测量金属微区局部氢渗透量对于确定应力集中、非金属夹杂物或孔洞等局部区域能承受的最大氢浓度是具有重大意义的。

目前，国内外学者基于Devanathan-Stachurski双面电解池原理，设计了多种电化学氢渗透装置，如中国专利201510202110.0“一种研究金属氢渗透行为的装置及方法”，中国专利201520287079.0“一种用于钢材腐蚀试验的硫化氢氢渗透测试装置”，中国专利201810287092.4“模拟深海氢渗透的测试装置及方法”等，但此类测试装置和方法，测试范围为厘米级，属于宏观测量，无法用于研究测量不同微观组织、不同焊缝区、应力集中区域等局部微区的氢渗透测量。虽然有专利201310286355.6“金属局部区域氢渗透行为实验装置”进行了改进，可以测量局部区域的氢渗透曲线，但无法实现对所要测量的微区进行精准定位，也无法实现渗氢介质pH值、气氛的原位调节，也无法同时实现电化学充氢和模拟腐蚀环境下的自发充氢。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服以上技术缺陷，提供一种可与拉伸机或疲劳机联用的原位测量微米级局部区域氢渗透通量的金属微区氢渗透定量检测装置。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种原位加载条件下金属微区氢渗透定量测量装置，包括微区氢渗透检测单元、气氛和pH值可调的氢渗透发生单元、可实时监控和调节pH值、气氛的溶液缓冲罐、可升降载物台和片状拉伸试样，所述微区氢渗透检测单元包括可移动支撑架和毛细管微电解池，所述片状拉伸试样一面的检测部位与毛细管微电解池相连，与检测部位对应的另一面氢渗透发生部位与氢渗透发生单元相连，所述氢渗透发生单元包括通过带止水夹的软管道与溶液缓冲罐连接的充氢槽，所述充氢槽上设有辅助电极，所述溶液缓冲罐放置在可升降载物台上，腐蚀介质存放于溶液缓冲罐中，通过升降载物台，控制腐蚀介质是否与片状拉伸试样接触，实现原位加载过程中微区氢渗透定量检测。

进一步的，所述微区氢渗透检测单元、氢渗透发生单元、溶液缓冲罐、可升降载物台和片状拉伸试样放置于载荷机上，所述片状拉伸试样两端与载荷机相连。

进一步的，所述氢渗透发生单元包括充氢槽与辅助电极，所述充氢槽的顶部开口处设有下定位装置，所述下定位装置上方居中连接设有橡胶密封圈，所述下定位装置上方位于橡胶密封圈的两侧设有上定位金属垫片，所述上定位金属垫片与下定位装置之间放置片状拉伸试样，所述上定位金属垫片与下定位装置上对应设有定位孔，所述定位孔内设有螺栓，所述螺栓的端部连接设有螺母，所述辅助电极与片状拉伸试样组成电解池，实现电化学充氢。

进一步的，所述溶液缓冲罐上设有恒压漏斗和pH计，所述溶液缓冲罐上还设有进气孔和排气孔，所述溶液缓冲罐与充氢槽之间通过软管连接，所述软管上设有止水夹。