[发明专利]一种应力与渗氢条件下金属表面电势原位测试装置及方法

权利要求书

1.一种应力与渗氢条件下金属表面电势原位测试装置，其特征在于：包括应力加载机构、渗氢机构和表面电势测量机构，所述的应力加载机构包括基座(1)、试样(2)、压头(3)、螺母(4)和千分表(5)，所述试样(2)、压头(3)和螺母(4)均设置在基座(1)内，所述的基座(1)的底端中心处设有通孔(6)，顶端内壁上设有两个静支点(7)，所述压头(3)包括螺杆(8)和两个相互平行的支板(9)，两个相互平行的所述支板(9)底端与螺杆(8)固定连接，在每个支板(9)的顶端均设有一动支点(10)，试样(2)的上表面与两静支点(7)相接触，下表面与两动支点(10)相接触，所述螺杆(8)伸入基座(1)的通孔(6)内，在通孔(6)内设有与螺杆(8)配合的限制螺杆(8)周向转动的限位结构(21)，所述螺母(4)与螺杆(8)相配合并旋转螺母(4)使螺母端面紧贴于基座(1)底部内壁，所述千分表(5)用于检测试样(2)表面应力；

所述表面电势测量机构包括KPFM测试系统(16)、开尔文探针(17)和样品台(20)，所述开尔文探针(17)通过导线与KPFM测试系统(16)相连，所述开尔文探针(17)用于对试样(2)表面电势检测，所述试样(2)通过导线与样品台(20)相连；

所述渗氢机构包括电化学工作站(11)、充氢槽(12)、充氢溶液(13)、辅助电极(14)和参比电极(15)，所述充氢槽(12)置于样品台(20)上，所述基座(1)置于充氢槽(12)中，所述充氢槽(12)内装有充氢溶液(13)，所述试样(2)、辅助电极(14)和参比电极(15)均通过导线与电化学工作站(11)相连接；

所述充氢槽(12)中盛放的充氢溶液(13)的液面没过试样(2)下表面，但保持试样(2)上表面干燥；

其中一个所述支板(9)上设有辅助电极孔和参比电极孔，所述辅助电极(14)穿过辅助电极孔，所述参比电极(15)穿过参比电极孔并置于试样(2)与辅助电极(14)之间，试样(2)、辅助电极(14)、参比电极(15)和充氢溶液(13)形成三电极体系，实现从试样下表面对试样进行渗氢。

2.根据权利要求1所述的一种应力与渗氢条件下金属表面电势原位测试装置，其特征在于：通过旋转螺母(4)带动螺杆(8)向试样加载应力，千分表(5)测量试样92表面中心区域所受到的应力。

3.根据权利要求1所述的一种应力与渗氢条件下金属表面电势原位测试装置，其特征在于：所述限位结构(21)为均匀固设在通孔(6)内壁上的若干限位滑轨，相应的，在螺杆(8)上开设有与限位滑轨配合的限位滑槽。

4.根据权利要求1所述的一种应力与渗氢条件下金属表面电势原位测试装置，其特征在于：两个动支点(10)接触试样(2)的中部，两个静支点(7)接触试样(2)的两端。

5.根据权利要求1所述的一种应力与渗氢条件下金属表面电势原位测试装置，其特征在于：所述试样(2)为平板类结构。

6.根据权利要求1所述的一种应力与渗氢条件下金属表面电势原位测试装置，其特征在于：所述基座(1)采用PEEK材质。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的一种应力与渗氢条件下金属表面电势原位测试装置的测试方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤S1、试样应力加载：

S11、计算达到实验要求静载荷所需的应变量；

S12、将加工好的试样(2)安装在动支点(10)和静支点(7)之间；

S12、通过旋转螺母(4)向试样(2)加载应力，并用千分表(5)测量试样(2)表面中心区域应变量，当千分表(5)读数达到所需试样应变量时，停止加载；

步骤S2、充氢试验准备：

S21.将步骤S1中的加载完成的应力加载机构平放在充氢槽(12)中，将参比电极(15)、辅助电极(14)和试样(2)与电化学工作站(11)相连接；

S22.向充氢槽(12)中滴加充氢溶液(13)，直至液面刚好没过试样(2)下表面；

步骤S3、试样充氢：

S31.设定充氢实验参数，利用电化学工作站(11)对试样(2)进行充氢；

S32.充氢过程结束后，断开参比电极(15)、辅助电极(14)和试样(2)与电化学工作站(11)的连接；

步骤S4、试样表面电势测试：

S41.将试样(2)与样品台(20)相连接，操作开尔文探针(17)接近试样(2)上表面，开尔文探针(17)接触试样(2)中部的待检测微区；

S42.利用KPFM测试系统(16)和开尔文探针(17)对待检测微区进行表面电势检测；

S43.完成表面电势测量后，移动开尔文探针(17)使其远离试样(2)表面；

步骤S5、重复步骤S3和步骤S4，对所选待检测微区进行表面电势原位测试，直至完成所设计的平行实验后结束本步骤。