[发明专利]一种模拟乏燃料后处理沸腾硝酸腐蚀磨损的实验装置

说明书

本发明涉及硝酸腐蚀磨损装置领域，具体是一种模拟乏燃料后处理沸腾硝酸腐蚀磨损的实验装置。该装置设有腐蚀磨损测试系统、支撑系统、传动系统、电化学测试系统、液面控制系统、冷凝及尾气处理系统以及电控系统。实验时，样品通过导线与外界的电化学工作站连接，向聚四氟乙烯釜体内注入硝酸，以传动系统的机械臂带动固定在聚四氟乙烯夹具上的玻璃压头在样品表面往复摩擦，实现腐蚀磨损模拟测试。本发明可模拟乏燃料后处理的真实工况条件，研究材料在后处理沸腾硝酸中的腐蚀磨损行为，可精确控制硝酸溶液温度、摩擦速度、摩擦行程等参数，实现不同腐蚀磨损形式的切换以及腐蚀磨损样品的在线电化学测试和失重测试。

技术领域

本发明涉及硝酸腐蚀磨损装置领域，具体地说是一种模拟乏燃料后处理沸腾硝酸腐蚀磨损的实验装置。

背景技术

乏燃料后处理过程中，部分后处理关键设备是在硝酸腐蚀和力学磨损的共同作用下运行，因此存在硝酸腐蚀磨损的情况。虽然，国内外学者对一些现役材料在沸腾或亚沸腾硝酸介质中的腐蚀行为开展了大量研究，但少有学者对材料的硝酸腐蚀磨损行为开展过相关研究。同时，目前文献报道的硝酸腐蚀研究往往借助传统的失重法和形貌观察法等非原位方法，这导致许多重要的过程转变信息缺失，因而无法深入理解材料的硝酸腐蚀机制，更难以明确该条件下材料的设计原则。而搭建一套腐蚀磨损评价装置，并借助电化学原位测试方法实时监测材料的腐蚀磨损行为变化，可更加方便地获取各种材料在硝酸中进行腐蚀磨损的力学作用分量、化学(腐蚀)作用分量以及力学与化学(腐蚀)耦合作用分量的基础数据。通过将电化学测试与失重、形貌和腐蚀产物膜成分结合可更加系统地揭示材料在硝酸介质中的腐蚀磨损行为，澄清材料的力学与化学(腐蚀)交互作用机制。

发明内容

本发明的目的是提供一种模拟乏燃料后处理沸腾硝酸腐蚀磨损的实验装置，解决当前无法模拟材料在后处理工况下的硝酸腐蚀磨损问题，同时解决传统硝酸腐蚀实验中无法进行原位电化学测试的问题，实现对相关材料硝酸腐蚀磨损性能的系统评价。

本发明的技术方案是：

一种模拟乏燃料后处理沸腾硝酸腐蚀磨损的实验装置，该装置具有腐蚀磨损测试系统、支撑系统、传动系统、电化学测试系统、液面控制系统、冷凝及尾气处理系统及电控系统，具体结构如下：

腐蚀磨损测试系统的釜体和传动系统由不锈钢材料制成的支撑系统支撑，支撑系统设有底部支架、釜体底部框架、底座，底部支架通过螺栓IV安装于底座上，釜体底部框架通过可调节高度活动螺栓安装于底部支架上，通过调节釜体底部框架的高度，使一端伸至釜体内的夹具杆与传动系统的摩擦承力机械臂保持在同一水平高度，传动系统的电机通过螺栓III安装于底部支架上，釜体置于釜体底部框架上，釜体的侧面下部通过连接件与釜体底部框架上的螺栓II固定连接；

釜体内的工作台上的样品作为工作电极与外部的电化学工作站相连接，电化学测试系统采用三电极体系进行电化学测量，釜体内的夹具杆与传动系统的摩擦承力机械臂通过螺栓I连接，摩擦承力机械臂运动时，固定在支撑部位上的感应计数器记录下运动次数并传递给电控系统，釜体内底部设置热电偶，温度传感器设置于釜体内的硝酸中，热电偶通过导线穿过釜体与电控系统相连，温度传感器通过导线穿过玻璃盖板与电控系统相连；冷凝及尾气处理系统中的冷凝管一端通过玻璃盖板伸入釜体，另一端连接尾气处理装置；液面控制系统通过软管穿过釜体的侧壁伸入到釜体内，并通过升降机构对釜体内的硝酸液面进行高度调节；传动系统通过电机带动样品上方的玻璃压头在样品表面摩擦，实现腐蚀磨损测试，电化学测试系统实现对硝酸腐蚀磨损测试电化学数据的测量，液面控制系统通过控制硝酸液面实现对不同干湿环境下的腐蚀磨损测试，冷凝及尾气处理系统实现对硝酸蒸汽的循环以及对废气的回收。

所述的模拟乏燃料后处理沸腾硝酸腐蚀磨损的实验装置，腐蚀磨损测试系统设有釜体、工作台、夹具杆、压头及配重部分、热电偶，工作台位于釜体内底部的中央，工作台上放置用于腐蚀磨损测试的样品，玻璃压头固定在压头及配重部分底部，压头及配重部分通过夹具杆固定在工作台上方，热电偶排布在釜体内底部。