[发明专利]一种测试金属材料在液体高压下氢渗透性能的装置

说明书

技术领域

本发明涉及材料氢渗透测试技术领域，特别是指一种测试金属材料在液体高压下氢渗透性能的装置。

背景技术

随着海洋工程技术的发展，人们对海洋资源的勘探开发不断向更深海底前进。由于深海环境对材料的结构和功能可靠性要求远远高于陆地和浅海,任何可能的材料腐蚀破坏现象在深海环境中都可能导致严重的工程事故。因此研究深海环境对金属材料的耐腐蚀性能的影响受到愈来愈多的关注。

金属材料的氢脆或氢致应力腐蚀开裂性能是研究金属材料的耐腐蚀性能的一个重要方面，比如深海管线钢材料，在熔炼、酸洗、焊接等过程中都可能吸收氢，又由于深海低温低氧环境有利于阴极析氢反应发生，高压环境能促进氢向金属中的渗透扩散作用，很容易造成氢对管线钢材料的危害。此外，深海油气田由于生产条件限制，脱除H₂S、CO₂和水分困难，这加重了管道内部氢的去极化过程和向金属中扩散的问题。而深海压力巨大，氢不易在管壁外表面结合形成气体而溢出管壁，从而导致管壁内的氢聚集更加严重。高氢浓度不仅能直接引发氢脆、氢致开裂问题，而且对引发应力腐蚀有关键作用，严重影响材料的服役安全。因此，研究金属材料在液体高压下的氢渗透行为对其服役安全性至关重要。

目前，金属的氢渗透测试方法主要基于Devanathan-Stachurski双面电解池原理，采用电化学电解充氢的方法，且已有的双面电解池大多采用两边均为溶液的氢渗透装置，一般的，该装置包含两个盛装不同液体的电解槽，一个是充氢槽，一个是扩氢槽，由研究测试试样隔开,如中国专利(ZL200610046426.6)。此类装置是常压下直接定量研究金属材料电化学充氢过程中氢渗透行为的主要手段之一。但是在高压条件下，对双面电解池装置和参比电极的结构有很高的耐压要求，不容易实现电化学信号的输出和测量。这就阻碍了对深海等液体高压环境下材料腐蚀失效机理的深入认知和理论发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种液体高压下测试金属材料氢渗透性能的装置，解决以往不能在液体高压下对金属材料电化学充氢过程中氢渗透信号进行测量的问题。

该装置包括高压釜、电化学工作站一、电化学工作站二、热电偶温度计、集束导线、充氢装置底盖、O型密封圈一、波珠螺丝一、O型密封圈二、充氢室、参比电极一、辅助电极一、波珠螺丝二、待测试样、Pd-Ag镀层、O型密封垫片、充氢装置中段、充氢装置上盖、O型密封圈三、O型密封圈四、扩氢室、带孔旋塞、高弹性薄膜、参比电极二、辅助电极二和热电偶；

其中，高压釜上部伸出集束导线，位于高压釜外部的电化学工作站一、电化学工作站二和热电偶温度计的测试导线均通过集束导线接入高压釜中；充氢装置底盖、充氢装置中段和充氢装置上盖组成的内部空间为扩氢室；O型密封圈一位于充氢装置底盖与充氢装置中段之间，O型密封圈二位于充氢装置底盖和扩氢室之间，O型密封圈三位于充氢装置上盖和充氢装置中段之间，O型密封圈四位于充氢装置上盖和扩氢室之间，波珠螺丝一和波珠螺丝二抵在待测试样上，参比电极一、辅助电极一和参比电极二、辅助电极二分别位于待测试样的两侧，参比电极一、辅助电极一通过集束导线连接电化学工作站一，参比电极二、辅助电极二通过集束导线连接电化学工作站二；带孔旋塞旋入充氢装置上盖中，高弹性薄膜位于带孔旋塞前方，待测试样、Pd-Ag镀层和O型密封垫片贴合在一起，热电偶浸入充氢室液体中，并通过集束导线连接热电偶温度计。

充氢室为高压釜内除扩氢室以外的空间；O型密封圈一、O型密封圈二、O型密封垫片、O型密封圈三、O型密封圈四用于防止充氢室与扩氢室内不同液体的混合；波珠螺丝一、波珠螺丝二用于使待测试样与集束导线保持良好的电接触。

高压釜内液体加压达到测试所需压力可以采用充惰性气体加压或者高压液体泵加压方式，提供压强为0.1Mpa～80Mpa。

调节高压釜内液体温度可以实现在一定温度范围内测试的要求，控温方式可以采用将高压釜下部釜体置于恒温水槽中，温度调节范围为0℃～80℃。

波珠螺丝一、参比电极一、辅助电极一、波珠螺丝二位于充氢装置底盖一侧，带孔旋塞、参比电极二、辅助电极二位于充氢装置上盖一侧，充氢装置底盖、充氢装置中段、充氢装置上盖采用绝缘、耐高压的非金属材料制造。

高弹性薄膜通过带孔旋塞嵌入充氢装置上盖，利用其弹性来消除内外压差，使得测试时充氢室和扩氢室内的液体压强保持平衡，同时防止两种不同液体相互混合；高弹性薄膜的材质为橡胶、乳胶、聚氨酯、硅胶等。