[发明专利]一种动态测量金属材料氢陷阱参数的装置及方法

说明书

本发明涉及材料力学性能测试设备，旨在提供一种动态测量金属材料氢陷阱参数的装置及方法。包括机械应力加载装置、氢陷阱参数测试系统、控温系统和总控系统；其中，氢陷阱参数测试系统包括电化学工作站、恒电流仪、试验箱和中空棒状试样；中空棒状试样贯穿安装于试验箱中且两端伸出，两者之间的空腔构成外部电解槽，槽内设连接恒电流仪的铂片；中空棒状试样的内腔构成内部电解槽，槽内设置连接电化学工作站的参比电极和辅助电极。该装置总体结构较为简单，安装方便，成本较低；在拉伸中空棒状试样的同时，外部电解槽与内部电解槽同步工作，实现应力与氢耦合作用下氢陷阱参数的测量，可真实反应金属材料在服役过程中氢陷阱参数的变化。

技术领域

本发明属于材料力学性能测试设备，特别涉及一种动态测量金属材料氢陷阱参数的装置及方法。

背景技术

氢能是一种清洁、高效的二次能源，被认为是连接化石能源向可再生能源过渡的重要桥梁。大力发展氢能，是我国转变能源消费结构、保障能源安全、缓解雾霾、促进温室气体减排、使经济保持可持续发展的重要举措。但是，金属材料在某些环境(如高温高压氢气环境、含硫化氢的溶液或其他酸性水溶液)服役时氢会进入到材料内部。氢进入后会使材料的性能退化(如使磁性、电性和铁电性能降低)；产生各种不可逆氢损伤，如钢中白点、焊接冷裂纹、高温氢蚀、氢化物及氢致马氏体等氢损伤问题，严重影响材料在临氢环境中的使用性能。氢通常被氢陷阱捕获在材料内部，造成材料内氢浓度升高、性能损伤严重。因而控制氢陷阱的本质、数量和分布是提高材料抗氢损伤的重要途径之一。为研究氢损伤机理和防控措施、保障临氢设备的使用安全，亟需开展金属材料氢陷阱的相关研究。

要进行金属材料氢陷阱的的研究，应当在临氢环境下开展氢进入材料内部的行为测试。这就对相应的试验装备提出了较高的要求。目前可以进行氢进入材料内部行为研究的试验装置大多设备复杂，安装繁琐，氢陷阱参数的测量误差较大，且不能测试应力、温度与氢三者耦合作用下金属材料氢陷阱特性。因此，有必要设计可在应力和温度影响下进行材料氢陷阱参数测量的简易装置。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种动态测量金属材料氢陷阱参数的装置及方法。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种动态测量金属材料氢陷阱参数的装置，包括机械应力加载装置、氢陷阱参数测试系统、控温系统和总控系统；其中，

所述机械应力加载装置包括机架、夹具、载荷传感器和力控制器，用于对试样施加单向拉伸应力；所述夹具包括上夹具和下夹具，两者之间固定安装试样；

所述氢陷阱参数测试系统包括电化学工作站、恒电流仪、试验箱和中空棒状试样；试验箱的上下侧壁分别设置开孔，中空棒状试样贯穿两个开孔安装于试验箱中且其两端伸出，两者通过O型圈密封元件实现密封；试验箱与中空棒状试样之间的空腔构成外部电解槽，在该槽内设置铂片，并通过导线连接恒电流仪；中空棒状试样的两端与上下夹具之间通过密封垫片实现密封，并以封闭后形成的内腔构成内部电解槽，在该槽内设置参比电极和辅助电极，并分别通过导线连接电化学工作站；电化学工作站与恒电流仪之间通过一根连接中空棒状试样的导线实现信号连接；

所述控温系统包括充氢溶液储罐、循环泵和换热箱，充氢溶液储罐的底部接至循环泵的入口，循环泵出口接至换热箱，换热箱通过流入管路与试验箱连接，试验箱与充氢溶液储罐之间还设置回流管路；

所述总控系统包括用于上位控制的计算机，通过信号线分别连接充氢溶液储罐、循环泵、换热箱、电化学工作站、恒电流仪和机械应力加载装置。

本发明中，在控温系统的流入管路与回流管路上分别设置流量计。

本发明中，在上夹具和下夹具的表面设置带有内螺纹的沉孔；所述中空棒状试样的两端设有外螺纹，通过螺接方式固定安装在上下夹具的沉孔内。