一种用于液态金属动态核材料腐蚀实验的新型样品架的制作方法

本实用新型涉及新型核材料及材料加工成型装置的技术领域，特别涉及一种用于在动态环境下进行核材料抗液态金属腐蚀性能实验研究的新型样品架装置。

背景技术：

随着化石能源逐渐的枯竭，火力发电较低的效率以及其排放的二氧化碳产生的温室效应对环境的恶劣影响，寻求更加经济高效清洁的能源迫在眉睫。核能作为新能源，在使用过程清洁，没有二氧化碳，二氧化硫等污染气体等大量排放，而且其所使用的铀燃料，在地球上的储量十分丰富,核燃料能量密度比煤燃料高上几百万倍。所以核能具有很大的发展前景，技术已经逐渐成熟，安全可靠性得到了实践的认证，已成为国家能源电力战略的重要组成部分。

如今加快核能发展，发挥核能在电力供应中的更大作用，是我国电力发展的必然选择，是满足经济和社会发展的重要保障。然而在发展第四代先进核能系统的过程中，严苛的服役环境使目前在役的和材料不能直接应用，发展具有优异抗辐照、耐腐蚀性能核材料是目前面临的重要任务。

当前钠冷快堆，铅冷快堆和加速器驱动的次临界系统中均选用液态金属作为冷却剂。液态金属对反应堆系统的材料具有强烈的腐蚀作用。针对这类反应堆，开展抗腐蚀性材料的研究与筛选对该类先进核能系统发展具有很重要的推动作用，而针对反应堆候选材料开展预腐蚀实验，是对材料抗腐蚀性能评价的重要环节。

实际环境下，材料往往处于动态的液态金属流场环境下，在研究材料抗液态金属腐蚀性能过程中，还需要针对不同的腐蚀参数(如温度，腐蚀时间，氧浓度及液态金属流速等)开展实验。因此，需要使用一种结构稳定，耐高温，耐冲刷，方便拆卸的材料样品承载装置(样品架)以确保动态环境下腐蚀实验的顺利开展。

目前，该类腐蚀实验中采用的大多数动态样品架结构是把实验样品试片固定在专门的支架上在腐蚀液态介质中旋转，营造液态介质对样品试片产生冲刷环境，以此达到材料在动态场下的腐蚀目的。实验中用材料所处位置的相对线速度来等效实际环境下回路管道管壁的切向速度。但是，由于离心力的作用，在旋转运动的样品试片上还存在一定的法向速度，致使样品试片会发生不规则转动，一方面容易导致样品试片表面腐蚀不充分或者不均匀冲刷，另一方面还可能造成样品试片被甩出，及样品试片的松动和脱落等，从而导致样品试片丢失，造成实验的失败。此外，该类动态样品架通常使用一次后即废弃，可重复利用率低，且无法满足多参数的腐蚀实验需求，在实验过程中也无法实现快速安装与拆卸。

为了解决上述问题，在现有的动态样品架装置的设计基础上，本实用新型设计了一种结构稳定，便于拆装，高度可调，样品紧固性好，可重复使用的新型动态液态金属腐蚀样品架。

技术实现要素：

为了克服上述问题，本实用新型人进行了锐意研究，设计出设计一种用于液态金属动态核材料腐蚀实验的新型样品架，所述样品架包括样品架主体，样品单元和旋转部件，所述样品单元套装在样品架主体的下部，用来安放实验样品试片，所述旋转部件安装在样品架主体的内部，通过旋转部件带动液态金属流动营造液态金属对实验样品试片的冲刷环境，该样品架具有结构简单稳固、高度可调、样品紧固性好、可重复使用，方便拆取的优点，从而完成了本实用新型。

具体来说，本实用新型的目的在于提供一种用于液态金属动态核材料腐蚀实验的新型样品架，所述样品架包括样品架主体，样品单元和旋转部件，所述样品单元套装在样品架主体的下部，用来安放实验样品试片，所述旋转部件安装在样品架主体的内部，通过旋转部件带动液态金属流动进行液态金属对实验样品试片的冲刷。

所述旋转部件包括转轴5和扇片6，所述扇片6设置有多组，扇片6设置在转轴5的一端，沿转轴5的周向分布；所述转轴5的另一端连接有电机7。

其中，所述样品架主体包括样品架顶盖1和支撑连杆2，支撑连杆2设置在架顶盖1的下表面；

所述样品架顶盖1上开设有转轴孔11，旋转部件穿过转轴孔11安装在样品架主体的内部。

其中，所述支撑连杆2包括上支撑连杆21和下支撑连杆22，样品单元套装在下支撑连杆22上，下支撑连杆22上设置有螺纹段221，螺纹段221上设置有螺母222，上支撑连杆21和螺母222用来限定样品单元在下支撑连杆22的位置，起到固定样品单元的作用。

其中，所述样品单元包括上样品托盘3和下样品托盘4，所述上样品托盘3和下样品托盘4为圆环形结构，上样品托盘3上开设有上样品槽口31，所述下样品托盘4上对称开设有下样品槽口41，实验样品试片安放在上样品槽口31和下样品槽口41中，上样品托盘3和下样品托盘4通过实验样品试片卡合连接。

其中，所述上样品托盘3上开设有支撑柱槽口32，下样品托盘4上对称设置有支撑柱42；

所述支撑柱槽口32的直径与支撑柱42直径的比值为1-1.2：1。

其中，所述上样品托盘3上开设有上连接孔33，所述下样品托盘4上对称开设有下连接孔43，上连接孔33和下连接孔43组成样品单元的连接孔，样品单元通过连接孔，套装在支撑连杆2上。

其中，所述转轴5穿过样品架顶盖1上的转轴孔11，电机7设置在样品架顶盖1的上表面。

每组扇片包括多个小扇片62，所述小扇片62呈片状，所述小扇片62沿转轴5轴向的长度大于等于样品单元的高度。

其中，所述样品架还包括减速器8，减速器设置在电机7内。

本实用新型所具有的有益效果包括：

1)本实用新型动态样品架整体选用316l不锈钢制作，可结合不同的液态金属清洗方法，确保各类液态金属实验后样品架的重复使用；

2)本实用新型结构简单稳固，高度可调，通过螺母和上支撑连杆双重固定的方法，可确保样品在实验周期的持续腐蚀，且不会发生样品丢失或剧烈震荡等现象，增加了实验的效率和准确率；

3)本实用新型中设置了多个隔离支撑套环，且高度可调，方便拆取和安装，可以同时进行多组实验单元的腐蚀实验，实验过程中，可在不同时间节点时快速取下该时间参数的腐蚀样品，且保证动态样品架结构的稳定性，而对其他样品单元不造成影响，具有更强的时间参数适用性；

4)本实用新型动态样品架具有多尺寸适配性，实际应用中，可结合不同的液态金属腐蚀装置对样品架各部件的尺寸设计进行调整，可满足不同尺寸装置接口、实验样品，时间节点数等的腐蚀实验需求；

5)本实用新型的样品放置单元具有多个槽口和多组隔离支撑套环，可同时满足多个、多种样品的同时实验，从而提高候选材料不同参数下的抗腐蚀性能评价效率；

6)本实用新型动态样品架上设有标记豁口，便于在进行不同种类样品腐蚀实验时对样品放置模式进行标记，并确保在实验结束后对不同种样品进行区分；

7)本实用新型动态样品架上端安装有电机及减速器，可根据不同实验速度需求对其电机功率及转速适当改变，从而对连动的旋转动态样品架的转速进行调节。

附图说明

图1示出根据本实用新型一种优选实施方式的样品架主体的结构图；

图2示出根据本实用新型一种优选实施方式的样品架主体的俯视图；

图3示出根据本实用新型一种优选实施方式的下样品托盘的结构图；

图4示出根据本实用新型一种优选实施方式的上样品托盘的结构图；

图5示出根据本实用新型一种优选实施方式的旋转部件的结构图；

图6示出根据本实用新型一种优选实施方式的旋转部件的结构图；

图7示出根据本实用新型一种优选实施方式的隔离支撑套环的结构图；

图8示出根据本实用新型一种优选实施方式的电机和减速器的结构图；

图9示出根据本实用新型一种优选实施方式的样品架的结构图。

附图标号说明：

1-样品架顶盖；

11-转轴孔；

2-支撑连杆；

21-上支撑连杆；

22-下支撑连杆；

221-螺纹段；

222-螺母；

3-上样品托盘；

4-下样品托盘；

31-上样品槽口；

41-下样品槽口；

32-支撑柱槽口；

42-支撑柱；

33-上连接孔；

43-下连接孔；

5-转轴；

6-扇片；

61-长方形片状扇片；

62-小扇片；

7-电机；

8-减速器；

9-隔离支撑套环。

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本实用新型进一步详细说明。通过这些说明，本实用新型的特点和优点将变得更为清楚明确。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

本实用新型提供了一种用于液态金属动态核材料腐蚀实验的新型样品架，如图9所示，所述样品架包括样品架主体，样品单元和旋转部件。

本实用新型中的样品架选用316l不锈钢制作，可结合不同的液态金属清洗方法，能够确保各类液态金属实验后样品架的重复使用。

根据本实用新型一种优选的实施方式，所述样品单元套装在样品架主体的下部，用来安放实验样品试片，所述旋转部件安装在样品架主体的内部，通过旋转部件带动液态金属流动进行液态金属对实验样品试片的冲刷。

根据本实用新型一种优选的实施方式，所述样品单元设置为多个，根据实际实验需求可以任意调整样品单元的数量。

根据本实用新型一种优选的实施方式，所述样品架主体包括样品架顶盖1和支撑连杆2，支撑连杆2设置在架顶盖1的下表面，如图1所示。

将样品架放入腐蚀实验装置中后，样品架顶盖1与盛放液态金属容器的容器口相接触，将样品架悬挂在容器上，起到固定样品架的作用。支撑连杆2组成样品单元的安放架，样品单元2上设置有与支撑连杆2相匹配的连接孔，支撑连杆2穿过样品单元上的连接孔，将样品单元套装在样品架主体的下部。

根据本实用新型一种优选的实施方式，所述支撑连杆设置多个，优选为2-6个，更优选为3个。

根据本实用新型一种优选的实施方式，所述样品架顶盖1上开设有转轴孔11，旋转部件穿过转轴孔11安装在样品架主体的内部，如图2所示。

其中，样品架主体的内部指的是支撑连杆2所围成区域的内部。

根据本实用新型一种优选的实施方式，所述支撑连杆2包括上支撑连杆21和下支撑连杆22，样品单元套装在下支撑连杆22上，下支撑连杆22上设置有螺纹段221，螺纹段221上设置有螺母222，上支撑连杆21和螺母222用来限定样品单元在下支撑连杆22的位置，起到固定样品单元的作用。

液态金属在旋转流动时会产生向上的浮力，为了避免样品单元在此力的作用下沿支撑连杆2上下移动，本实用新型设置有支撑连杆21，支撑连杆21与螺母222一起作用，将样品单元紧紧固定在支撑连杆2上。

本实用新型对上支撑连杆2的形状不做特殊限定，凡是能够起到限位固定作用的结构均可应用到本实用新型中。例如，上支撑连杆21的直径可以比下支撑连杆22的直径大，或者可以在上支撑杆21与下支撑连杆22连接处设置挡块。

根据本实用新型一种优选的实施方式，所述支撑连杆2呈细长状，优选为细长圆柱形，所述支撑连杆2的直径和长度根据实验需求设定。

根据本实用新型一种优选的实施方式，所述样品单元之间设置有隔离支撑套环9，隔离支撑套环9的直径大于下支撑连杆22的直径，如图7所示。

将样品单元套装在样品架主体上后，在样品单元之间设置隔离支撑套环9，使得液态金属不仅可以从样品单元上相邻的实验样品试片中间流出，还可以从隔离支撑套环间流出，能够增大样品架主体内部液态金属的流出出路，使得液态金属流体旋转更流畅。

根据本使用新型一种优选的实施方式，所述隔离支撑套环9的高度与样品单元的外高度相同。

其中，样品单元的外高度指的是上样品托盘3的上表面到下样品托盘4的下表面之间的垂直距离。本实用新型的样品架上能够套装多个样品单元，可以同时进行多组实验，在实验过程中，可以在不同的时间节点快速取下该时间参数的腐蚀样品。在将其中一些样品单元取下后，可以安装相同数量的隔离支撑套环9，用于填充空隙，避免剩下的样品单元在样品架上的高度发生变化，既可以确保实验样品试片所在处的冲刷环境不会发生变化，不会对剩下的样品单元造成影响，又能够保持动态样品架结构的稳定性。

根据本实用新型一种优选的实施方式，所述样品单元包括上样品托盘3和下样品托盘4，所述上样品托盘3和下样品托盘4为圆环形结构，上样品托盘3上开设有上样品槽口31，所述下样品托盘4上对称开设有下样品槽口41，实验样品试片安放在上样品槽口31和下样品槽口41中，上样品托盘3和下样品托盘4通过实验样品试片卡合连接，如图3-4所示。

在流动的液态金属中对实验样品试片进行抗腐蚀性能测试时，需要将实验样品试片固定在流动的流体中，接受流体的冲刷。上样品托盘3和下样品托盘4以卡合的方式固定实验样品试片，能够对实验样品试片产生束缚力，避免实验样品试片在流体冲刷的作用下被冲刷掉。而且，卡合方式连接便于实验样品试片的放入和取出，操作起来更加方便。

其中，上样品槽口31和下样品槽口41的结构相同，其尺寸比实验样品试片的尺寸略大，一方面能够保证可以实验样品试片放入其中，另一方面也有利于降低实验样品试片放入和取出的操作难度。

根据本实用新型一种优选的实施方式，所述上样品槽口31和下样品槽口41设置有多个，可以均匀设置，也可以不均匀设置，根据实际实验需求可以任意调整上样品槽口31和下样品槽口41的数目和排列均匀度。

上样品槽口31和下样品槽口41设置有多个，其中，一个上样品槽口31和与其对应设置的下样品槽口41组成槽口，在样品单元上可以设置多个形状或尺寸相同的槽口，也可以设置多个形状或尺寸不同的槽口，这样使得样品架可以同时容纳多组样品，满足多种实验需求，还可在不同时间节点时快速取下该时间参数的腐蚀样品，而对其他样品不造成影响，具有更强的时间参数适用性。

根据本实用新型一种优选的实施方式，在下样品槽口41处设置有标记豁口，便于在进行不同种类样品腐蚀实验时对实验样品试片进行标记，并确保在实验结束后对不同种实验样品试片进行区分。

据本实用新型一种优选的实施方式，所述上样品托盘3上开设有支撑柱槽口32，下样品托盘4上对称设置有支撑柱42。

为了方便实验样品试片的放入和取出，上样品槽口31和下样品槽口41的尺寸比实验样品试片的尺寸略大，上样品托盘3和下样品托盘4单独依靠实验样品试片进行卡合连接，连接的并不牢固，为了增强上样品托盘3和下样品托盘4之间连接的牢固性本实用新型在样品单元中设置了支撑柱结构。

根据本实用新型一种优选的实施方式，所述支撑柱槽口32的直径与支撑柱42直径的比值为1-1.2：1，优选为1.1：1。

其中，支撑柱槽口32的直径与支撑柱222直径的比值越小，上样品托盘3和下样品托盘4之间的卡合连接越牢固，但是，如果二者之间的比值太小的话，会增加样品单元的组装难度。将支撑柱槽口32的直径与支撑柱42直径的比值控制在1-1.2：1之间时，卡合效果最好。

根据本实用新型一种优选的实施方式，所述支撑柱槽口32和支撑柱42设置有多个，可以均匀设置，也可以不均匀设置，根据实际实验需求可以任意调整撑柱槽口32和支撑柱42的数目和排列均匀度。

为了避免样品单元在从样品架上拆取下来的过程中下样品托盘4脱落，本实用新型中，还可以在上样品托盘3和下样品托盘4卡合连接的基础上，增加螺栓连接，或者采用不锈钢绑丝对上样品托盘3和下样品托盘4进行二次固定。

根据本实用新型一种优选的实施方式，所述上样品托盘3上开设有上连接孔33，所述下样品托盘4上对称开设有下连接孔43，上连接孔33和下连接孔43组成样品单元的连接孔，样品单元通过连接孔，套装在支撑连杆2上。

根据本实用新型一种优选的实施方式，所述旋转部件包括转轴5和扇片6，扇片6设置在转轴5的一端，转轴5的另一端连接有电机7。

其中，电机7带动旋转部件转动，从而带动液态金属运动，能够进行液态金属对实验样品试片的冲刷，达到在动态场下测试实验样品试片腐蚀性能的目的。

根据本实用新型一种优选的实施方式，所述转轴5穿过样品架顶盖1上的转轴孔11，电机7设置在样品架顶盖1的上表面。

由于旋转部件在转动的过程中会产生振动，为了使得电机7在样品架顶盖1上安装的更加稳定，可以在样品架顶盖1上开设有多个固定孔，采用绑带或绑丝对电机进行固定。

根据本实用新型一种优选的实施方式，所述扇片6设置有多组，优选为2-6组，更优选为4组,所述扇片6沿转轴5的周向分布，优选为沿转轴5的周向均匀分布。

根据本实用新型一种优选的实施方式，每组扇片包括一片长方形片状扇片61，如图5所示。

长方形片状扇片61可以通过卡合方式连接在转轴5上，也可以与转轴5一体成型，其中，与卡合连接方式相比，一体成型更加稳定，不会存在长方形片状扇片61脱落的危险。

根据本实用新型一种优选的实施方式，每组扇片包括多个小扇片62，所述小扇片62呈片状，如图6所示。

与一片长方形片状扇片61相比，采用每组扇片采用多个小扇片62能够减少扇片的受力面积，减少阻力，对电机的损耗少，使得液态金属的旋转流动更流畅。其中，小扇片62可以为长方形，正方形，可以是平面结构，也可以是螺旋面型结构。

根据本实用新型一种优选的实施方式，所述小扇片62沿转轴5轴向的长度大于等于样品单元的高度。

其中，样品单元的高度指的是上样品托盘3的下表面到下样品托盘4上表面之间的垂直距离。如果小扇片62沿转轴5轴向的长度小于样品单元的高度，那么旋转液态金属流体对样品单元上的实验样品试片的冲刷就不均匀，容易导致实验失败。

根据本实用新型一种优选的实施方式，每组扇片中，所述小扇片62的设置数量与样片单元的安装数量一致。

小扇片62可以通过卡合方式连接在转轴5上，也可以与转轴5一体成型。本实用新型中的样品架上安装的样品单元的数量依据具体实验需求而确定，一个样品单元至少对应一组小扇片62。与一体成型方式相比，卡合连接方式更灵活，便于调节小扇片62的安装数量。

根据本实用新型一种优选的实施方式，所述样品架还包括减速器8，减速器设置在电机7内，如图8所示。

通过减速器8可以更加精确的控制液态金属的流速，能够进行不同流速的冲刷，可以满足不同实验样品试片的腐蚀试验需求。

本实用新型中所述用于液态金属动态核材料腐蚀实验的新型样品架在使用时，按照如下步骤进行：

(1)安装样品：在下样品托盘4的标记豁口处做好标记，按照托盘上的标记，以一定顺序将实验样品试片放入下样品槽口41中，之后将上样品托盘3上的上样品槽口31和支撑柱槽口32分别与实验样品试片和支撑柱42对齐，将上样品托盘3和下样品托盘4卡合在一起，之后采用螺栓对样品单元进行固定。

(2)安装样品单元和隔离支撑套环9：如图9，将组装好的样品单元由支撑连杆2底部套装到样品架上，之后套入一个隔离支撑套环9，然后在套装下一个样品单元。按照这种方式循环，直到样片单元安装完毕，然后采用螺母222对样品单元进行固定，使得最上边的样品单元紧紧顶在上支撑连杆21上，最下边的样品单元紧紧压在螺母222上，防止样品单元及实验样品试片的脱位和松动。

(3)连接实验装置：安装好样品单元和隔离支撑套环9后，将旋转部件，电机7和减速器9组装连接好，通过样品架顶盖1上的固定孔将电动机7和减速器8牢牢固定在样品架顶盖1上，确保样品架整体的稳定性。

(4)开始实验：连接完成后，将样品架放入腐蚀实验装置中，通过调整前期的尺寸设计，确保样品单元完全进入液态金属中且电机7和减速器8正常转动并带动旋转扇片的旋转，以保证液态金属流体对样品试片的正常冲刷腐蚀。

补充：需要指出的是，根据不同尺寸的实验装置，通过实验前期对该样品架各部分设计如样品架槽口形状、大小和数量，样品单元高度，隔离支撑套环形状、大小和数量，样品架支撑连杆直径、长度，连杆之间距离和数量，电机和减速器及其功率转速参数及安装顶盖直径等的尺寸进行调节，旋转扇片的形状长度等可满足不同实验装置的腐蚀实验需求。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做处若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于本实用新型工作状态下的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以上结合了优选的实施方式对本实用新型进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本实用新型进行多种替换和改进，这些均落入本实用新型的保护范围内。