一种氢脆敏感性测试装置及方法

本发明涉及金属力学性能检测试验设备及方法领域，具体涉及一种氢脆敏感性测试装置及方法。

背景技术：

1、氢非常容易渗入其他与其长期接触的原子、分子间隙中(主要指金属材料)，从而对材料的性能产生影响，主要表现为各种性能的衰退，产生不可逆的性能损伤，而这种对金属材料的重要力学性能(主要为韧性和断裂抗性)产生的负面影响被称作氢脆。为了探究氢脆的根本机制，在实验室环境下进行氢对材料力学性能影响规律、性能退化机制进行探究很有必要，其中对材料进行材料慢应变速率单轴加载拉伸试验获得材料氢脆敏感性是研究氢脆的主要评价手段。

2、在现有技术中，氢脆敏感性实验前或过程中对试样充氢处理，主要方法有：室温气相充氢、高温高压充氢、化学腐蚀充氢和电化学充氢。由于气态充氢存在一定危险性，电化学充氢装置简单、操作方便、安全稳定，大量国内大量研究采用电化学阴极预充氢法进行。

3、但预充氢结束到试样安装完毕，再到开始拉伸试验之间需要一定的时间，在此期间，通过预充氢进入金属试样内部的氢会不断逸出，且通常慢应变速率拉伸试验往往需要数十分钟，在拉应力作用下，金属试样内部的氢会更快逸出，特别是针对氢扩散速率相对较高的金属材料如低碳钢等，无法保证试样内部均一稳定的氢浓度，严重影响试验结果准确性和可靠性，因此考虑将试样在拉伸实验开始前或实验过程中全程保持于充氢环境电解液中，以此减少氢气逸散，但是在该条件下，试样在被拉伸的过程中，由于伸长率过高，会导致部分标距段露出水面，引起电流密度参数变化，导致实验结果的不准确与错误。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术中的问题，提供一种能够保持棒试样处于充氢环境电解液中，且克服该条件下随着试样拉伸会导致部分标距段露出水面问题的氢脆敏感性测试装置及方法。

2、一方面，本发明提供了一种氢脆敏感性测试装置，包括：

3、电解池，电解池上部开口，电解池包括底板与筒体，筒体设于底板上，底板的外径大于筒体外径，底板内部开设有连接通道，连接通道的一端在底板上表面具有第一开口，第一开口位于筒体的内部，连接通道的另一端在底板的上表面具有第二开口，第二开口位于筒体的外部，筒体的内部用于容纳电解液，底板能够连接一个棒试样的底部且棒试样位于筒体内部；

4、盖板，盖板位于筒体的上方，盖板上设有出气口，盖板能够连接棒试样的顶部；

5、内波纹管，内波纹管设于底板与盖板之间，筒体被套于内波纹管的内部；

6、外波纹管，外波纹管设于底板与盖板之间，内波纹管被套于外波纹管的内部，内波纹管、外波纹管之间具有夹层空间，第二开口位于内波纹管与外波纹管之间，连接通道与夹层空间相连通，出气口与夹层空间相连通。

7、进一步地，安装底座，安装底座上开设有凹槽，底板设于凹槽内，底板的中部开设有第一通孔，底板的中部设有安装槽，棒试样的底端设有下固定部，下固定部穿过第一通孔进入安装槽中，下固定可拆卸连接于安装槽中。

8、进一步地，安装底座的下端设有夹持端，夹持端用于让外界夹持设备所夹持。

9、进一步地，下固定部的外侧壁上设有第一外螺纹，安装槽的内侧壁上设有与第一外螺纹相匹配的第一内螺纹，下固定部通过螺纹连接的方式与安装槽可拆卸连接。

10、进一步地，还包括：环形密封塞，环形密封塞设于下固定部的外侧壁与第一通孔的内侧壁之间。

11、进一步地，环形密封塞固定套装于下固定部的外侧，环形密封塞的外侧壁上设有第二外螺纹，第一通孔的内侧壁上设有与第二外螺纹相匹配的第二内螺纹，环形密封塞通过螺纹连接的方式可拆卸连接于底板的第一通孔内。

12、进一步地，外波纹管与内波纹管的上端均通过卡扣连接的方式可拆卸连接于盖板的下表面。

13、进一步地，棒试样的上端连接有上固定部，上固定部可拆卸连接关系于盖板。

14、进一步地，盖板的中心部开设有第二通孔，上固定部穿过第二通孔，且上固定部的外侧壁上螺纹连接有紧固螺母，紧固螺母位于盖板的下方，紧固螺母用于实现上固定部与盖板之间的可拆卸连接关系。

15、另一方面，本发明还提供了一种氢脆敏感性测试方法，适用于上述任一项的一种氢脆敏感性测试装置，一种氢脆敏感性测试方法包括：

16、步骤1，将棒试样打磨抛光至1000目以上，并在棒试样上确认标距段以及与底板、盖板相连接的连接段，在除标距段和连接段外的部分进行预先镀镍或蜡封处理。

17、步骤2，将试样安装于盖板与底板之间，并接到外部直流电源正极，外部直流电源负极接到一外部的铂电极上，铂电极的下端也伸入电解池内部，

18、步骤3，将内波纹管与外波纹管安装于盖板与底板之间。

19、步骤4，电解池内注入电解液，使棒试样和铂电极置于电解池内，并使电解液没过棒试样的标距段，

20、步骤5，使用外部拉升装置与夹持系统来夹持固定棒试样，预备为棒试样施加竖直方向上的上下拉伸载荷，同时根据如下公式确定充氢电流i：

21、i＝π×d×l×a，

22、其中d为棒试样的直径、l为标距段长度、a为根据试验要求确定的充氢电流密度。

23、启动外部直流电源，开始进行电化学充氢操作。

24、步骤6，待2分钟后观察充氢操作是否稳定，稳定化，使用外部拉升装置与夹持系统来拉伸棒试样，开始进行氢脆敏感性测试。

25、与现有技术相比，本发明的有益效果是：在棒试样被拉伸产生轴向伸长时，由于盖板与棒试样的上端相连接，盖板也会随之上升，此时会带动外波纹管与内波纹管均匀拉长，外波纹管与内波纹管之间的夹层空间随之也会被拉伸变形，由于外波纹管与内波纹管的波纹褶皱处被拉伸变长，使得夹层空间的液面表面积缩小，液面表面积缩小会形成液面高度上升趋势，同时，由于棒试样被拉伸，导致标距段有伸出液面趋势，在与上述的液面高度上升趋势的共同作用下，得以保证棒试样标距段全程浸没在电解液中，减小了氢的溢出，同时还保证设定的电流密度参数保持稳定。

技术特征：

1.一种氢脆敏感性测试装置，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种氢脆敏感性测试装置，其特征在于，安装底座(7)，所述安装底座(7)上开设有凹槽，所述底板(6)设于所述凹槽内，所述底板(6)的中部开设有第一通孔，所述底板(6)的中部设有安装槽，所述棒试样(1)的底端设有下固定部，所述下固定部穿过所述第一通孔进入所述安装槽中，所述下固定可拆卸连接于所述安装槽中。

3.如权利要求2所述的一种氢脆敏感性测试装置，其特征在于，所述安装底座(7)的下端设有夹持端(8)，所述夹持端(8)用于让外界夹持设备所夹持。

4.如权利要求3所述的一种氢脆敏感性测试装置，其特征在于，所述下固定部的外侧壁上设有第一外螺纹，所述安装槽的内侧壁上设有与所述第一外螺纹相匹配的第一内螺纹，所述下固定部通过螺纹连接的方式与所述安装槽可拆卸连接。

5.如权利要求4所述的一种氢脆敏感性测试装置，其特征在于，还包括：环形密封塞(9)，所述环形密封塞(9)设于所述下固定部的外侧壁与所述第一通孔的内侧壁之间。

6.如权利要求5所述的一种氢脆敏感性测试装置，其特征在于，所述环形密封塞(9)固定套装于所述下固定部的外侧，所述环形密封塞(9)的外侧壁上设有第二外螺纹，所述第一通孔的内侧壁上设有与第二外螺纹相匹配的第二内螺纹，所述环形密封塞(9)通过螺纹连接的方式可拆卸连接于底板(6)的第一通孔内。

7.如权利要求6所述的一种氢脆敏感性测试装置，其特征在于，所述外波纹管(3)与所述内波纹管(4)的上端均通过卡扣连接的方式可拆卸连接于所述盖板(2)的下表面。

8.如权利要求7所述的一种氢脆敏感性测试装置，其特征在于，所述棒试样(1)的上端连接有上固定部，所述上固定部可拆卸连接关系于所述盖板(2)。

9.如权利要求8所述的一种氢脆敏感性测试装置，其特征在于，所述盖板(2)的中心部开设有第二通孔，所述上固定部穿过所述第二通孔，且所述上固定部的外侧壁上螺纹连接有紧固螺母(12)，所述紧固螺母(12)位于所述盖板(2)的下方，所述紧固螺母(12)用于实现上固定部与盖板(2)之间的可拆卸连接关系。

10.一种氢脆敏感性测试方法，适用于权利要求1-9中任一项所述的一种氢脆敏感性测试装置，其特征在于，包括：

技术总结
本发明公开了一种氢脆敏感性测试装置及方法，包括：底电解池、盖板、内波纹管、外波纹管、棒试样等，在棒试样被拉伸产生轴向伸长时，盖板会随之上升，此时会带动外波纹管与内波纹管均匀拉长，由于外波纹管与内波纹管的波纹褶皱处被拉伸变长，液面表面积缩小会形成液面高度上升趋势，同时，由于棒试样被拉伸，导致标距段有伸出液面趋势，在与上述的液面高度上升趋势的共同作用下，得以保证棒试样标距段全程浸没在电解液中，减小了氢的溢出，同时还保证设定的电流密度参数保持稳定。

技术研发人员：周志凌,胡砚强,赖富明,王超越
受保护的技术使用者：金华高等研究院（金华理工学院筹建工作领导小组办公室）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14