CN108732084B - 一种腐蚀疲劳性能测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种腐蚀疲劳测试装置，包括加热炉、上施力台和下测试台，还包括上端开口的测试盒、与测试盒上端开口扣接的密封盖及电化学工作站，下测试台穿过加热炉底部并延伸至其内腔，测试盒安装在下测试台的顶部并位于加热炉的内腔，上施力台同穿于加热炉顶部和密封盖并延伸至测试盒内腔，测试盒内设有可拆卸的用于测量试件电化学性能的电极组，电极组通过导线与电化学工作站连接。本装置可避免夹具中的溶液溢出，并提供恒温密封的腐蚀疲劳环境，能实现力学性能与电化学参数的同步测量，也能进行高温熔盐环境下的腐蚀疲劳测试。

Description

一种腐蚀疲劳性能测试装置

技术领域

本发明涉及材料测试领域，尤其涉及一种腐蚀液体存在下能同时进行腐蚀环境下的力学疲劳和电化学性能测试的腐蚀疲劳性能测试装置。

背景技术

目前，公认的腐蚀疲劳测试装置由疲劳机和腐蚀盒组成。将样品固定在疲劳机上，然后将腐蚀盒加装在样品上，在腐蚀盒中通入腐蚀液后进行疲劳测试。由于密封圈耐腐蚀性不强，被腐蚀后密封性能又得不到保障，遇上腐蚀性较强的溶液后溶液容易从密封口流出，导致疲劳机发生腐蚀。而且，现有的腐蚀疲劳性能测试装置结构复杂，安装不方便。此外，目前的腐蚀疲劳测试装置只能单纯得到力学性能参数，并不能通过电化学手段对整个样品疲劳过程实时监测，导致对实验结果的分析手段有限，容易造成误判。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、安装使用方便、密封性好、能实现多用途的腐蚀疲劳性能测试装置，该装置不仅能提供密封的环境进行常规的中低温腐蚀溶液下的电化学-力学同步测试，而且能进行高温熔盐状态下的腐蚀疲劳测试。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种腐蚀疲劳性能测试装置，包括恒温加热炉、上施力台和下测试台，还包括上端开口的测试盒、与测试盒上端开口扣接的密封盖及电化学工作站，所述下测试台穿过所述恒温加热炉底部并延伸至其内腔，所述测试盒安装在所述下测试台的顶部并位于所述恒温加热炉的内腔，所述上施力台同穿于所述恒温加热炉顶部和密封盖并延伸至所述测试盒内腔，所述测试盒内设有可拆卸的用于测量试件电化学性能的电极组，所述电极组通过导线与所述电化学工作站连接。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述电极组包括铂电极、参比电极、石墨棒和石墨片，所述测试盒的内底面设有石墨槽，石墨片可拆卸地设于所述石墨槽内，所述铂电极、参比电极和石墨棒可拆卸地固定于所述测试盒的内壁上，所述石墨棒与所述石墨片连接，所述铂电极、参比电极和石墨棒均通过导线与电化学工作站相连。

所述恒温加热炉包括一对相互铰接并能沿水平方向开合的半炉体，一对所述半炉体之间形成用于避让所述上施力台的上夹孔和用于避让所述下测试台的下夹孔。

所述密封盖包括一对相互铰接并能沿水平方向开合的半盖体，一对所述半盖体之间形成用于避让所述上施力台的夹持孔、进气阀和出气阀。

所述密封盖包括一对相互铰接并能沿水平方向开合的半盖体，一对所述半盖体上设有三个电极插孔，一对所述半盖体之间形成用于避让所述上施力台的夹持孔、进气阀和出气阀。

所述下测试台包括传感器，所述传感器设于所述下测试台内部。

所述恒温加热炉为温控加热炉。

所述下测试台顶端为螺纹结构，且所述测试盒外底面上设有与所述下测试台顶端螺纹结构螺纹配合的螺纹槽，或所述下测试台顶端与所述夹具腔体外底面固定连接。

所述测试盒的材料为陶瓷。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的腐蚀疲劳性能测试装置结构简单，采用密封的测试盒能有效避免腐蚀液的外溢，所需腐蚀液较少，而且由于加热炉、测试盒、上施力台、下测试台及电极等部件的特殊结构和/或特殊的连接关系，使得整个装置可拆卸，方便安装和使用，能够实现多种测试用途，既能进行中低温腐蚀溶液环境下的电化学-力学测试，也能进行高温熔盐环境下的腐蚀疲劳测试。

2、本发明的三电极可拆卸，三电极便于更换，增加了仪器的使用寿命;而且由于直接内嵌或通过其他可拆卸的方式固定在测试盒内壁，简化了实验装置，可根据测试环境需要来选择样品疲劳性能测试类型。

3、本发明的加热炉由可开合的两半炉体组成，通过两个半炉体形成进气孔、出气孔、上夹孔和下夹孔，结构简单，而且方便其它各部件的拆卸、连接和安装。

4、本发明的加热炉采用温控加热炉，可以准确调节加热炉温度来设定实验温度，加热炉自带保温棉，能有效减少热量的散失。

5、本发明通过采用扣式密封盖来实现夹具盒上部开口的密封，打开和密封方便;将扣式密封盖设置成可开合的两半盖体结构，各部件可拆卸，而且使得气阀、上夹具和各电极的安装使用和密封方便省时。

附图说明

图1是本发明腐蚀疲劳性能测试装置的主视示意图。

图2是本发明装置测试盒的主视示意图。

图3是本发明装置装有可拆卸电极组的测试盒的俯视示意图。

图4是本发明装置拆除可拆卸电极组的测试盒的俯视示意图。

图5是本发明装置用于熔盐环境下的扣式密封盖的俯视示意图。

图6是本发明装置用于溶液环境下的扣式密封盖的俯视示意图。

图中各标号表示：

1、恒温加热炉；11、半炉体；111、上夹孔；112、下夹孔；113、导线孔；2、上施力台；3、下测试台；31、载荷传感器；4、测试盒；41、石墨槽；42、螺纹槽；43、铂片插槽；44、参比电极插槽；45、石墨棒插槽；5、扣式密封盖；511、夹持孔；512、进气阀；513、出气阀；514、辅助电极插口；515、参比电极插口；516、工作电极插口；6、电化学工作站；61、辅助电极接口；62、参比电极接口；63、工作电极接口；7、试件；81、铂片；82、参比电极；83、石墨棒；84、石墨片；9、导线；10、疲劳实验机。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1-6所示，本实施例公开了一种本发明的腐蚀疲劳性能测试装置，包括恒温加热炉1、上施力台2、下测试台3、上端开口的测试盒4、与测试盒4上端开口扣接的扣式密封盖5和电化学工作站6，所述测试盒4内可放实验腐蚀溶液，所述下测试台3穿过所述恒温加热炉1底部并延伸至其内腔，所述测试盒4安装在所述下测试台3的顶部并位于所述恒温加热炉1的内腔，所述上施力台2同穿于所述恒温加热炉1顶部和扣式密封盖5并延伸至所述测试盒4内腔，所述测试盒4内设有可拆卸的用于测量试件7电化学性能的电极组，所述电极组通过导线9与所述电化学工作站6连接，所述下测试台3能接收到所述上施力台2施加的压力信号。该结构中，测试盒4用于放置试件7和腐蚀液，上施力台2用于向试件7施加外加载荷，通过腐蚀液的腐蚀作用联合上部的外加载荷来测试疲劳性能，下测试台3用于感应接收上施力台2施加于试件7的外加载荷，并能根据反馈调节外加载荷的大小，还能起到固定测试盒4的作用，通过将测试盒4安装在加热炉内可实现室温以上温度下的疲劳腐蚀性能测试。在测试时先把其他部件安装好，通过采用上端开口的测试盒4和与测试盒4上端开口扣接的扣式密封盖5形成一个密封的腐蚀腔体，让腐蚀液没过试件7，可以有效避免腐蚀液的外溢。此外，通过设置可拆卸的电极组，在测试高温疲劳性能时，将电极组拆除即可，在测试低温疲劳性能时，将电极组装入测试盒内即可，操作简单，且由于电极组可拆卸，便于电极的更换，能增加仪器的使用寿命。

本实施例中，优选地，测试盒4为圆筒型结构，所述测试盒4的材料优选陶瓷或其他耐高温耐腐蚀的材料。使用陶瓷或其他耐高温耐腐蚀的材料作为测试盒4的材料，耐腐蚀，能够消除装置的腐蚀带来的密封性问题。

本实施例中，优选地，所述电极组包括铂片81、参比电极82、石墨棒83和石墨片84，所述测试盒4的内底面设有石墨槽41，石墨片84可拆卸地嵌入所述石墨槽41内，所述测试盒4的内壁上可拆卸地设有铂片81、参比电极82和石墨棒83，所述石墨棒83与所述石墨片84连接，铂片81、参比电极82和石墨棒83均与导线9相连，各导线9均穿过恒温加热炉1上的导线孔113与电化学工作站6相连。石墨片84和石墨棒83一起构成石墨连接器件，两者可成套装卸，具体地，石墨棒83与石墨片84通过石墨连接部件连接，石墨棒83、石墨片84和石墨连接部件一体成型，可整体嵌入测试盒4的凹槽中，其中石墨棒83嵌入测试盒4的内壁，石墨片84嵌入测试盒4内底面的石墨槽41，石墨连接部件嵌入测试盒4的内底面和侧面或嵌入测试盒4的内底面，如图3-4所示。该结构中，在测试时，试件7置于石墨片84的上方且覆盖石墨片84，石墨片84正对试件7的中央部位，优选试件7的直径与石墨片84的直径相同，试件7通过与石墨片84接触后连接石墨棒83，用导线9将石墨棒83通过导线孔113连接到电化学工作站6，可实现对置于石墨片84上方的试件7的电化学性能测试。

所述的铂片81连接到电化学工作站6的辅助电极接口61，参比电极82连接到参比电极接口62，试件7通过与石墨连接器件接触后连接到工作电极接口63。

本实施例中，所述恒温加热炉1为温控电加热炉，可以准确调节电加热炉温度来设定实验温度，恒温加热炉1自带保温棉，能有效减少热量的散失。

具体地，电极的设置方式可以是所述测试盒4的内壁上设有三个电极槽，三个电极槽分别是铂片插槽43、参比电极插槽44和石墨棒插槽45，铂片81、参比电极82和石墨棒83可拆卸地嵌在测试盒4内壁的三个电极槽上，并引出至测试盒4外；也可以是所述测试盒4内壁上设有三个悬挂结构，铂片81、参比电极82和石墨棒83可拆卸地悬挂在测试盒4内壁的三个悬挂结构上，并引出至测试盒4外；或者可以采用其他的方式将铂片81、参比电极82和石墨棒83可拆卸地设于所述测试盒4的内壁。

此外，三个电极也可以通过扣式密封盖5来实现可拆卸固定，具体可通过卡设或其他方式实现。

本实施例中，所述恒温加热炉1包括一对沿水平方向可开合的半炉体11，所述恒温加热炉1的顶部设有进气孔、出气孔和上夹孔111，所述恒温加热炉1的底部设有下夹孔112，一对所述半炉体11之间形成所述上夹孔111和下夹孔112，当将两个半炉体11合上时，能够实现恒温加热炉1的密封，具有良好的保温效果。该结构中，加热炉由可开合的两半炉体11组成，通过两个半炉体11形成进气孔、出气孔、上夹孔111和下夹孔112，结构简单，而且方便其它各部件的拆卸、连接和安装。

本实施例中，所述扣式密封盖5有两种结构，一种是扣式密封盖5上设有通往炉外的进气阀512、出气阀513，避让所述上施力台2的夹持孔511，这种结构的扣式密封盖5用于高温测试，如图5所示；另一种扣式密封盖5上设有通往炉外的进气阀512、出气阀513，能容纳所述上施力台2穿过的夹持孔511和三个容纳电极穿过的电极插孔，三个电极插孔分别为辅助电极插口514、参比电极插口515和工作电极插口516，这种扣式密封盖5用于非高温测试，如图6所示。该结构中，所述进气阀512和出气阀513用于通入氩气等惰性气体排尽实验环境中的残余空气，并且在腐蚀产生气体时能及时将气体排出。通过将测试的三电极穿过扣式密封盖5上的三个电极插孔***测试内进行测试，其中三个电极插孔的半径刚好能容纳三个电极的***，夹持孔511刚好能容纳上施力台2的穿过，这样能够保证扣式密封盖5良好的密封性能。

优选地，所述扣式密封盖5包括一对相互铰接并能沿水平方向开合的半盖体，且一对所述半盖体之间形成所述进气阀512、出气阀513和夹持孔511；或所述扣式密封盖5 包括一对相互铰接的可开合的半盖体，且一对所述半盖体之间形成所述进气阀512、出气阀513和夹持孔511和两个电极插孔(可以是铂片81和参比电极82)。该结构中，通过将扣式密封盖5设置成可开合的两半盖体结构，各部件可拆卸，而且使得气阀、上施力台2和各电极的安装使用和密封方便省时。

本实施例中，所述下测试台3包括载荷传感器31，且所述载荷传感器31设于所述下测试台3内，具体地，疲劳实验机10通过上施力台2将力加载到试件7上，下测试台3中的载荷传感器31感受到加载的力并反馈给疲劳实验机10来实现对上施力台2所加载的载荷大小进行调控。具体地，所述疲劳实验机10通过载荷传感器31控制上施力台2将外加载荷以正弦波的形式施加给试件7。

所述上施力台2与所述下测试台3直径相同。

本实施例中，所述下测试台3顶部为螺纹结构，且测试盒4外底面设有与所述下测试台3顶部螺纹结构螺纹配合的螺纹槽42，下测试台3与测试盒4也可以通过其它的能保证下测试台3位于测试盒4下方的方式进行可拆卸连接，这种结构的连接方式实用性强，安装拆卸方便，结构简单；或，所述下测试台3顶部与所述测试盒4外底面固定连接。

当进行腐蚀溶液环境下的电化学-力学测试时，采用本实施例中的装置的实验过程如下：

先将上施力台2、测试盒4及扣式密封盖5进行清洗及风干处理。将测试盒4与下测试台3进行固定，将石墨连接器件放入测试盒4内，具体地，将石墨片84和石墨棒83做成的整体器件(以确保导电性)分别嵌入测试盒4内底面的石墨槽41内和测试盒4内壁上，并将与石墨片84尺寸相同的试件7放置于石墨片84上并覆盖石墨片84，将腐蚀液倒入测试盒4中，到刚好盖没试件7为止。将上施力台2置于试件7上，然后将扣式密封盖5上带有工作电极插口516的一页套在石墨棒83上，再将另一页合扣上，将上施力台2、进气阀512、出气阀513、铂片81和参比电极82固定，并将扣式密封盖5扣入测试盒4的顶端的插口中。再将恒温加热炉1的两个半炉体11合上，使测试盒4置于恒温加热炉1内。打开进气阀512和出气阀513，将氩气瓶的导气管接在进气阀512上，打开氩气瓶控制阀，15s后依次关闭氩气瓶控制阀、出气阀513和进气阀512。然后连接三电极，试件7通过与石墨片84接触后连接石墨棒83，用导线9将石墨棒83通过导线孔113连接到电化学工作站6上的工作电极接口63，并将参比电极82用导线9连接到参比电极接口62，将铂片81用导线9连接到辅助电极接口61。通过恒温加热炉1自带的温控***对实验环境进行恒温控制，设定好实验所需的温度，待温度达到实验设定值后稍微打开出气阀513排出测试盒4中的多余气体，维持气压的稳定。然后启动疲劳实验机10及电化学工作站6，打开电脑，点击疲劳实验图标及电化学实验图标，设定实验参数，选择保存路径，点击开始按钮，实验开始。腐蚀液不断对试件7造成腐蚀，疲劳实验机10通过载荷传感器31将载荷以正弦波的形式施加在试件7上。试件7受到了电化学腐蚀和疲劳载荷的交互作用，疲劳实验机10记录着试件7的疲劳数据，电化学工作站6记录着试件7的电化学腐蚀数据。如腐蚀过程会产生气体，则需定期打开出气阀513排出测试盒4中的多余气体，保持气压的稳定。实验结束后，保存实验数据，关掉恒温加热炉1、疲劳实验机10及电化学工作站6的电源开关，拆除石墨连接器件、参比电极82、铂片81及导线9，清洗扣式密封盖5及测试盒4。

进行熔盐环境下的腐蚀疲劳测试时，本实施例中的一种装置的实验过程如下：

先将上施力台2、测试盒4及扣式密封盖5进行清洗及风干处理。将测试盒4与下测试台3进行固定，将试件7放置在下测试台3底部正中央的石墨槽41中，将腐蚀盐放入测试盒4中，盖没试件7即可。将上施力台2置于试件7上，将上施力台2伺服到准实验状态，然后将扣式密封盖5上两页朝中央合扣上，将上施力台2、进气阀512、出气阀513固定于扣式密封盖5的两页之间并扣入测试盒4的顶端的插口中。再将恒温加热炉1的两个半炉体11合上，使测试盒4置于恒温加热炉1内。打开进气阀512和出气阀513，将氩气瓶的导气管接在进气阀512上，打开氩气瓶控制阀，15s后依次关闭氩气瓶控制阀、出气阀513和进气阀512。设定好实验所需的温度，待温度达到实验设定值后稍微打开出气阀513排出测试盒4中的多余气体，维持气压的稳定。然后启动疲劳实验机10，打开电脑，点击疲劳实验图标，设定实验参数，选择保存路径，点击开始按钮，实验开始。腐蚀盐不断对试件7造成腐蚀，疲劳实验机10通过载荷传感器31将载荷以正弦波的形式施加在试件7上。试件7受到了高温熔盐的腐蚀和疲劳载荷的交互作用，疲劳实验机10记录着试件7在高温腐蚀盐环境下的疲劳数据。如腐蚀过程会产生气体，则需定期打开出气阀513排出测试盒4中的多余气体，保持气压的稳定。实验结束后，保存实验数据，关掉恒温加热炉1、疲劳实验机10的电源开关，清洗扣式密封盖5及测试盒4。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种腐蚀疲劳性能测试装置，包括恒温加热炉（1）、上施力台（2）和下测试台（3），其特征在于，还包括上端开口的测试盒（4）、与测试盒（4）上端开口扣接的密封盖（5）及电化学工作站（6），所述下测试台（3）穿过所述恒温加热炉（1）底部并延伸至其内腔，所述测试盒（4）安装在所述下测试台（3）的顶部并位于所述恒温加热炉（1）的内腔，所述上施力台（2）同穿于所述恒温加热炉（1）顶部和密封盖（5）并延伸至所述测试盒（4）内腔，所述测试盒（4）内设有可拆卸的用于测量试件（7）电化学性能的电极组，所述电极组通过导线（9）与所述电化学工作站（6）连接；所述恒温加热炉（1）包括一对相互铰接并能沿水平方向开合的半炉体（11），一对所述半炉体（11）之间形成用于避让所述上施力台（2）的上夹孔（111）和用于避让所述下测试台（3）的下夹孔（112），所述密封盖（5）包括一对相互铰接并能沿水平方向开合的半盖体，一对所述半盖体之间形成用于避让所述上施力台（2）的夹持孔（511）、进气阀（512）和出气阀（513）。

2.根据权利要求1所述的腐蚀疲劳性能测试装置，其特征在于，所述电极组包括铂电极（81）、参比电极（82）、石墨棒（83）和石墨片（84），所述测试盒（4）的内底面设有石墨槽（41），所述石墨片（84）可拆卸地设于所述石墨槽（41）内，所述铂电极（81）、参比电极（82）和石墨棒（83）可拆卸地固定于所述测试盒（4）的内壁上，所述石墨棒（83）与所述石墨片（84）连接，所述铂电极（81）、参比电极（82）和石墨棒（83）均通过导线（9）与电化学工作站（6）相连。

3.根据权利要求1或2所述的腐蚀疲劳性能测试装置，其特征在于，一对所述半盖体上设有三个电极插孔。

4.根据权利要求1或2所述的腐蚀疲劳性能测试装置，其特征在于，所述下测试台（3）包括载荷传感器（31），所述载荷传感器（31）设于所述下测试台（3）内部。

5.根据权利要求1或2所述的腐蚀疲劳性能测试装置，其特征在于，所述恒温加热炉（1）为温控加热炉。

6.根据权利要求1或2所述的腐蚀疲劳性能测试装置，其特征在于，所述下测试台（3）顶端为螺纹结构，且所述测试盒（4）外底面上设有与所述下测试台（3）顶端螺纹结构螺纹配合的螺纹槽（42），或所述下测试台（3）顶端与所述测试盒（4）外底面固定连接。

7.根据权利要求1或2所述的腐蚀疲劳性能测试装置，其特征在于，所述测试盒（4）的材料为陶瓷。

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