本发明专利技术提供了一种电化学充氢慢应变速率原位拉伸装置，包括电化学充氢单元、密封单元和原位拉伸单元，充氢单元设置铂电极片、直流电源和电解槽，密封单元由压缩弹簧、密封橡胶圈和PVC密封环构成，原位拉伸单元由一组丝杆导轨、试样夹持装置和上位机构成。原位拉伸试样通过夹持装置固定并贯穿电解槽上下端且标距段全部浸没于电解液中，利用压缩弹簧形变产生的压力及密封橡胶圈实现原位拉伸试样在电解槽中的密封性。本发明专利技术解决了临氢环境下内氢和外氢作用下试样慢应变速率力学性能实验，且装置结构简单、整体尺寸较小、操作简便，适用于材料氢损伤实验研究和验证。材料氢损伤实验研究和验证。材料氢损伤实验研究和验证。
【技术实现步骤摘要】
一种电化学充氢慢应变速率原位拉伸装置
[0001]本专利技术涉及临氢环境下金属力学性能测量领域，具体涉及一种电化学充氢慢应变速率原位拉伸装置。
技术介绍
[0002]能源结构转型是国家的重大需求，其中氢能源作为再生能源，其产业发展前景广阔，目前全国大范围布局氢能产业。因此，氢能全产业链设备和结构件的安全保障技术发展也尤为迅速。
[0003]加氢站设备、输氢管道等典型氢能产业设备和结构件在临氢环境下服役面临着氢作用下引发的氢脆、氢致开裂等问题。材料中的氢来源可以分为两类，一是掺氢天然气管道、纯氢管道等在氢压环境下经过物理吸附、分解和扩散进入材料内部的内氢，二是服役环境中的外氢。
[0004]临氢环境下服役的设备和结构件通常受到应力和化学势等的共同作用，会出现氢脆、氢致开裂、氢鼓泡等氢损伤现象。其中，氢在金属内部扩散、聚集导致的强度、刚度、韧性等性能退化属于氢脆范畴，属于早期氢损伤。而进入金属内部氢以原子、分子形式在位错、晶界等位置富集，进而诱导微裂纹扩散甚至导致结构件断裂属于不可逆损伤形式。因此，研究金属在内氢和外氢作用下的早期氢损伤状态对于预防临氢服役结构件失效具有重要现实意义。
[0005]目前，研究者普遍认可的金属材料氢脆机制主要有氢压理论、氢降低界面结合力理论、氢促进局部塑形变形理论和氢致应变导致的空位聚集理论。为了探究氢脆的根本机制，保证金属材料在使用过程中的安全性，在实验室条件下对氢含量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。
[0006]根据充氢时有无应力加载可以分为静态充氢和动态充氢，不受载荷条件下的静态充氢方式已经比较成熟，常用的有室温气相充氢、高温高压充氢和电化学充氢。室温气相充氢是指直接在酸性溶液或者原油中进行浸泡充氢，随着时间的增加进入金属的氢越来越多，这种方法操作简单但是充氢效果较差。高温高压充氢虽然充氢效果明显但是需要长时间保持高温高压，一般实验室难以具备这样的条件，实验安全性也难以得到保证。电化学充氢可使试样在短时间内获得较高的氢浓度，可以通过控制充氢时间、电流大小、电解液浓度等较为方便的控制实验所需氢浓度，是一种常见的实验充氢方法。
[0007]比较三种充氢方式，虽然各有千秋，但是都存在难以避免的弊端，所以综上所述，设计一个设备简便、操作简单、安全隐患小的动态实验室充氢装置很有必要。
技术实现思路
[0008]针对现有技术中存在的问题，本专利技术实施提供一种电化学充氢慢应变速率原位拉伸装置，主要目的是解决现有充氢成本高、实验周期长、结构复杂等的问题。
[0009]本专利技术的技术方案如下：
一种电化学充氢慢应变速率原位拉伸装置，该装置包括电化学充氢单元、密封单元和原位拉伸单元，其中：电化学充氢单元包含直流电源、铂电极、原位拉伸试样和电解槽，使用时将铂电极和原位拉伸试样置于带有充氢电解液的电解槽中，通过导线将铂电极连接至直流电源的阳极，原位拉伸试样连接至直流电源的阴极。
[0010]密封单元包含压缩弹簧和密封橡胶圈，使用时压缩弹簧置于原位拉伸试样固定端，与PVC密封环和密封盖相接触，通过弹簧自身压缩形成的轴向弹力压实密封橡胶圈，实现原位拉伸试样固定端在充氢慢拉伸过程中的自密封。
[0011]原位拉伸单元包含丝杆导轨和夹持装置。其中丝杆导轨拉伸装置是使拉伸试样保持稳定的重要组成部分，选取两个相同规格的丝杆导轨对称装配在电化学充氢装置两侧。通过金属连接板和固定板连接两侧丝母，金属连接杆通过焊接方式与丝母固定使两侧丝母保持平行位置。
[0012]所述的电化学充氢慢应变速率原位拉伸装置，电解槽底面设有与原位拉伸试样夹持端相同直径的通孔，与下端部夹持装置相连后，穿过压缩弹簧、密封橡胶圈和PVC密封环，通过密封单元电解槽保持密封状态。
[0013]所述的电化学充氢慢应变速率原位拉伸装置，金属试样与铂片都置于电解槽内，铂片平行放置在金属试样左侧，通过绝缘铜导线与电源阳极连接，金属试样通过绝缘铜导线连接电源阴极。
[0014]所述的电化学充氢慢应变速率原位拉伸装置，上下对称的加持装置选取金属材料，上、下端夹持装置通过紧固螺栓直接与金属试样连接。
[0015]所述的电化学充氢慢应变速率原位拉伸装置，丝杆导轨采用滚珠丝杆，滚珠丝杆是将回转运动转化为直线运动的理想产品，精度高、平稳性好、灵敏度高、使用寿命长。
[0016]本专利技术的设计思想是：现有的主要充氢方法都存在各自的不足，高温高压充氢方式需要在高温高压环境中进行，通常实验室难以满足要求，且高温高压充氢方式存在较大的安全隐患。其次，目前进行氢脆敏感性研究试验通常采用预充氢加慢拉伸实验，充氢结束后进行拉伸实验。预充氢过程中室温气相充氢、电化学充氢都需要大量时间且充氢含量有限，从氢环境下到拉伸实验过程中需要时间，且拉伸实验应变速率较低、实验耗时长难以避免氢气逸出的情况。
[0017]本专利技术在接近实际工况的同时，可以实现金属材料在进行充氢的同时进行拉伸，可以通过改变电流大小获得不同的氢浓度。在减少安全隐患的同时，便于实验室操作，可以根据不同情况设计不同尺寸的试样，所需原材料少，便于加工，金属试样尺寸小，有利于氢在试样内部进行扩散。适用于充氢过程与加载过程同时进行的动态充氢慢拉伸体系，可以有效解决研究氢脆敏感性问题中充氢之后进行慢拉伸实验过程中氢气逸出的问题等。
[0018]本专利技术具有以下的优点和有益效果：1.本专利技术结构简单，设备小巧，材质普通易得且成本较低。
[0019]2.本专利技术操作简单，安全隐患小，对实验室要求低。
[0020]3.本专利技术使用密封垫圈、橡胶等进行密封，装置密封结构简单、密封性能好，可以有效防止电解液的渗出及氢气逸出。
[0021]4.本专利技术利用紧固螺栓将夹具与试样相连，通过两侧丝杆导轨拉伸装置可以在电
化学充氢的情况下对试样进行加载，有效避免预充氢到实验阶段的氢气逸出问题。
[0022]5.本专利技术可以通过调节直流电源的输入电流控制样充氢时的电流密度大小，通过实现控制充氢电流密度获得所需的不同内外氢状态实验条件。
附图说明
[0023]图1为本专利技术的结构示意图。
[0024]图中，1. 直流电源；2. 金属连接板；3. 导轨滑块；4. 夹持装置；5. 电解槽；6. 铂电极；7. 丝杆直线导轨；8. 原位拉伸试样；9. 密封橡胶圈；10. PVC密封环；11. 压缩弹簧；12. 夹持装置紧固螺栓；13. 固定板；14.上位机。
具体实施方式
[0025]下面将结合附图以及具体实施例对本专利技术结构进行详细的说明，在此本专利技术的示意性实施例以及说明用来解释本专利技术，但并不作为对本专利技术的限定。
[0026]在具体实施过程中，如图1所示，本实施例动态电化学充氢试验装置为左右对称、上下非对称结构，包括电化学充氢单元、密封单元和原位拉伸单元，主要设有一个铂电极片6、一台直流电源1、一个电解槽5、一个原位拉伸试样8、一个压缩弹簧11、一个密封橡胶圈9、一个PVC密封环1本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种电化学充氢慢应变速率原位拉伸装置，其特征在于，该装置包括电化学充氢单元、密封单元和原位拉伸单元，其中：所述电化学充氢单元包含直流电源(1)、铂电极(6)、原位拉伸试样(8)和电解槽(5)；密封单元包含压缩弹簧(10)和密封橡胶圈(9)；原位拉伸单元包含丝杆导轨(7)、夹持装置(4)和上位机(14)。2.根据权利要求1电化学充氢慢应变速率原位拉伸装置，其特征在于，电解槽(5)上部结构为电化学充氢单元，铂电极(6)和原位拉伸试样(8)标距段平行放置于电解槽内，浸泡电解液，铂电极用导线与直流电源(1)阳极相连接，原位拉伸试样(8)与直流电源(1)的阴极相连。3.根据权利要求1所述的电化学充氢慢应变速率原位拉伸装置，其特征在于，压缩弹簧(11)位于电解槽(5)底部密封结构内，固定在原位拉伸试样(8)下端，与PVC密封...
【专利技术属性】
技术研发人员：周海婷，朱晨曦，胡沁，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：
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