【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及试样疲劳试验，尤其是涉及一种基于真空多弧离子镀的掺氢天然气环境疲劳试验装置。
技术介绍
1、疲劳裂纹扩展速率测试的关键在于裂纹长度变量的测量，常用的方法主要包括两种，一种是直流电压降(dcpd)法，通过对ct试样电位场的分析建立标定曲线最终得到裂纹长度与电压降的关系，该技术的局限性在于标定曲线的复杂性以及测试结果的可靠性；另一种是使用应变计式引伸计测量，引伸计上附着有应变敏感元件，测量时引伸计装夹在ct试样上，裂纹扩展时应变传递至敏感元件产生电信号变化，最终由电脑终端记录电信号数据变化情况，根据电信号变化值可得到对应的裂纹长度变化值，该技术是目前应用较广泛的疲劳裂纹扩展速率测试方法。
2、在掺氢天然气环境中，普通应变计式引伸计存在两大局限性，一是传统应变敏感元件材料如纯铜、铜镍合金在临氢环境中存在较大零点漂移，影响测试结果的准确性；二是敏感元件是通过胶粘剂附着在弹性基底上，常用的胶粘剂主要有环氧树脂和酚醛树脂两大类，氢气容易渗透到胶粘剂内部造成鼓泡开裂等现象，造成漂移增大、应变传递滞后等问题，此外掺氢天然气中存在还原性气体如ch4、co2、co等，容易引起胶粘剂的老化失效等问题。
技术实现思路
1、本专利技术的专利技术目的是为了克服现有技术中的纯铜、铜镍合金敏感元件在临氢环境中存在较大零点漂移，敏感元件是通过胶粘剂附着在弹性基底上，氢气容易渗透到胶粘剂内部造成鼓泡开裂等现象，造成漂移增大、应变传递滞后的不足，提供了一种基于真空多弧离子镀的掺氢天然气环境疲劳
2、为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、一种基于真空多弧离子镀的掺氢天然气环境疲劳试验装置，包括疲劳试验机，充有高压掺氢天然气气体的高压气体环境箱和位于高压气体环境箱中的压力检测机构；高压气体环境箱的上端和下端的开口分别与疲劳试验机的上拉伸杆和下拉伸杆密封连接，试样上部和下部分别与上拉伸杆和下拉伸杆固定连接；高压气体环境箱一侧设有可密封的转动门；所述压力检测机构包括水平支撑板，设于水平支撑板左侧的竖向挡板，设于竖向挡板右侧的水平支撑板下表面的竖杆，与竖杆下端转动连接的l形杆，设于l形杆左下方的竖向挡板侧面上的应变片；竖向挡板与应变片固定连接，横向延伸板右端与试样左侧面上部固定连接，竖杆下端与l形杆左上端之间通过纵向转轴连接，l形杆的拐角外侧面上设有弧形缓冲垫，应变片与应变测试仪电连接，弧形缓冲垫右侧的l形杆包括套管和伸入套管中并与套管滑动连接的伸缩杆，l形杆右端与试样左侧面下部转动连接。
4、疲劳试验机下部设有用于带动下拉伸杆上下往复运动的液压油缸；试样上加工有缺口，利用交变载荷预制沿缺口延伸的裂纹，打开转动门将试样上部放置到设于上拉伸杆的u形开口槽中，用圆柱销穿过缺口上方的试样固定孔和上拉伸杆的u形开口槽两侧的孔，使试样和上拉伸杆连接起来；
5、将试样下部放置到设于下拉伸杆的u形开口槽中，用圆柱销穿过缺口下方的试样固定孔和下拉伸杆的u形开口槽两侧的孔，使试样和下拉伸杆连接起来；使水平支撑板呈水平状态，使伸缩杆呈水平状态；
6、当液压油缸反复向下拉动试样时，试样缺口处的裂纹不断延长，缺口逐渐张开，伸缩杆逐渐向右下方倾斜延伸，弧形缓冲垫逐渐靠近应变片，应变片检测到的压力信号输送给应变测试仪。
7、为了确定应变片检测到的压力信号与裂纹长度的对应关系，要在掺氢天然气环境中多次反复进行试样的拉伸试验，记录应变片检测到的压力值和与其对应的裂纹长度，以压力值为横坐标，裂纹长度为纵坐标，在二位坐标系中画点，将各个相邻的点连接，形成曲线，对曲线进行拟合，得到与曲线对应的拟合函数。
8、应变测试仪获得应变片检测到的压力信号对应的压力值，将压力值作为自变量带入拟合函数中，得到压力值所对应的裂纹长度a，进一步根据当前疲劳试验机的应力循环次数n，获得应力循环次数n和裂纹长度a之间的对应关系，利用公式da/dn计算得到试样在掺氢天然气环境中的疲劳裂纹扩展速率，疲劳裂纹扩展速率用于估算裂纹体(试样)的疲劳寿命。
9、作为优选，所述应变片包括基板，设于基板上的过渡缓冲层，设于过渡缓冲层上的绝缘层，设于绝缘层上表面上的功能层和设于功能层上的防护层；基板采用x52ms管线钢材料制成，过渡缓冲层为金属cral膜，绝缘层为tga/al2o3膜。
10、本专利技术采用真空气氛热生长和真空多弧离子镀技术进行沉积；功能层为femow合金膜，采用真空多弧离子镀沉积技术制备；防护层为环氧树脂涂层。
11、作为优选，所述功能层为femow合金膜，防护层为环氧树脂涂层。
12、作为优选，应变片的制作过程如下：
13、(4-1)制备用于真空多弧离子镀的femow合金靶材；
14、(4-2)对基板进行物理打磨抛光后，将基板放入无水乙醇和丙酮的混合溶液中进行超声清洗，利用电吹风对基板进行干燥处理；
15、(4-3)将基板放到镀膜室的工件架上，在阴极弧源上对称放置99.99％的cr靶材和99.99％的al靶材，使cr靶材、al靶材与基板的距离均为75mm-85mm；对镀膜室抽真空至0.003pa以下，向镀膜室内通入流量为15sccm-25sccm的氩气，控制镀膜室的工作压力为0.09pa；启动阴极弧源，设置基板的负偏压为750v-850v，对基板弧光轰击清洗15min-20min；
16、(4-4)在基板的上表面上镀金属cral膜的过渡缓冲层；
17、(4-5)真空气氛热生长和真空多弧离子镀制备绝缘层：先将基板放入真空管式炉中，给真空管式炉抽真空，持续通入o2，进行热生长，在金属cral膜的上表面得到热生长的tga薄膜；
18、将基板放入镀膜室中，在阴极弧源上放置al靶材，将al靶材和基板的距离设置为75mm-85mm，对镀膜室抽真空后，通入氩气和氧气，启动阴极弧源，调节基板的负偏压、工作压力和磁场频率，调节al靶材的电流和镀膜时间，进行镀膜，在基板的tga薄膜上表面得到al2o3薄膜，得到tga/al2o3膜的绝缘层；
19、(4-6)真空多弧离子镀制备femow合金膜的功能层：将基板放入镀膜室中，使用夹具将图案化栅格的掩模板紧贴于基板上表面，在阴极弧源上放置femow靶材，将femow靶材和基板的距离设置为75mm-85mm；对镀膜室抽真空后，通入氩气，启动阴极弧源，调节基板的负偏压、工作压力和磁场频率，调节femow靶材的电流和镀膜时间，进行镀膜，在基板的al2o3薄膜的上表面上得到femow合金膜的功能层；
20、(4-7)制备防护层：将环氧树脂、邻苯二甲酸二丁酯和乙二胺的混合液搅拌均匀，将混合液涂覆在基板的外表面上，等混合液固化后，形成固化防护层，应变片制作完成。
21、作为优选，步骤(4-4)包括如下具体步骤：
22、将镀膜室内抽真空至0.001pa-0.003pa，通入流量为25sccm-30sccm的氩气，使镀膜室的工作本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于真空多弧离子镀的掺氢天然气环境疲劳试验装置，其特征是，包括疲劳试验机，充有高压掺氢天然气气体的高压气体环境箱和位于高压气体环境箱中的压力检测机构；高压气体环境箱的上端和下端的开口分别与疲劳试验机的上拉伸杆和下拉伸杆密封连接，试样(7)上部和下部分别与上拉伸杆和下拉伸杆固定连接；高压气体环境箱一侧设有可密封的转动门；所述压力检测机构包括水平支撑板(1)，设于水平支撑板左侧的竖向挡板(2)，设于竖向挡板右侧的水平支撑板下表面的竖杆(3)，与竖杆下端转动连接的L形杆(4)，设于L形杆左下方的竖向挡板侧面上的应变片(5)；竖向挡板与应变片固定连接，横向延伸板右端与试样左侧面上部固定连接，竖杆下端与L形杆左上端之间通过纵向转轴(31)连接，L形杆的拐角外侧面上设有弧形缓冲垫(6)，应变片与应变测试仪电连接，弧形缓冲垫右侧的L形杆包括套管(41)和伸入套管中并与套管滑动连接的伸缩杆(42)，L形杆右端与试样左侧面下部转动连接。
2.根据权利要求1所述的基于真空多弧离子镀的掺氢天然气环境疲劳试验装置，其特征是，所述应变片包括基板(101)，设于基板上的过渡缓冲层(102
3.根据权利要求2所述的基于真空多弧离子镀的掺氢天然气环境疲劳试验装置，其特征是，所述功能层为FeMoW合金膜，防护层为环氧树脂涂层。
4.根据权利要求3所述的基于真空多弧离子镀的掺氢天然气环境疲劳试验装置，其特征是，应变片的制作过程如下：
5.根据权利要求4所述的基于真空多弧离子镀的掺氢天然气环境疲劳试验装置，其特征是，步骤(4-4)包括如下具体步骤：
6.根据权利要求4所述的基于真空多弧离子镀的掺氢天然气环境疲劳试验装置，其特征是，步骤(4-5)包括如下具体步骤：
7.根据权利要求4所述的基于真空多弧离子镀的掺氢天然气环境疲劳试验装置，其特征是，所述FeMoW合金靶材的元素配比组成为Mo5％-10％，W3％-7％，余量为Fe；FeMoW合金靶材的杂质含量小于0.02％，空洞缺陷小于0.1mm，晶粒尺寸小于50μm。
8.根据权利要求4所述的基于真空多弧离子镀的掺氢天然气环境疲劳试验装置，其特征是，步骤(4-6)包括如下具体步骤：
9.根据权利要求4或5或6或7或8所述的基于真空多弧离子镀的掺氢天然气环境疲劳试验装置，其特征是，步骤(4-7)包括如下具体步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种基于真空多弧离子镀的掺氢天然气环境疲劳试验装置，其特征是，包括疲劳试验机，充有高压掺氢天然气气体的高压气体环境箱和位于高压气体环境箱中的压力检测机构；高压气体环境箱的上端和下端的开口分别与疲劳试验机的上拉伸杆和下拉伸杆密封连接，试样(7)上部和下部分别与上拉伸杆和下拉伸杆固定连接；高压气体环境箱一侧设有可密封的转动门；所述压力检测机构包括水平支撑板(1)，设于水平支撑板左侧的竖向挡板(2)，设于竖向挡板右侧的水平支撑板下表面的竖杆(3)，与竖杆下端转动连接的l形杆(4)，设于l形杆左下方的竖向挡板侧面上的应变片(5)；竖向挡板与应变片固定连接，横向延伸板右端与试样左侧面上部固定连接，竖杆下端与l形杆左上端之间通过纵向转轴(31)连接，l形杆的拐角外侧面上设有弧形缓冲垫(6)，应变片与应变测试仪电连接，弧形缓冲垫右侧的l形杆包括套管(41)和伸入套管中并与套管滑动连接的伸缩杆(42)，l形杆右端与试样左侧面下部转动连接。
2.根据权利要求1所述的基于真空多弧离子镀的掺氢天然气环境疲劳试验装置，其特征是，所述应变片包括基板(101)，设于基板上的过渡缓冲层(102)，设于过渡缓冲层上的绝缘层(103)，设于绝缘层上表面上的功能层(104)和设于功能层上的防护层(105)；基板采用x52ms管线钢材...
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