專利名稱：實現(xiàn)高溫高壓水體系電化學(xué)測試的工作電極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高溫高壓水體系電化學(xué)測試領(lǐng)域，具體為一種實現(xiàn)高溫高壓水體系電化學(xué)測試的工作電極。
背景技術(shù)：
核電是一種清潔、高效的新能源，發(fā)展核電是解決我國電力供應(yīng)不足，改善環(huán)境質(zhì)量，確保國民經(jīng)濟持續(xù)增長的重要途徑。我國現(xiàn)役核電站主要以壓水堆為主，其關(guān)鍵設(shè)備如一回路壓力容器主管道及二水回路蒸汽發(fā)生器的服役環(huán)境均為高溫高壓水(典型堆芯出口溫度326°C，壓力15.6MPa)。服役過程中材料的腐蝕問題對核電站的安全運行構(gòu)成潛在的威脅，同時也是核電關(guān)鍵設(shè)備材料國產(chǎn)化需要解決的關(guān)鍵問題之一。電化學(xué)測試可以原位測試金屬材料在水體系中腐蝕進程，但由于高溫高壓水環(huán)境苛刻，對實驗設(shè)備和工作電極的制備工藝要求較高，實現(xiàn)起來非常困難，國內(nèi)電化學(xué)測試主要體系仍以100°c以下的水溶液，高溫高壓水體系的研究鮮有報道，其中最主要的困難之一就是制備適合高溫高壓苛刻的環(huán)境使用的工作電極。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種實現(xiàn)高溫高壓水體系電化學(xué)測試的工作電極，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的由于高溫高壓水環(huán)境苛刻，對實驗設(shè)備和工作電極的制備工藝要求較高， 實現(xiàn)起來非常困難等問題，為實現(xiàn)高溫高壓水電化學(xué)測試提供設(shè)備基礎(chǔ)。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種實現(xiàn)高溫高壓水體系電化學(xué)測試的工作電極，該工作電極包括金屬電極、高溫密封件、水冷裝置、低溫密封件，金屬電極的電極導(dǎo)線包裹熱縮管，高溫密封件同高壓釜蓋之間為金屬硬密封，水冷裝置設(shè)置在高溫密封件上，低溫密封件與水冷裝置之間通過0 型圈密封，金屬電極的電極導(dǎo)線依次穿過高溫密封件、水冷裝置、低溫密封件的中心孔，低溫密封件與金屬電極的電極導(dǎo)線之間通過橡膠密封塞密封。所述的實現(xiàn)高溫高壓水體系電化學(xué)測試的工作電極，金屬電極包括實驗試樣與電極導(dǎo)線，電極導(dǎo)線為金屬絲，電極導(dǎo)線的外側(cè)由熱縮管包裹，實驗試樣與高壓釜及電極金屬部件絕緣。所述的實現(xiàn)高溫高壓水體系電化學(xué)測試的工作電極，高溫密封件包括堵嘴、壓帽， 堵嘴底端為環(huán)形突臺，堵嘴中心開有通孔，堵嘴通過環(huán)形突臺壓設(shè)于高壓釜釜蓋的電極孔處；壓帽壓在堵嘴上，壓帽與高壓釜螺紋連接，通過旋緊壓帽使堵嘴同高壓釜之間產(chǎn)生壓力，實現(xiàn)金屬硬密封。所述的實現(xiàn)高溫高壓水體系電化學(xué)測試的工作電極，水冷裝置包括支撐管、冷卻管，支撐管底端穿過壓帽焊接在堵嘴上，支撐管中心開有通孔，支撐管的孔徑略大于堵嘴的通孔；在支撐管的側(cè)面開有環(huán)形凹槽，支撐管外側(cè)安裝冷卻管，支撐管與冷卻管插裝配合， 在所述環(huán)形凹槽的上下兩側(cè)分別安裝0型圈，支撐管與冷卻管之間通過0型圈密封，在支撐管的環(huán)形凹槽與冷卻管之間形成的空腔中通冷卻水，冷卻管外側(cè)焊接有兩個與所述空腔相通的接頭。所述的實現(xiàn)高溫高壓水體系電化學(xué)測試的工作電極，低溫密封件包括密封螺母、 壓緊螺帽、制止塞、橡膠密封塞、密封壓蓋、固定栓，密封螺母下端與支撐管螺紋連接，密封螺母通過0型圈與支撐管密封；密封螺母中心開有變徑通孔，密封螺母內(nèi)部變徑通孔自下而上依次放置制止塞、橡膠密封塞、密封壓蓋、固定栓；密封螺母上端與壓緊螺帽螺紋連接， 制止塞、橡膠密封塞、密封壓蓋中心均有通孔，制止塞、橡膠密封塞、密封壓蓋的孔徑略大于電極導(dǎo)線直徑。所述的實現(xiàn)高溫高壓水體系電化學(xué)測試的工作電極，變徑通孔為縮徑段、變徑段、 擴徑段I、擴徑段II自下而上連成一體結(jié)構(gòu)，縮徑段的孔徑最小，縮徑段最下端的孔徑略大于支撐管通孔。所述的實現(xiàn)高溫高壓水體系電化學(xué)測試的工作電極，制止塞設(shè)置于縮徑段中，橡膠密封塞設(shè)置于變徑段和擴徑段I中，密封壓蓋設(shè)置于擴徑段I中，密封壓蓋伸至變徑通孔外側(cè)，固定栓設(shè)置于密封壓蓋外側(cè)、擴徑段II中，固定栓伸至變徑通孔外側(cè)。所述的實現(xiàn)高溫高壓水體系電化學(xué)測試的工作電極，電極導(dǎo)線穿過高溫密封件、 水冷裝置、低溫密封件的中心孔與外界測試儀器相連，通過旋緊壓緊螺帽擠壓密封壓蓋，使橡膠密封塞變形，實現(xiàn)電極金屬部件與電極導(dǎo)線之間的密封。本發(fā)明的優(yōu)點在于1、本發(fā)明的水冷裝置使金屬電極與低溫密封件在常溫下密封，降低了密封難度， 增加了密封可靠性。2、本發(fā)明的低溫密封件與金屬電極之間通過橡膠密封塞密封。由于橡膠密封塞上可加工多個通孔，因此可實現(xiàn)多個金屬電極密封。3、本發(fā)明用于同金屬電極密封的低溫密封件可單獨更換，可以根據(jù)實驗要求加工不同形狀尺寸。4、本發(fā)明的工作電極內(nèi)部通孔直徑逐漸變大，方便金屬電極安裝。5、本發(fā)明工作電極制作簡單、密封性好，可實現(xiàn)金屬材料在常溫 350°C、常壓 20MPa的高溫高壓水體系的電化學(xué)測試。6、本發(fā)明金屬電極的電極導(dǎo)線由熱縮管包裹，保證實驗試樣與高壓釜及電極金屬部件絕緣，高溫密封件同高壓釜蓋之間為金屬硬密封。水冷裝置焊接在高溫密封件上，將工作電極由高溫降至常溫。低溫密封件與水冷裝置之間通過0型圈密封，與金屬電極之間通過橡膠密封塞密封。


圖1為本發(fā)明工作電極整體示意圖。圖1中，1實驗試樣；2電極導(dǎo)線；3堵嘴；4壓帽；5支撐管；6冷卻管；7密封螺母；8壓緊螺帽；13冷卻水管接頭I ；14冷卻水管接頭II ； 15環(huán)形凸臺；16環(huán)形凹槽；17、0型圈I ； 18、0型圈II ； 19、0型圈III。圖2為本發(fā)明低溫密封件內(nèi)部組件示意圖。圖2中，7密封螺母；8壓緊螺帽；9制止塞；10橡膠密封塞；11密封壓蓋；12固定栓；20縮徑段；21變徑段；22擴徑段I ；23擴徑段II。
圖3為本發(fā)明實驗測得的極化曲線。
具體實施例方式如圖1和圖2所示，本發(fā)明提供了一種實現(xiàn)高溫高壓水體系電化學(xué)測試的工作電極。該工作電極由金屬電極、高溫密封件、水冷裝置、低溫密封件組成，主要包括實驗試樣
I、電極導(dǎo)線2、堵嘴3、壓帽4、支撐管5、冷卻管6、密封螺母7、壓緊螺帽8、制止塞9、橡膠密封塞10、密封壓蓋11、固定栓12等，具體結(jié)構(gòu)如下金屬電極包括實驗試樣1與電極導(dǎo)線2，電極導(dǎo)線2為金屬絲，電極導(dǎo)線2的外側(cè)由熱縮管包裹，保證實驗試樣1與高壓釜及其余電極金屬部件絕緣。高溫密封件包括堵嘴3、壓帽4，堵嘴3底端為環(huán)形突臺15，堵嘴3中心開有通孔， 堵嘴3通過環(huán)形突臺15壓設(shè)于高壓釜釜蓋的電極孔處。壓帽4壓在堵嘴3上，壓帽4與高壓釜螺紋連接，通過旋緊壓帽4使堵嘴3同高壓釜之間產(chǎn)生壓力，實現(xiàn)金屬硬密封。本發(fā)明中，高溫密封件的溫度范圍為室溫 350°C。水冷裝置包括支撐管5、冷卻管6，支撐管5底端穿過壓帽4焊接在堵嘴3上，支撐管5中心開有通孔，支撐管5的孔徑略大于堵嘴3的通孔。在支撐管5的側(cè)面開有環(huán)形凹槽16，支撐管5外側(cè)安裝冷卻管6，支撐管5與冷卻管6插裝配合，在所述環(huán)形凹槽16的上下兩側(cè)分別安裝0型圈(0型圈1118、0型圈11119)，支撐管5與冷卻管6之間通過0型圈密封，在支撐管5的環(huán)形凹槽16與冷卻管6之間形成的空腔中通冷卻水，將工作電極由高溫降到常溫。冷卻管6外側(cè)焊接有兩個與所述空腔相通的接頭冷卻水管接頭I 13、冷卻水管接頭Π14。低溫密封件包括密封螺母7、壓緊螺帽8、制止塞9、橡膠密封塞10、密封壓蓋11、固定栓12，密封螺母7下端與支撐管5螺紋連接，密封螺母7通過0型圈I 17與支撐管5密封。密封螺母7中心開有變徑通孔，變徑通孔為縮徑段20、變徑段21、擴徑段I 22、擴徑段 1123自下而上連成一體結(jié)構(gòu)，縮徑段20的孔徑最小，縮徑段20最下端的孔徑略大于支撐管5通孔。密封螺母7內(nèi)部變徑通孔自下而上依次放置制止塞9、橡膠密封塞10、密封壓蓋
II、固定栓12，其中制止塞9設(shè)置于縮徑段20中，橡膠密封塞10設(shè)置于變徑段21和擴徑段I 22中，密封壓蓋11設(shè)置于擴徑段I 22中，密封壓蓋11伸至變徑通孔外側(cè)，固定栓12 設(shè)置于密封壓蓋11外側(cè)、擴徑段Π23中，固定栓12伸至變徑通孔外側(cè)。其中，固定栓12的作用是固定密封壓蓋11，使電極導(dǎo)線2在安裝和工作中不發(fā)生轉(zhuǎn)動；變徑通孔及其內(nèi)密封件的設(shè)計，可使支撐管5、密封螺母7、壓緊螺帽8配合緊湊合理，便于電極導(dǎo)線的安裝。低溫密封件的工作溫度為室溫。密封螺母7上端與壓緊螺帽8螺紋連接，制止塞9、橡膠密封塞10、密封壓蓋11中心均有通孔，制止塞9、橡膠密封塞10、密封壓蓋11的孔徑略大于電極導(dǎo)線2直徑。電極導(dǎo)線2穿過這些通孔與外界測試儀器相連，通過旋緊壓緊螺帽8擠壓密封壓蓋11，使橡膠密封塞10變形，實現(xiàn)電極金屬部件與電極導(dǎo)線2之間的密封。本發(fā)明工作電極安裝步驟如下1、將壓帽4壓在堵嘴3上，堵嘴3上端與支撐管5下端焊接連接。2、將堵嘴3放至高壓釜釜蓋的電極孔處，旋緊壓帽4，使堵嘴3與釜蓋密封。3、在支撐管5凹槽處安裝0型圈，支撐管5外側(cè)安裝冷卻管6。
4、在密封螺母7下端安裝0型圈，與支撐管5螺紋連接，壓緊0型圈。5、將熱縮管套在金屬絲上，在350°C下保溫10分鐘，使熱縮管在金屬絲上收縮，作為電極導(dǎo)線2，將實驗試樣1與電極導(dǎo)線2 —端電焊連接。6、將實驗試樣1固定在高壓釜內(nèi)，高壓釜頂部裝上高壓釜釜蓋，電極導(dǎo)線2沿電極金屬部件內(nèi)部通孔引致釜外。7、將電極導(dǎo)線依次穿過制止塞9、橡膠密封塞10、密封壓蓋11。通過旋緊壓緊螺帽 8擠壓密封壓蓋11，使橡膠密封塞10變形，實現(xiàn)電極金屬部件與電極導(dǎo)線2之間的密封，整個工作電極安裝完畢。實施例奧氏體304不銹鋼為電極材料的高溫工作電極實驗溶液為1500ppm H3B03+2. 3ppm LiOH，實驗溫度為 200°C、250°C、300°C。壓力為2 8MPa，實驗試樣尺寸為IcmXlcmXO. 3cm，將試樣打磨至1500#，用酒精清洗，用冷風(fēng)吹干。取一段不銹鋼絲，長度約為40cm，外面包裹熱縮管，在350°C空氣中保溫10分鐘， 使熱縮管在不銹鋼絲上收縮，作為電極導(dǎo)線，將電極導(dǎo)線的一段與實驗試樣電焊連接。將實驗試樣固定在高壓釜內(nèi)，電極導(dǎo)線沿電極金屬部件內(nèi)部通孔引致釜外。旋緊壓緊螺帽，完成工作電極安裝。向高壓釜內(nèi)倒入實驗溶液，擰緊高壓釜，通隊兩小時排出高壓釜內(nèi)02。打開冷卻水，將高壓釜內(nèi)溶液升至實驗溫度。測試實驗試樣在不同溫度下的極化曲線。設(shè)置掃描區(qū)間為相對于自腐蝕電位-0. 25V至過鈍化區(qū)，掃描速率為0. 5mV/s。圖3為實驗測得的極化曲線。從圖中可以看出，測得的極化曲線比較平滑。在不同溫度下材料都出現(xiàn)了二次鈍化現(xiàn)象，且隨著溫度的升高，電流密度逐漸變大，這與現(xiàn)有的實驗結(jié)果相吻合。
權(quán)利要求
1.一種實現(xiàn)高溫高壓水體系電化學(xué)測試的工作電極，其特征在于，該工作電極包括金屬電極、高溫密封件、水冷裝置、低溫密封件，金屬電極的電極導(dǎo)線包裹熱縮管，高溫密封件同高壓釜蓋之間為金屬硬密封，水冷裝置設(shè)置在高溫密封件上，低溫密封件與水冷裝置之間通過0型圈密封，金屬電極的電極導(dǎo)線依次穿過高溫密封件、水冷裝置、低溫密封件的中心孔，低溫密封件與金屬電極的電極導(dǎo)線之間通過橡膠密封塞密封。
2.按照權(quán)利要求1所述的實現(xiàn)高溫高壓水體系電化學(xué)測試的工作電極，其特征在于， 金屬電極包括實驗試樣與電極導(dǎo)線，電極導(dǎo)線為金屬絲，電極導(dǎo)線的外側(cè)由熱縮管包裹，實驗試樣與高壓釜及電極金屬部件絕緣。
3.按照權(quán)利要求1所述的實現(xiàn)高溫高壓水體系電化學(xué)測試的工作電極，其特征在于， 高溫密封件包括堵嘴、壓帽，堵嘴底端為環(huán)形突臺，堵嘴中心開有通孔，堵嘴通過環(huán)形突臺壓設(shè)于高壓釜釜蓋的電極孔處；壓帽壓在堵嘴上，壓帽與高壓釜螺紋連接，通過旋緊壓帽使堵嘴同高壓釜之間產(chǎn)生壓力，實現(xiàn)金屬硬密封。
4.按照權(quán)利要求1所述的實現(xiàn)高溫高壓水體系電化學(xué)測試的工作電極，其特征在于， 水冷裝置包括支撐管、冷卻管，支撐管底端穿過壓帽焊接在堵嘴上，支撐管中心開有通孔， 支撐管的孔徑略大于堵嘴的通孔；在支撐管的側(cè)面開有環(huán)形凹槽，支撐管外側(cè)安裝冷卻管， 支撐管與冷卻管插裝配合，在所述環(huán)形凹槽的上下兩側(cè)分別安裝0型圈，支撐管與冷卻管之間通過0型圈密封，在支撐管的環(huán)形凹槽與冷卻管之間形成的空腔中通冷卻水，冷卻管外側(cè)焊接有兩個與所述空腔相通的接頭。
5.按照權(quán)利要求1所述的實現(xiàn)高溫高壓水體系電化學(xué)測試的工作電極，其特征在于， 低溫密封件包括密封螺母、壓緊螺帽、制止塞、橡膠密封塞、密封壓蓋、固定栓，密封螺母下端與支撐管螺紋連接，密封螺母通過0型圈與支撐管密封；密封螺母中心開有變徑通孔，密封螺母內(nèi)部變徑通孔自下而上依次放置制止塞、橡膠密封塞、密封壓蓋、固定栓；密封螺母上端與壓緊螺帽螺紋連接，制止塞、橡膠密封塞、密封壓蓋中心均有通孔，制止塞、橡膠密封塞、密封壓蓋的孔徑略大于電極導(dǎo)線直徑。
6.按照權(quán)利要求5所述的實現(xiàn)高溫高壓水體系電化學(xué)測試的工作電極，其特征在于， 變徑通孔為縮徑段、變徑段、擴徑段I、擴徑段II自下而上連成一體結(jié)構(gòu)，縮徑段的孔徑最小，縮徑段最下端的孔徑略大于支撐管通孔。
7.按照權(quán)利要求6所述的實現(xiàn)高溫高壓水體系電化學(xué)測試的工作電極，其特征在于， 制止塞設(shè)置于縮徑段中，橡膠密封塞設(shè)置于變徑段和擴徑段I中，密封壓蓋設(shè)置于擴徑段I 中，密封壓蓋伸至變徑通孔外側(cè)，固定栓設(shè)置于密封壓蓋外側(cè)、擴徑段II中，固定栓伸至變徑通孔外側(cè)。
8.按照權(quán)利要求5所述的實現(xiàn)高溫高壓水體系電化學(xué)測試的工作電極，其特征在于， 電極導(dǎo)線穿過高溫密封件、水冷裝置、低溫密封件的中心孔與外界測試儀器相連，通過旋緊壓緊螺帽擠壓密封壓蓋，使橡膠密封塞變形，實現(xiàn)電極金屬部件與電極導(dǎo)線之間的密封。
全文摘要
本發(fā)明涉及高溫高壓水體系電化學(xué)測試領(lǐng)域，具體為一種實現(xiàn)高溫高壓水體系電化學(xué)測試的工作電極。該工作電極包括金屬電極、高溫密封件、水冷裝置、低溫密封件，金屬電極的電極導(dǎo)線包裹熱縮管，高溫密封件同高壓釜蓋之間為金屬硬密封，水冷裝置設(shè)置在高溫密封件上，低溫密封件與水冷裝置之間通過O型圈密封，金屬電極的電極導(dǎo)線依次穿過高溫密封件、水冷裝置、低溫密封件的中心孔，低溫密封件與金屬電極的電極導(dǎo)線之間通過橡膠密封塞密封。該工作電極制作簡單、密封性好，可實現(xiàn)金屬材料在常溫～350℃、常壓～20MPa的高溫高壓水體系的電化學(xué)測試，解決由于高溫高壓水環(huán)境苛刻，對實驗設(shè)備和工作電極的制備工藝要求較高，實現(xiàn)起來非常困難等問題。
文檔編號G01N27/30GK102445478SQ201110282690
公開日2012年5月9日 申請日期2011年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月22日
發(fā)明者吳欣強, 徐健, 王翔, 韓恩厚 申請人:中國科學(xué)院金屬研究所