本發(fā)明涉及材料腐蝕試驗技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種基于慢拉伸應(yīng)力腐蝕試驗機的間浸腐蝕試驗方法及間浸裝置。

背景技術(shù)：

應(yīng)力腐蝕是指金屬在拉應(yīng)力和腐蝕環(huán)境共同作用下引起的腐蝕破壞，是一種脆性斷裂，具有很高的危險性。慢拉伸應(yīng)力腐蝕試驗是有效表征材料抗應(yīng)力腐蝕敏感性的一種試驗方法。該方法可快速評價材料的應(yīng)力腐蝕性能好壞，測試周期短，目前已廣泛應(yīng)用于材料評定和質(zhì)量保證測試中。

由于海洋的潮汐現(xiàn)象，艦船上層建筑區(qū)域和海洋平臺呈現(xiàn)出浸沒在海水中和暴露在空氣中兩種不同的工作狀態(tài)，這種干濕交替特點，使得很多材料在這種工況中具有特殊的腐蝕行為。間浸腐蝕試驗就是用來模擬海洋潮差區(qū)腐蝕過程的一種試驗方法，可以研究材料在海洋潮差區(qū)的腐蝕規(guī)律和機理，評估材料的耐蝕性，評價防護材料的保護效果。

隨著海洋開發(fā)進程的不斷推進，人們在實踐中發(fā)現(xiàn)艦船上層建筑或海洋平臺在潮差區(qū)環(huán)境中的應(yīng)力腐蝕開裂是影響其長期安全運行的關(guān)鍵問題之一。因此，在實驗室中模擬間浸環(huán)境評價材料慢拉伸應(yīng)力腐蝕具有重要意義。開展這類研究首先必須解決試驗裝置問題?，F(xiàn)有的間浸腐蝕試驗機中被測試樣處于非受力狀態(tài)之下，利用失重法計算腐蝕速率，無法表征材料的應(yīng)力腐蝕敏感性。現(xiàn)有的慢拉伸應(yīng)力腐蝕試驗機中試樣處于全浸環(huán)境狀態(tài)，不能模擬實際服役狀態(tài)下潮差區(qū)的間浸環(huán)境。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的第一目的是提供一種基于慢拉伸應(yīng)力腐蝕試驗機的間浸腐蝕試驗方法，第二目的是提供一種用于所述基于慢拉伸應(yīng)力腐蝕試驗機的間浸腐蝕試驗方法的間浸裝置，將慢拉伸應(yīng)力腐蝕試驗和間浸腐蝕試驗結(jié)合在一起，對金屬材料在潮差區(qū)環(huán)境下的應(yīng)力腐蝕性能進行更加科學(xué)的評價。

為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明的基于慢拉伸應(yīng)力腐蝕試驗機的間浸腐蝕試驗方法包括以下步驟：

步驟一：對試樣進行除銹，并通過酒精及蒸餾水清洗，清洗后目視檢測試樣表面是否存在裂紋，如有裂紋則選取新試樣替代，最后將清洗過且無裂紋的試樣自然晾干后放入干燥器皿中備用；

步驟二：將步驟一中處理好的試樣固定套設(shè)在腐蝕盒底部設(shè)置的的橡膠圈中，試樣的上端和下端分別從腐蝕盒的頂部和底部伸出，使試樣的中部處于間浸裝置的腐蝕盒中；

步驟三：將試樣的上端及下端分別與慢拉伸應(yīng)力腐蝕試驗機的連桿和底座固定連接；

步驟四：向間浸裝置的腐蝕介質(zhì)容器中加入腐蝕介質(zhì)；接通間浸裝置的恒溫水浴箱電源，對設(shè)置在恒溫水浴箱中的腐蝕介質(zhì)容器及腐蝕介質(zhì)進行水浴加熱到設(shè)定溫度；通過定時轉(zhuǎn)換器向間浸裝置的泵供電，腐蝕介質(zhì)經(jīng)泵抽入腐蝕盒中，并通過腐蝕盒側(cè)壁上的出液孔循環(huán)回流入腐蝕介質(zhì)容器，由腐蝕盒頂部溢出的腐蝕介質(zhì)流入套設(shè)在腐蝕盒外的溢流盒內(nèi)，并經(jīng)溢流盒底面上的溢流孔循環(huán)回流入腐蝕介質(zhì)容器，使腐蝕介質(zhì)與試樣流動接觸；定時轉(zhuǎn)換器可根據(jù)模擬試樣實際服役狀態(tài)下潮差區(qū)的間浸環(huán)境進行設(shè)置從而對泵的工作時間進行控制；

步驟五：開啟慢拉伸應(yīng)力腐蝕試驗機，通過連桿使試樣在恒定的應(yīng)變速率下拉伸直至斷裂，試驗過程中連續(xù)記錄位移及載荷隨時間的變化，同時通過試驗機軟件輸出應(yīng)力-應(yīng)變曲線，試驗結(jié)束后得到試驗時間、試驗最大載荷以及位移量，并根據(jù)試樣的尺寸計算斷裂強度和伸長率。

優(yōu)選的，所述步驟三中，試樣的上端及下端分別通過螺紋與慢拉伸應(yīng)力腐蝕試驗機的連桿和底座固定連接。

優(yōu)選的，所述步驟四中，腐蝕介質(zhì)為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的氯化鈉溶液，其PH=6.8～7.2；所述恒溫水浴箱的溫度設(shè)置為37℃；所述定時轉(zhuǎn)換器設(shè)置為每供電10分鐘，即關(guān)閉50分鐘的循環(huán)。

優(yōu)選的，所述步驟五中，設(shè)置慢拉伸應(yīng)力腐蝕試驗機的拉伸速率為0.0015mm/min，名義應(yīng)變速率為10^-6/s。

本發(fā)明中用于所述基于慢拉伸應(yīng)力腐蝕試驗機的間浸腐蝕試驗方法的間浸設(shè)備包括腐蝕盒、溢流盒、泵、恒溫水浴箱以及設(shè)置于恒溫水浴箱中的腐蝕介質(zhì)容器；所述腐蝕盒底面上開設(shè)有試樣孔及進液孔，側(cè)壁上開設(shè)有出液孔，試樣孔內(nèi)設(shè)置有用于固定試樣的橡膠圈，進液孔與泵的輸出端相連，出液孔與腐蝕介質(zhì)容器相連，泵用于將盛裝在腐蝕介質(zhì)容器中的腐蝕介質(zhì)經(jīng)進液孔輸入到腐蝕盒；所述溢流盒套設(shè)在腐蝕盒外，用于盛裝從腐蝕盒頂部溢出腐蝕介質(zhì)，溢流盒底部開設(shè)有溢流孔，該溢流孔與腐蝕介質(zhì)容器相連。

優(yōu)選的，所述腐蝕盒及溢流盒均為采用有機玻璃材料制成的長方體盒，其中腐蝕盒的規(guī)格為100*100*120mm，溢流盒的規(guī)格為120*120*40mm。

優(yōu)選的，所述泵為潛水泵，設(shè)置于腐蝕介質(zhì)容器的底部。

優(yōu)選的，所述泵通過定時轉(zhuǎn)換器控制開閉，所述定時轉(zhuǎn)換器為兩個GND-1節(jié)能定時轉(zhuǎn)換器串聯(lián)組成。

優(yōu)選的，所述試樣孔為上大下小的錐形孔。

優(yōu)選的，該裝置還包括一個用于測量腐蝕盒內(nèi)腐蝕介質(zhì)溫度的溫度計。

有益效果

本發(fā)明通過使用簡單的間浸裝置，即可方便有效地將慢拉伸應(yīng)力腐蝕試驗和間浸試驗結(jié)合在一起，為評價金屬材料在潮差區(qū)環(huán)境下的應(yīng)力腐蝕性能提供連續(xù)不間斷的表征材料應(yīng)力腐蝕敏感性的拉伸強度及伸長率等試驗數(shù)據(jù)，在腐蝕試驗檢測領(lǐng)域建立了一種新的測試平臺。這種方法具有可操作性強、改造費用低、實用性強等優(yōu)點，能夠適用于各種型號的慢拉伸應(yīng)力腐蝕試驗機和圓棒、矩形等試樣形式。間浸裝置結(jié)構(gòu)簡單、拆卸方便，不影響慢拉伸應(yīng)力腐蝕試驗機的正常使用。系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，能夠按不同要求設(shè)定工作程序，定時接通、斷開泵的工作用電，實現(xiàn)間浸環(huán)境，保證系統(tǒng)長時間穩(wěn)定運行。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的間浸裝置與試樣的配裝部分的示意圖；

圖2為本發(fā)明的間浸裝置與試樣及慢拉伸應(yīng)力腐蝕試驗機的配裝示意圖；

圖3為具體實施方式中1#試樣的慢拉伸試驗過程載荷-變形曲線圖；

圖4為具體實施方式中1#試樣的慢拉伸試驗過程應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖；

圖中標(biāo)記：1、腐蝕盒，2、溢流盒，3、泵，4、恒溫水浴箱，5、腐蝕介質(zhì)容器，6、進液孔，7、出液孔，8、橡膠圈，9、溢流孔，10、定時轉(zhuǎn)換器，11、溫度計，12、連桿，13、底座。

具體實施方式

由于本發(fā)明的試驗方法使用本發(fā)明的間浸裝置實現(xiàn)，故先闡述間浸裝置的具體實施方式。

如圖1及圖2所示，本發(fā)明的間浸裝置包括腐蝕盒1、溢流盒2、泵3、恒溫水浴箱4以及設(shè)置于恒溫水浴箱4中的腐蝕介質(zhì)容器5；本實施例中，泵3采用潛水泵，直接設(shè)置于腐蝕介質(zhì)容器5的底部，避免了腐蝕介質(zhì)泄露，營造良好的試驗環(huán)境；所述腐蝕盒1底面上開設(shè)有試樣孔，試樣孔設(shè)置為上大下小的錐形孔，錐形孔內(nèi)設(shè)置有用于固定試樣的橡膠圈8，試樣孔設(shè)置為錐形使孔內(nèi)設(shè)置的橡膠圈8更加穩(wěn)固，繼而使整個裝置與試樣連接更加穩(wěn)固，采用橡膠材質(zhì)的橡膠圈8可利用其良好的彈性固定各種尺寸規(guī)格的試樣，并保持腐蝕盒1底部與外界的密封。腐蝕盒1底面上還開設(shè)有進液孔6，側(cè)壁上開設(shè)有出液孔7，進液孔6通過柔性導(dǎo)管與泵3的輸出端相連，出液孔通過7柔性導(dǎo)管與腐蝕介質(zhì)容器5相連；腐蝕盒1中還設(shè)置有溫度計11用于測量腐蝕盒1內(nèi)腐蝕介質(zhì)的溫度，以隨時調(diào)整恒溫水浴箱4的設(shè)置溫度，使腐蝕盒1中的腐蝕介質(zhì)保持試驗溫度要求。所述溢流盒2套設(shè)于腐蝕盒1外，用于盛裝從腐蝕盒1頂部溢出腐蝕介質(zhì)，溢流盒2底部開設(shè)有溢流孔9，該溢流孔9柔性導(dǎo)管與腐蝕介質(zhì)容器5相連。

本實施例中的腐蝕盒1及溢流盒2均為采用透明的有機玻璃材料制成的長方體盒，隨時可觀測到腐蝕盒1內(nèi)試樣的腐蝕狀況，及確定斷裂時間。其中腐蝕盒1的規(guī)格為100*100*120mm，溢流盒2的規(guī)格為120*120*40mm，采用此種規(guī)格，除了可以節(jié)省材料，更經(jīng)試驗表明可保證從腐蝕盒1中溢出的腐蝕介質(zhì)剛好流入溢流盒2內(nèi)，不外濺，保持了良好的實驗環(huán)境，又能使溢流盒2的側(cè)壁不遮擋腐蝕盒1上的出液孔7，使出液孔7與腐蝕介質(zhì)容器5連接的導(dǎo)管設(shè)置順暢，不堵塞。

本實施例中，由于試驗過程耗時較長，故采用定時轉(zhuǎn)換器10控制泵3的開閉，繼而模擬潮差區(qū)的間浸環(huán)境，不需要操作者時刻守護。市售的GND-1節(jié)能定時轉(zhuǎn)換器，運行穩(wěn)定可靠，但只能設(shè)置20個時間段的定時開、關(guān)，本實施例中的定時轉(zhuǎn)換器10由兩個GND-1節(jié)能定時轉(zhuǎn)換器串聯(lián)組成，其中一個GND-1節(jié)能定時轉(zhuǎn)換器運行時，另一個GND-1節(jié)能定時轉(zhuǎn)換器處于常開狀態(tài)。為便于說明使用方法，兩個定時器分別標(biāo)識為1號和2號。

本實施例選用7000系鋁合金作為試樣，測試其在在慢拉伸及間浸腐蝕作用下的試驗數(shù)據(jù)，包括以下步驟：

步驟一：為方便試驗結(jié)果的對比，選取規(guī)格相同的7000系鋁合金試樣4件，分別標(biāo)號為1#、2#、3#及4#，對所述試樣進行除銹，并通過酒精及蒸餾水清洗，清洗后目視檢測試樣表面是否存在裂紋，如有裂紋則通過本發(fā)明的試驗方法不能正確表征試樣本身的間浸狀態(tài)下的應(yīng)力腐蝕特性，需選取新試樣替代，最后將清洗過且無裂紋的試樣自然晾干并放入干燥器皿中備用；

步驟二：將步驟一中處理后的1#試樣固定套設(shè)在腐蝕盒1底部設(shè)置的的橡膠圈8中，并使1#試樣的上端和下端分別從腐蝕盒1的頂部和底部伸出，使1#試樣的中部處于間浸裝置的腐蝕盒1中；

步驟三：將1#試樣的上端及下端分別通過螺紋與慢拉伸應(yīng)力腐蝕試驗機的連桿12和底座13固定連接，本實施例中不采用夾具夾持試樣是因為本實驗過程用時較長，一旦發(fā)生試樣與夾具脫落的情況則需選取新試樣從頭再來，故選取更加穩(wěn)固的螺紋連接方式；

步驟四：向間浸裝置的腐蝕介質(zhì)容器5中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5% ，PH=6.8～7.2的氯化鈉溶液，用于精確模擬試樣服役狀態(tài)下的腐蝕環(huán)境；接通間浸裝置的恒溫水浴箱4電源，對設(shè)置在恒溫水浴箱4中的腐蝕介質(zhì)容器5及腐蝕介質(zhì)進行水浴加熱，試驗過程中需保持腐蝕盒1中的氯化鈉容易的溫度為35℃，由于氯化鈉溶液在循環(huán)過程中存在熱量散失，所以恒溫水浴箱4的溫度設(shè)定要稍高于35℃，本實施例中，通過觀測腐蝕盒中設(shè)置的溫度計11的溫度變化，設(shè)定恒溫水浴箱4的溫度為37℃，即可使腐蝕盒1內(nèi)的氯化鈉溶液保持在所需的實驗溫度；通過定時轉(zhuǎn)換器10向間浸裝置的泵3供電，腐蝕介質(zhì)經(jīng)泵3抽入腐蝕盒1中，并通過腐蝕盒1側(cè)壁上的出液孔7循環(huán)回流入腐蝕介質(zhì)容器5，由腐蝕盒1頂部溢出的腐蝕介質(zhì)流入套設(shè)在腐蝕盒1外的溢流盒2內(nèi)，并經(jīng)溢流盒2底面上的溢流孔9循環(huán)回流入腐蝕介質(zhì)容器5，使腐蝕介質(zhì)與1#試樣流動接觸；定時轉(zhuǎn)換器10設(shè)置為每供電10分鐘，即關(guān)閉50分鐘，加速模擬試樣實際服役狀態(tài)下潮差區(qū)的間浸環(huán)境，對泵3的工作時間進行控制；

步驟五：開啟慢拉伸應(yīng)力腐蝕試驗機，通過連桿12使1#試樣在恒定的應(yīng)變速率下拉伸直至斷裂，拉伸速率為0.0015mm/min，名義應(yīng)變速率為10^-6/s，試驗過程中連續(xù)記錄位移及載荷隨時間的變化，同時通過試驗機軟件輸出應(yīng)力-應(yīng)變曲線，試驗結(jié)束后得到試驗時間、試驗最大載荷及位移量，并根據(jù)試樣的尺寸計算斷裂強度及伸長率；

步驟六：將2#試樣通過上述步驟二至步驟五進行重復(fù)試驗；將3#及4#試樣分別通過上述步驟三及步驟五進行對照試驗。

通過上述驗方法得到試驗結(jié)果見表1、圖3及圖4。其中表1為各試樣斷裂時間、斷裂強度及伸長率，圖3為1#試樣慢拉伸試驗過程載荷-變形曲線圖，圖4為1#試樣慢拉伸試驗過程應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖，從圖表中數(shù)據(jù)可得，試樣在間浸環(huán)境下的慢應(yīng)變速率拉伸試驗結(jié)果要差于空氣環(huán)境中的結(jié)果，符合實際情況；且1#、2#試樣試驗結(jié)果偏差不大，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。節(jié)能定時轉(zhuǎn)換器的時間控制編排程序見表2。

表1

表2