一種研究硫酸鹽還原菌對金屬應力腐蝕開裂影響規律的試驗裝置的制作方法

本實用新型涉及一種金屬應力腐蝕試驗裝置，尤其涉及一種能夠研究硫酸鹽還原菌的生命活動對金屬發生應力腐蝕開裂的影響及作用規律的試驗裝置。

背景技術：

金屬及其合金在應力與腐蝕環境共同作用下發生應力腐蝕開裂是一種十分危險的材料失效形式。應力腐蝕裂紋擴展速度較其它形式的腐蝕速度高出多個數量級，金屬構件往往在沒有任何征兆的情況下斷裂，造成巨大安全隱患。因此研究金屬發生應力腐蝕開裂的規律及機理具有重要意義。硫酸鹽還原菌是日常環境中一種十分常見的細菌，能夠將硫酸鹽還原成硫離子，現有的大量研究表明，其對金屬點蝕具有加速作用，但關于硫酸鹽還原菌對應力腐蝕的影響及作用機理的試驗研究卻很少。

目前，公知的涉及硫酸鹽還原菌與應力腐蝕的試驗方法有慢應變速率拉伸試驗，如謝飛等人實用新型的應力-電化學腐蝕測試裝置將應力腐蝕與硫酸鹽還原菌腐蝕相結合，但這種慢應變速率拉伸試驗不能實時地對試樣表面裂紋擴展行為進行觀察。目前還未發現涉及彎曲試樣與硫酸鹽還原菌腐蝕相結合的試驗裝置。這是因為用彎曲試樣進行試驗難以保證試驗過程中硫酸鹽還原菌所需的厭氧環境。根據標準GB/T 15970.3-1995和GB/T 15970.5-1998所推薦的U型環與C型環裝置，所需應力由與試樣相同材料做成的螺栓加載，造成試驗材料的額外消耗。

技術實現要素：

本實用新型要解決的問題是為克服現有技術沒有可用于研究硫酸鹽還原菌環境中金屬彎曲試樣應力腐蝕開裂影響規律與機理的試驗裝置的缺陷，提供了一種即保證厭氧、恒溫環境，又能進行腐蝕電化學試驗與試樣表面觀察的裝置。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：

試驗裝置，包括應力腐蝕試驗機、電化學工作站、氮氣瓶、恒溫水浴槽和控制系統，所述應力腐蝕試驗機通過氣體通口與氮氣瓶相連接，所述應力腐蝕試驗機通過三電極接口與電化學工作站相連接，所述應力腐蝕試驗機通過循環水接口與恒溫水浴槽相連接，所述應力腐蝕試驗機通過電路與控制系統相連接。

所述的應力腐蝕試驗機為對稱結構，交流電動機設置在殼體的底部，蝸桿支撐軸承和支撐軸承固定在外殼上，蝸桿與蝸桿支撐軸承垂直設置，傳動輪與蝸桿、螺桿支撐軸承、支撐軸承表面均具有相同的螺紋結構，彼此通過潤滑油潤滑；交流電動機通過鏈條向傳動輪傳遞動力；滑軌與支撐軸承相連并設置在蝸桿的下方，滑塊的底端滑動設置在滑軌內，滑塊的一側與蝸桿的一端相連，滑塊的另一側連接試件夾具，試件夾持在試件夾具上，所述的殼體的上部設有試件表面檢測器。

所述的傳動輪同軸剛性連接手輪。

所述的試件夾具由電絕緣性材料構成。

所述的試件表面檢測器由凸透鏡和鏡筒組成，凸透鏡上下移動設置在鏡筒內，鏡筒相對于殼體拆卸設置。

所述的滑塊與試件夾具之間設有試件提升轉輪，試件提升轉輪為一金屬圓盤形構造，試件提升轉輪內嵌在滑塊內部，試件提升轉輪繞自身中心軸自轉，試件提升轉輪外部延伸出一鉸接環，試件提升轉輪通過鉸接環與夾具鉸接，試件夾具在垂直于試件提升轉輪的平面內做二維轉動。

所述的試件提升轉輪與蝸桿內側端面相鄰，在對試件施加彎曲應力時，它們相互獨立，當試驗過程中需要將試件從溶液中取出觀察表面腐蝕形貌時，蝸桿與試件提升轉輪通過電磁力耦合連接，試件提升轉輪隨蝸桿的轉動而轉動。

所述的試件的下方設有恒溫水浴盒，恒溫水浴盒為具有中空夾層的方形盒子，恒溫水浴盒中空夾層與恒溫水浴槽連通，溶液盒放置在恒溫水浴盒內部。

本實用新型的優點效果如下：

1、整個應力腐蝕試驗機密封，并通過氮氣置換內部空氣，為硫酸鹽還原菌提供厭氧環境。

2、應力腐蝕試驗機內部構造合理，使得試驗過程中的應力加載、電化學測試、試樣表面觀察能夠在試驗機內室密閉無氧的情況下進行，保證了試驗的連續性。

3、動力裝置與控制系統和計算機相連接，通過專門軟件控制電機的轉數、轉向和轉速，通過壓緊彎曲試樣施加恒定應力，加載精度高。試驗過程中，還可以通過特定程序控制電機按交替方向旋轉，為試樣施加交變應力，研究試樣的腐蝕疲勞行為。

4、通過試樣提升轉盤與蝸桿之間的電磁力耦合連接，實現了試樣由溶液內部到凸透鏡觀察區的轉移。試樣加載應力和表面觀察均由軟件控制，自動化程度高。

附圖說明

圖1是本實用新型總連接示意圖。

圖2是本實用新型中應力腐蝕試驗機的內部結構圖。

圖3是本實用新型中應力腐蝕試驗機內部結構的左視圖。

圖中：1、計算機；2、控制系統；3、電化學工作站；4、輔助電極接口；5、參比電極接口；6、工作電極接口；7、應力腐蝕試驗機；8、恒溫水浴槽；9、氮氣瓶；10、外殼；11、交流電動機；12、鏈條；13、手輪；14、傳動輪；15、蝸桿；16、蝸桿支撐軸承；17、鏡筒；18、鏡片；19、鏡片固定螺釘；20、氮氣入口管路；21、恒溫水入口管路；22、支架；23、膠塞；24、恒溫水出口管路；25、空氣出口孔；26、墊片；27、支撐軸承；28、滑塊；29、試件夾具；30、試件提升轉輪；31、試件；32、滑軌；33、試驗機門；34、輔助電極；35、參比電極；36、工作電極導線；37、試驗溶液；38、溶液盒；39、恒溫水浴盒。

具體實施方式

下面結合附圖及實施例對本實用新型專利作進一步詳細的說明。

實施例

如圖1-3所示，控制系統2與應力腐蝕試驗機7的動力系統通過電路連接，由計算機1控制交流電動機的轉速、轉向和轉數，控制系統由可編程控制器與上位機組成。電化學工作站3的輔助電極接口4、參比電極接口5、工作電極接口6分別與應力腐蝕試驗機7提供的輔助電極34、參比電極35、工作電極36的三個接口連接，用于測試腐蝕過程中的電化學參數變化。恒溫水浴槽8分別與應力腐蝕試驗機7提供的恒溫水入口管路21、恒溫水出口管路24聯通，試驗前與試驗過程中，加熱到特定溫度的水循環流過恒溫水浴盒39，通過傳熱使溶液盒38內的試驗溶液保持恒溫。一方面，將此溫度設定在適合硫酸鹽還原菌生長的范圍內，能夠保證試驗過程中硫酸鹽還原菌的活性；另一方面，溫度在一定范圍內變化，能夠進行有關溫度對應力腐蝕行為影響的試驗。氮氣瓶9通過氮氣入口管路20為應力腐蝕試驗機7的內室提供氮氣。氮氣因密度小于空氣密度，開始時聚集在試驗機內的上部空間，隨著氮氣不斷流入，空氣被氮氣驅趕向下流動，不斷從空氣出口孔25流出。試驗開始前一段時間即打開氮氣瓶閥門，向試驗環境充入氮氣，通氮氣結束后將膠塞23塞入空氣出口孔25，隔絕空氣。

如圖2所示，所述的應力腐蝕試驗機為對稱結構，交流電動機設置在殼體的底部，交流電動機11接受控制系統指令，按照特定的方向、轉速旋轉一定的轉數。交流電動機11通過鏈條12向傳動輪14傳遞動力。蝸桿支撐軸承16和支撐軸承27固定在外殼10上，蝸桿15與蝸桿支撐軸承16垂直設置，傳動輪14與蝸桿15、螺桿支撐軸承16、支撐軸承27表面均具有相同的螺紋結構，彼此通過潤滑油潤滑。傳動輪14轉動時帶動蝸桿15轉動，因蝸桿支撐軸承16和支撐軸承27均固定在外殼10上，因此蝸桿15在自轉的同時還會沿水平方向移動。滑軌與支撐軸承相連并設置在蝸桿的下方，滑塊的底端滑動設置在滑軌內，滑塊的一側與蝸桿的一端相連，滑塊的另一側連接試件夾具29，試件夾持在試件夾具29上，滑塊28能夠在滑軌32上水平滑動，由蝸桿15為其提供動力。滑塊28的移動帶動試件夾具29移動，進而引起原本彎曲的試件進一步彎曲，彎曲試件的變形量與其應力狀態之間具有對應關系，電動機轉動圈數、傳動輪轉動圈數、蝸桿（或滑塊、試件夾具）水平位移、試樣變形量與試樣尖端應力大小之間具有確定的對應關系，因此通過輸入電動機的轉數即可對試樣施加特定大小的外加應力。還可以設定電動機通過正反方向交替轉動為試樣施加交變應力，此時電動機的轉速決定交變應力的頻率，轉數決定交變應力振幅。手輪13與傳動輪14同軸剛性連接，在斷電或動力設備故障時更能夠通過手動調節。裝置的動力系統、傳動系統均對稱分布，能夠通過控制系統實現同步控制。

如圖2、3所示，試件提升轉輪30為一金屬圓盤形構造，內嵌在滑塊28內部，能夠繞中心軸自轉，外部延伸出一鉸接環，能夠與夾具鉸接。鉸接后，試件夾具能夠在與試件提升轉輪外表面垂直的平面內做二維轉動。試件提升轉輪30與蝸桿15內側端面相鄰，且間隔距離較小，在對試件施加彎曲應力時，它們相互獨立。當試驗過程中需要將試件從溶液中取出觀察表面腐蝕形貌時，可通過電磁力使它們彼此耦合，這時試件提升轉輪可以隨蝸桿15的轉動而轉動，當蝸桿15轉動半周時，試件即由溶液轉動到凸透鏡18下方，通過鏡片固定螺釘19可以調整凸透鏡的上下位置，使試樣彎曲部分（最大應力處）置于透鏡的焦距之內，放大試樣以方便觀察表面腐蝕形貌。也可以將裝置與光學顯微鏡配合，更加詳細地觀察試件表面。

兩臺交流電動機構成動力裝置，電動機轉速、轉向均由控制系統控制。

所述的傳動輪、蝸桿、滑塊各個部件通過緊密銜接，將動力傳遞到試件。傳動輪外接手輪，在斷電或動力系統出現故障時，能夠實現手動加載。

所述的試件夾具由電絕緣性材料組成，如PE塑料，避免試件發生電偶腐蝕。

所述的試件表面檢測器由凸透鏡和鏡筒組成，鏡筒相對于外殼可拆卸。凸透鏡相對于鏡筒可上下移動，以使試件觀測點在凸透鏡焦距之內。

所述的氮氣瓶通過應力腐蝕試驗機外殼上部的氣體入口輸入氮氣，因氮氣密度小于空氣，氣體聚集在內室空間上方。外殼下部有空氣排出口，隨著氮氣輸入量不斷增加，空氣被逐步排出，此時關閉空氣排出口，即可形成適合硫酸鹽還原菌生長的無氧環境。

所述的試件的下方設有恒溫水浴盒，恒溫水浴盒為方形盒子，具有中空夾層。恒溫水浴槽與內室的恒溫水浴盒連接，將恒溫水循環通過中空夾層。溶液盒放置在恒溫水浴盒內部，通過傳熱，使試驗溶液在試驗過程中保持恒溫。

以上關于本實用新型的具體描述，僅用于說明本實用新型而并非受限于本實用新型實施例所描述的技術方案。本領域的普通技術人員應當理解，仍然可以對本實用新型進行修改或等同替換，以達到相同的技術效果。只要滿足使用需要，都在本實用新型的保護范圍內。