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专利名称：一种高温高压原位多道快速划伤电极系统的制作方法
技术领域：
一种高温高压原位多道快速划伤电极系统技术领域[0001]本实用新型涉及耐蚀材料表面再钝化动力学参数测量技术，具体为一种高温高压 原位多道快速划伤电极系统。
背景技术：
[0002]依赖表面形成致密钝化膜而具有腐蚀抗力的耐蚀合金，当局部表面的钝化膜因机 械破坏露出新鲜表面时，则会加剧新鲜表面处腐蚀的发生，从而在该位置形成新的钝化膜， 且再钝化的发生依赖材料本身和环境因素的共同作用。材料的应力腐蚀敏感性一般通过恒 载荷试验、恒应变试验和慢应变速率拉伸试验等进行评价。这些应力腐蚀敏感性评价方法 依赖加载条件和样品几何尺寸，并不能反映材料本身的抗应力腐蚀能力，且所需的实验周 期较长，费用也较高。根据滑移-溶解模型，膜破位置的再钝化动力学参数也和应力腐蚀裂 纹的萌生和扩展过程密切相关。因此，通过再钝化动力学参数法评定材料的应力腐蚀敏感 性是一个便捷有效且经济的方法，尤其对于长期在高温高压环境中服役的耐蚀材料。[0003]目前，材料再钝化动力学参数的测定主要通过划伤电极法来实现。在高温高压环 境中材料新鲜表面的重新成膜是一个快速过程，那么这就要求划伤速度也必须快，否则将 会导致试样表面边划伤、边钝化，那么采集得到的信号也是新鲜表面的钝化信号和稍早前 划伤表面钝化信号的一系列叠加，不能准确反映材料在特定环境中的再钝化能力。为了满 足绝缘且能划伤金属表面的要求，划头材质一般使用氧化铝陶瓷、碳化硅陶瓷和金刚石等 硬质脆性材料。由于快速划伤过程会给划头尖端造成较大的冲击，从而容易导致划头尖端 发生碎裂。因此，单一划头往往造成实验失败。为了提高实验效率，需要在试样表面的不 同位置产生多道划伤。然而，由于高温高压原位多道快速划伤电极系统复杂，不仅要实现 高温高压下材料表面钝化膜的原位多道快速划伤，还要考虑到高温高压下划头快速运动的 实现、快速运动轴和高压釜内、外之间的压力平衡、密封、高精度计时、试样和金属容器的绝 缘、信号线的引出等一系列问题。正是因为这些实验设备上的技术困难，限制了对核电和火 电等高温高压环境中使用的耐蚀材料钝化能力的原位表征。目前，相关设备还未见有报道。实用新型内容[0004]本实用新型的目的在于提供一种高温高压原位多道快速划伤电极系统，解决现有 技术在高温高压环境下难以实现原位多道快速划伤、划伤试样的固定、绝缘、划头的精确转 位、信号线的引出、快速运动轴的压力平衡、密封和划伤过程高精度计时等一系列问题。[0005]本实用新型的技术方案[0006]一种高温高压原位多道快速划伤电极系统，该系统设有高温高压工作电极、高温 高压辅助电极、高温高压参比电极、上下高压釜盖、高压釜体、快速运动轴、划头、试样方位 刻度盘、手动划头转向盘、环形加热器，具体结构如下[0007]高压釜体和上下两个高压釜盖构成高压釜，高压釜体设置于上下两个高压釜盖之 间，高压釜体和上下两个高压釜盖连接；在上高压釜盖上设置热电偶、高温高压工作/辅助电极座和高温高压参比电极，高压釜体内设置辅助电极、划头、工作电极，辅助电极和工作电极分别通过导线穿过高温高压工作/辅助电极座，高温高压参比电极的导液管伸至高压釜体内；快速运动轴上部导向杆穿过导向平台板中心的导向孔，引导快速运动轴上下运动，导向平台板通过导向平台板固定孔与高压釜体内的支架杆连接，快速运动轴和高压釜之间设有压力平衡机构，并通过密封圈进行密封，快速运动轴下部与气动装置的气动活塞连杆相连接，快速运动轴上装有划头，试样固定槽设置于固定平台上；高压釜体的外侧设置环形加热器，高压釜外设置双立柱支架，双立柱支架上的两个立柱立柱I和立柱II平行设置于上下两个高压釜盖、高压釜体、环形加热器的两侧；立柱I上设置滑块I，为液压驱动，立柱II上设置滑块II，为手动升降盘驱动；滑块I连有高压釜体和配重，高压釜体外侧设有环形加热器，滑块II连有上高压釜盖；快速运动轴上设有划头固定段，分别装有三个不同高度和方向划头，划头A和划头C的中心线平行，且均与快速运动轴的中心线以及划头B的中心线异面垂直，划头B的中心线垂直于快速运动轴的中心线；运动轴上端设有四方导向杆和圆柱状转向杆，在导向杆与划头固定段之间通过转向杆连接；快速运动轴外部轴套下端设有试样方位刻度盘，试样方位刻度盘的侧面还设置竖向参考线；快速运动轴下端设有手动划头转向盘，手动划头转向盘上分别标有三个划头方位参考线；实验前，将试样方位刻度盘和手动划头转向盘上各参考线位置分别与各自对应的试样或划头实物位置调节一致；将快速运动轴运动到上端并使其上部的转向杆位于导向平台板的导向孔中，通过转动手柄使试样和划头的方位参考线对应一致，实现不同划头在试样表面不同位置的划伤。所述的高温高压原位多道快速划伤电极系统，还包括控制箱，控制箱内设置加热电源开关、加热指示灯、超温报警灯、超压报警灯、计时器复位按钮、温度控制器、加热电压调节器、压力显示器和精密计时器；其中，精密计时器连有计时器复位按钮，压力显示器连有超压报警灯，超温报警灯与温度控制器相连，加热电源开关与加热电压调节器连接，加热电源开关连有加热指示灯，加热电压调节器与温度控制器连接，压力显示器和温度控制器连至控制箱内部继电器，控制箱内部继电器通过导线连接环形加热器的电炉丝，形成超温断电加热结构和超压断电加热结构。所述的高温高压原位多道快速划伤电极系统，滑块I的高度通过液压机构调节，立柱I的下部设有液压油缸，液压油缸采用脚踏油泵，在液压油缸底部外侧连有踏板及弹簧复位机构；滑块II与立柱之间采用螺母丝杠的调节机构，立柱II的顶部设置手动升降盘，通过调节手动升降盘使滑块II在立柱II上下运动。所述的高温高压原位多道快速划伤电极系统，通过压力平衡机构维持快速运动轴在高压釜内外的平衡，快速运动轴采用分段连接的方式，在下高压釜盖上设有快速运动轴轴套，轴套外部设有冷却水套。所述的高温高压原位多道快速划伤电极系统，上高压釜盖上的热电偶伸入高压釜体中，高压釜气相口分三路，分别连接压力表、安全阀、压力变送器；上高压釜盖设有与高压釜体内腔相通的排气通道，所述排气通道的出气端装有高压釜排气阀；下高压釜盖上设有与高压釜体内腔相通的进气通道和进液通道，所述进气通道的进气端装有进气阀，所述进液通道的进液端装有进液阀，进液通道伸至与高压釜体内腔的上部。[0015]所述的高温高压原位多道快速划伤电极系统，辅助电极通过外部套有聚四氟乙烯热缩管的钼丝作为导线点焊在钼片后面，工作电极通过外部套有聚四氟乙烯热缩管的纯镍丝或不锈钢丝作为导线点焊在金属试样上；高温高压工作/辅助电极座中设有高温胶塞，辅助电极上的导线和工作电极上的导线从高温高压工作/辅助电极座中弓I出。所述的高温高压原位多道快速划伤电极系统，还设有电化学工作站，电化学工作站上的工作电极、辅助电极和参比电极的引线夹头分别与高温高压工作电极导线、高温高压辅助电极导线和高温高压参比电极导线连接。所述的高温高压原位多道快速划伤电极系统，平台上开有平台升降孔，高压釜内支架杆穿设于平台升降孔，平台通过与平台平行的平台固定螺栓固定于高压釜内支架杆上，高压釜内支架杆两端设有螺纹，高压釜内支架杆通过螺纹固定于下高压釜盖上。所述的高温高压原位多道快速划伤电极系统，划头后部设有弹簧，在划头侧面设置划头固定螺栓，试样固定在试样固定槽中，在试样背部设有试样紧固螺栓于试样固定槽上，试样和固定试样的装置之间采用绝缘结构聚四氟乙烯槽，聚四氟乙烯槽安装于试样固定槽的凹形槽中，凹形槽为收口夹持形状，其开口顶部宽度小于底部宽度，便于将工作电极固定于聚四氟乙烯槽中，聚四氟乙烯槽和试样紧固螺栓之间设有垫片。所述的高温高压原位多道快速划伤电极系统，气动活塞连杆的一端与快速运动轴下端相连接，气动活塞连杆的另一端设有在气缸中往复运动的活塞，进气口和排气口分别通过换向阀与气缸中的两个腔连通，通过换向阀实现运动轴的快速上下运动；快速运动轴和气动装置的气动活塞连杆连接处设有磁钢，磁钢与霍尔传感器相对应，配合霍尔传感器和精密计时器将快速运动轴的运动时间精确记录，霍尔传感器的高度位置可调。本实用新型的有益效果是1、本实用新型系统实现了试样在高温高压下原位快速划伤和再钝化行为研究。通过使试样和装置间绝缘，利用安装在高压釜上的高温高压参比电极和高温高压工作、辅助电极配合电化学工作站可将划伤过程中试样表面膜由发生破坏到再钝化这一过程的信号检测出来。2、本实用新型通过将快速运动轴和外部气缸的活塞连杆相连接，具有划伤速度快的特点，并可调节气动装置进口处气压改变快速运动轴的划伤速度。3、本实用新型在快速运动轴和外部气缸活塞连杆的连接处设有磁钢，配合霍尔传感器和精密计时器可将快速运动轴的运动时间精确测量，且霍尔传感器的高度位置可调，便于划伤实验结果的量化对比。4、本实用新型通过在快速运动轴的划头固定段中安装三个不同高度和方向的划头，并精确控制快速运动轴的转位，可在试样表面不同位置产生多道划伤。5、本实用新型通过在划头后部设置弹簧，可以通过调节划头和试样之间的距离来控制划头划过试样表面时的力度大小。6、本实用新型通过更换不同角度的划头和调节划头和试样间的距离，可以产生不同宽度和不同深度的划痕。7、本实用新型通过压力平衡的方式解决了快速运动轴的压力平衡和密封的问题。8、本实用新型中的划轴通过分段连接，易于拆卸和维护。9、本实用新型通过在控制部分分别设置超温自动断电和超压自动断电，使该系统在工作时更加安全可靠。[0030]10、本实用新型在高压釜外设置标准接口，可通过卡套与外部具有自动控制功能 的高温高压水循环腐蚀实验系统(参见中国发明专利201010275276. 2，申请日2010年09 月08日；中国实用新型专利201020521040. 8，申请日2010年09月08日，授权日2011 年06月01日)连接，从而可精确控制高压釜内的水化学环境。[0031]11、本实用新型通过在运动轴上端设有四方导向杆和圆柱状转向杆，快速运动轴 外部轴套下端设有试样方位刻度盘；快速运动轴下端设有手动划头转向盘，盘上分别标有 三个划头方位参考线。实验前，将试样方位刻度盘和手动划头转向盘上各参考线位置分别 与各自对应的试样或划头实物位置调节一致。将快速运动轴运动到上端并使其上部的转向 杆位于导向平台板的导向孔中，通过转动手柄使试样和划头的方位参考线对应一致，即可 实现不同划头在试样表面不同位置的划伤。


[0032]图1为高温高压原位多道快速划伤电极系统结构示意图；[0033]图中，I参比电极；2手动升降盘；3电极冷却水入口 ；4立柱II ;5热电偶；6滑块 II ;7导向平台板；8工作电极(试样)；9环形加热器；10快速运动轴；11-1划头A;ll-2划 头B;ll-3划头C ; 12进气阀；13快速运动轴冷却水入口 ； 14换向阀开关；15换向阀；16气 动活塞连杆；17活塞；18进气口 ； 19排气口 ；20放气阀；21踏板；22液压油缸；23霍尔传感 器；24快速运动轴冷却水出口 ；25进液阀；26辅助电极；27配重；28滑块I ;29高压釜排气 阀；30上高压釜盖；31立柱I ;32电极冷却水出口 ；33压力变送器；34压力表；35安全阀； 36磁钢；37下高压釜盖；38高压釜体；39高温高压工作/辅助电极座；40导液管；41气缸； 42支架杆；62轴套；63冷却水套；64导向杆；65划头固定段；66试样方位刻度盘；67手柄； 68手动划头转向盘。[0034]图2为图1中高压釜体内部结构示意图；[0035]图中，8工作电极(试样);10快速运动轴；11_2划头B ;38高压釜体；43平台；44平 台升降孔；45平台固定螺栓；46弹簧；47试样固定槽；49试样紧固螺栓；50聚四氟乙烯槽； 51划头固定螺栓；65划头固定段；69垫片。[0036]图3为图1中导向平台板结构示意图；[0037]图中，7导向平台板；52导向孔；53导向平台板固定孔。[0038]图4为快速运动轴上端三维立体结构示意图；[0039]图中，10快速运动轴；11_1划头A;ll-2划头B;ll-3划头C;64导向杆；65划头 固定段；70转向杆。[0040]图5为快速运动轴下端精确转位部分结构示意图；[0041]图中，66试样方位刻度盘；67手柄；68手动划头转向盘；71轴套孔；72试样方位参 考线；73划头A方位参考线；74划头B方位参考线；75划头C方位参考线；76紧固螺栓；77 快速运动轴孔；78紧固螺栓。[0042]图6为多道快速划伤二维平面原理示意图；[0043]图中，8工作电极(试样)；10快速运动轴；11_1划头A ;11_2划头B ;11_3划头C ; 79快速运动轴中心轴线；80划头A工作位置；81划头C工作位置；82划头A、C尖端旋转轨迹圆；83划头B尖端旋转轨迹圆。图7为高温高压原位多道快速划伤电极系统控制箱；图中，48加热指示灯；54加热电压调节器；55压力显示器；56精密计时器；57计时器复位按钮；58超压报警灯；59超温报警灯；60加热电源开关；61温度控制器。
具体实施方式
如图1-图7所示，本实用新型高温高压原位多道快速划伤电极系统是在中国发明专利申请(申请号201210250420. 6，申请日2012年07月19日)的基础上的进一步改进，该系统设有参比电极1、手动升降盘2、电极冷却水入口 3、立柱II 4、热电偶5、滑块II 6、导向平台板7、工作电极(试样)8、环形加热器9、快速运动轴10、划头(划头A11-1、划头B11-2、划头C11-3)、进气阀12、快速运动轴冷却水入口 13、换向阀开关14、换向阀15、气动活塞连杆16、活塞17、进气口 18、排气口 19、放气阀20、踏板21、液压油缸22、霍尔传感器23、快速运动轴冷却水出口 24、进液阀25、辅助电极26、配重27、滑块I 28、高压釜排气阀29、上高压釜盖30、立柱I 31、电极冷却水出口 32、压力变送器33、压力表34、安全阀35、磁钢36、下高压釜盖37、高压釜体38、高温高压工作/辅助电极座39、导液管40、气缸41、支架杆42、平台43、平台升降孔44、平台固定螺栓45、弹簧46、试样固定槽47、加热指示灯48、试样紧固螺栓49、聚四氟乙烯槽50、划头固定螺栓51、导向孔52、导向平台板固定孔53、加热电压调节器54、压力显示器55、精密计时器56、计时器复位按钮57、超压报警灯58、超温报警灯59、加热电源开关60、温度控制器61、轴套62、冷却水套63、导向杆64、划头固定段65、试样方位刻度盘66、手柄67、手动划头转向盘68、垫片69、转向杆70、轴套孔71、试样方位参考线72、划头A方位参考线73、划头B方位参考线74、划头C方位参考线75、紧固螺栓76、快速运动轴孔77、紧固螺栓78、快速运动轴中心轴线79、划头A工作位置80、划头C工作位置81、划头A、C尖端旋转轨迹圆82、划头B尖端旋转轨迹圆83等，具体结构如下高压釜体38和上下两个高压釜盖(上高压釜盖30、下高压釜盖37)构成高压釜，高压釜体38设置于上下两个高压釜盖之间，高压釜体38和上下两个高压釜盖连接；在上高压釜盖30上设置热电偶5、高温高压工作/辅助电极座39和高温高压参比电极1，高压釜体38内设置辅助电极26、划头(划头A11-1、划头B11-2、划头C11-3)、工作电极(试样)8，辅助电极26和工作电极(试样)8分别通过导线穿过高温高压工作/辅助电极座39，高温高压参比电极I的导液管40伸至高压釜体38内；高温高压工作/辅助电极座39和高温高压参比电极I之间设置循环冷却水通道，高温高压参比电极I上设有电极冷却水入口 3，高温高压工作/辅助电极座39上设有电极冷却水出口 32。快速运动轴10上部的导向杆64穿过导向平台板7中心的导向孔52(方孔)，引导快速运动轴10上下运动，导向平台板7的四周分别设有导向平台板固定孔53 (图3)，导向平台板7通过导向平台板固定孔53与高压釜体38内的支架杆42连接，导向杆64引导快速运动轴10通过导向孔52上下运动，快速运动轴10和高压釜之间设有压力平衡机构，并通过密封圈进行密封，快速运动轴10下部与气动装置的气动活塞连杆16相连接。快速运动轴10上设有划头固定段65，在划头固定段65上安装三个不同高度和方向的划头划头A11-1、划头B11-2、划头C11-3，并且三个划头所指方向分别与四方导向杆64的三个平面垂直，在导向杆64与划头固定段65之间通过转向杆70连接(图4)。[0049]如图6所示，多道快速划伤二维平面原理如下[0050]快速运动轴IO上的划头固定段6 5上，通过划头A11 -1、划头B11 -2、划头C11 -3在 工作电极(试样)上进行多道快速划伤试验，划头All-1和划头Cl 1-3的轨迹为划头A、C尖 端旋转轨迹圆82，划头B11-2的轨迹为划头B尖端旋转轨迹圆83，划头A、C尖端旋转轨迹圆 82位于划头B尖端旋转轨迹圆83外侧，划头Al 1-1在划头A工作位置80划伤工作电极(试 样)8，划头Cl 1-3在划头C工作位置81划伤工作电极(试样)8。划头All-1和划头C11-3 的中心线平行，且均与快速运动轴中心轴线79以及划头B的中心线异面垂直；划头B的中 心线垂直于快速运动轴中心轴线79。[0051]高压釜体38的外侧设置环形加热器9，高压釜外设置双立柱支架，双立柱支架上 的两个立柱立柱I 31、立柱II 4平行设置于上下两个高压釜盖、高压釜体38、环形加热器 9的两侧；立柱I 31上设置滑块I 28，为液压驱动；立柱II 4上设置滑块II 6，为手动升降 盘驱动。滑块I 28连有高压釜体38和配重27，高压釜体38外侧设有环形加热器9，滑块 II 6连有上高压釜盖30。[0052]另外，如图7所示，还包括控制箱，控制箱内设置加热电源开关60、加热指示灯48、 超温报警灯59、超压报警灯58、计时器复位按钮57、温度控制器61、加热电压调节器54、压 力显示器55和精密计时器56 ;其中，精密计时器56连有计时器复位按钮57，压力显示器55 连有超压报警灯58，超温报警灯59与温度控制器61相连。加热电源开关60与加热电压 调节器54连接，加热电源开关60连有加热指示灯48，加热电压调节器54与温度控制器61 连接，压力显示器55和温度控制器61连至控制箱内部继电器，控制箱内部继电器通过导线 连接环形加热器9的电炉丝，形成超温断电加热结构和超压断电加热结构。[0053]滑块I 28的高度通过液压机构调节，立柱I 31的下部设有液压油缸22，液压油 缸22采用脚踏油泵，在液压油缸22底部外侧连有踏板21及弹簧复位机构，液压油缸22通 过其底部外侧的踏板21并配合其中部的手动阀门启动，实现滑块I 28沿着立柱I 31上下 运动；滑块II 6与立柱II 4之间采用螺母丝杠的调节机构，立柱II 4的顶部设置手动升降盘 2，通过调节手动升降盘2使滑块II 6在立柱II 4上下运动。[0054]通过压力平衡机构维持快速运动轴在高压釜内外的平衡，快速运动轴10采用分 段连接的方式，在下高压釜盖37上设有快速运动轴轴套62，轴套62外部设有冷却水套63， 冷却水套63上分别设有快速运动轴冷却水入口 13和快速运动轴冷却水出口 24。在轴套 62外侧还设有试样方位刻度盘66，试样方位刻度盘66的中心为用于安装轴套62的轴套孔 71，试样方位刻度盘66的侧面设置紧固螺栓78，用于与轴套62紧固连接；另外，试样方位 刻度盘66的侧面还设置竖向参考线试样方位参考线72 ;试样方位刻度盘66的下部设置 手动划头转向盘68于快速运动轴10上，手动划头转向盘68的侧面设置手柄67和紧固螺 栓76，手动划头转向盘68的中心为与快速运动轴孔10配合的快速运动轴孔77，手动划头 转向盘68通过紧固螺栓76与快速运动轴10紧固连接。手动划头转向盘68侧面设置竖向 参考线划头A方位参考线73、划头B方位参考线74、划头C方位参考线75 (图5)。[0055]上高压釜盖30上设有热电偶5伸入高压釜体38中，上高压釜盖30上设有高压釜 气相口，高压釜气相口分三路，分别连接压力表34、安全阀35、压力变送器33。[0056]上高压釜盖30设有与高压釜体38内腔相通的排气通道，所述排气通道的出气端 装有高压釜排气阀29 ;下高压釜盖37上设有与高压釜体38内腔相通的进气通道和进液通道，所述进气通道的进气端装有进气阀12，所述进液通道的进液端装有进液阀25，进液通 道伸至与高压釜体38内腔的上部。[0057]辅助电极26通过外部套有聚四氟乙烯热缩管的钼丝作为导线点焊在钼片后面， 工作电极(试样)8通过外部套有聚四氟乙烯热缩管的纯镍丝或不锈钢丝作为导线点焊在金 属试样上；高温高压工作/辅助电极座39中设有四孔高温胶塞，辅助电极26上的导线和工 作电极(试样)8上的导线从高温高压工作/辅助电极座39中引出。[0058]另外，还设有电化学工作站，电化学工作站上的工作电极、辅助电极和参比电极的 引线夹头分别与高温高压工作电极(试样)8导线、高温高压辅助电极26导线和高温高压参 比电极I导线连接。[0059]如图2所示，平台43上开有平台升降孔44，高压釜内支架杆42穿设于平台升降 孔44，平台43通过与平台43平行的四个平台固定螺栓45固定于高压釜内支架杆42上，高 压釜内支架杆42两端设有螺纹，高压釜内支架杆42通过螺纹固定于下高压釜盖37上。高 压釜体38内快速运动轴10上的划头固定段65上设置划头(划头A11-1、划头B11-2、划头 C11-3)，每个划头后部设有弹簧46，在划头侧面设置划头固定螺栓51，试样固定槽47设置 于平台43上，工作电极(试样)8固定在试样固定槽47中，在工作电极(试样)8背部设有试 样紧固螺栓49于试样固定槽47上，在聚四氟乙烯槽50与试样紧固螺栓49之间设有垫片 69，工作电极(试样)8和固定试样的装置之间采用绝缘结构聚四氟乙烯槽50，聚四氟乙烯 槽50安装于试样固定槽47的凹形槽中，凹形槽为收口夹持形状，其开口顶部宽度小于底部 宽度，便于将工作电极(试样)8固定于聚四氟乙烯槽50中。[0060]气动活塞连杆16的一端与快速运动轴10下端相连接，气动活塞连杆16的另一端 设有在气缸41中往复运动的活塞17，进气口 18和排气口 19分别通过换向阀15与气缸41 中的两个腔连通，从而通过换向阀实现运动轴的上下运动。气缸41下部还设有放气阀20， 其作用是进一步加快快速运动轴向下运动的速度。[0061]快速运动轴10和气动活塞连杆16连接处设有磁钢36，磁钢36与霍尔传感器23 相对应，配合霍尔传感器23和精密计时器56可将快速运动轴的运动时间精确记录。[0062]本实用新型中，高温高压是指最高工作温度为350°C，最高工作压力为20MPa。[0063]本实用新型中，快速运动轴单次向下运动的最快运动速度为4m/s。[0064]本实用新型中，高压釜中的高温高压溶液会对快速运动轴产生一个向下的作用 力，而快速运动轴轴套下部与高压釜相连通的腔内高压液体则会对快速运动轴产生一个向 上的作用力。压力平衡机构主要是指这两个力之间的平衡。此外，快速运动轴还受其与密封 圈之间的摩擦力以及自身重力作用，快速运动轴的平衡主要是这受这四个力的共同作用。[0065]本实用新型中，精密计时器的计时分辨率为O.1ms0[0066]本实用新型中，高温胶塞的最高工作温度为260°C。因为高温高压工作/辅助电极 座中通有冷却水，所以高温胶塞在正常工作时处于常温状态。[0067]本实用新型高温高压原位多道快速划伤电极系统的工作过程如下[0068]一、当高温高压原位多道快速划伤电极系统不与外部具有自动控制功能的高温高 压水循环腐蚀实验系统相连时[0069]1、将纯镍丝或不锈钢丝外表面套一层聚四氟乙烯热缩管，用热风枪热缩后作为导 线焊接在工作电极(试样)8表面；[0070]2、将工作电极(试样)8安装在设有聚四氟乙烯槽50的试样固定槽47中，并将工 作电极(试样)8背部的试样紧固螺栓49拧紧；[0071]3、将试样方位刻度盘66和手动划头转向盘68上各参考线(试样方位参考线72、划 头A方位参考线73、划头B方位参考线74、划头C方位参考线75)位置分别与各自对应的 试样或划头实物位置调节一致，并使三个划头(划头A11 -1、划头B11 -2、划头C11 -3 )所指方 向分别与四方导向杆64的三个平面垂直，拧紧快速运动轴10上各连接部分的螺纹；[0072]4、将辅助电极26安装在高压釜中，并保持与试样正对；[0073]5、将高温高压参比电极I标定后安装在上高压釜盖30上，并保持高温高压参比电 极I上部的出液口关闭；[0074]6、分别调节三个划头(划头A11 -1、划头B11 -2、划头C11 -3 )和工作电极(试样)8的 距离及划头背部的弹簧46，保证各个划头在划动的过程中能与工作电极(试样)8接触，且不 会触及辅助电极26。将快速运动轴10运动到上端使其上部的转向杆70位于导向平台板7 的导向孔52中；[0075]7、调节液压升降机构(液压油缸22)，将高压釜体38和下高压釜盖37调节到合适 的高度，拧紧下高压釜盖37上的螺栓；[0076]8、往高压釜中加入体积为高压釜容积1/2到2/3的溶液，溶液可以根据实际工作 环境选择，如模拟核电站一回路含硼酸和氢氧化锂的水溶液等，并保证工作电极(试样)8、 辅助电极26和高温高压参比电极导液管40的下端能完全浸没在溶液中；[0077]9、调节手动升降盘2，将上高压釜盖30和高压釜体38调节到合适的高度，并将工 作电极(试样)8和辅助电极26导线从上高压釜盖的高温高压工作/辅助电极座39中引出， 拧紧上高压釜盖30上的螺栓；[0078]10、根据实验需要从下高压釜盖37的进气口向高压釜体38中通入氮气除氧，然后 从上高压釜盖30的高压釜排气阀29中排出。除气结束后，将下高压釜盖37的进气阀12和 上高压釜盖30的高压釜排气阀29依次关闭，并打开高温高压参比电极I上部的出液口 ；[0079]11、设定温度控制器61上的目标温度、超温自动断电的温度上限、加热调节电压 以及超压自动断电的压力上限等参数；[0080]12、打开冷却水开关，往高温高压电极冷却水入口 3和快速运动轴轴套外部的冷 却水套63中通入冷却水；[0081]13、打开加热电源开关60，待高温高压参比电极I出液口连续出水后，将出液口处 阀门抒紧关闭；[0082]14、待温度达到设定值，并趋于稳定后，根据实验需要利用恒电位仪给试样上加一 恒电位，并稳定一段时间使其处于钝化状态。通过手柄67转动手动划头转向盘68使实验 所需用划头的方位参考线与试样方位参考线对应一致。按下计时器复位按钮57，打开气缸 41下部的放气阀20。然后，按动换向阀开关14，使气缸41上部快速充气，进而推动气缸内 活塞、与活塞杆连接的快速运动轴10根据需要的速度快速向下运动，由此带动划头(划头 A11-1、划头B11-2、划头C11-3)从上往下快速划过工作电极(试样)8表面，破坏试样表面钝 化膜。通过电化学工作站快速采集和记录试样表面钝化膜重新成膜过程中的电流变化。[0083]15、完成单次快速划伤后，关闭气动部分的放气阀20，拉开换向阀开关14，使气缸 41下部充气，进而推动气缸内活塞、与活塞杆连接的快速运动轴10根据需要的速度向上运动，使划头(划头A11-1、划头B11-2、划头C11-3)位置恢复到初始位置。重复步骤14可再 次进行再钝化实验研究。[0084]二、当高温高压原位多道快速划伤电极系统与外部具有自动控制功能的高温高压 水循环腐蚀实验系统相连时[0085]1、将纯镍丝或不锈钢丝外表面套一层聚四氟乙烯热缩管，用热风枪热缩后作为导 线焊接在工作电极(试样)8表面；[0086]2、将工作电极(试样)8安装在设有聚四氟乙烯槽50的试样固定槽中，并将工作电 极(试样)8背部的试样紧固螺栓49拧紧；[0087]3、将试样方位刻度盘66和手动划头转向盘68上各参考线(试样方位参考线72、划 头A方位参考线73、划头B方位参考线74、划头C方位参考线75)位置分别与各自对应的 试样或划头实物位置调节一致，并使三个划头(划头A11 -1、划头B11 -2、划头C11 -3 )所指方 向分别与四方导向杆64的三个平面垂直，拧紧快速运动轴10上各连接部分的螺纹；[0088]4、将辅助电极26安装在高压釜中，并保持与试样正对；[0089]5、将高温高压参比电极I标定后安装在上高压釜盖30上，并保持高温高压参比电 极I上部的出液口打开；[0090]6、分别调节三个划头(划头A11 -1、划头B11 -2、划头C11 -3 )和工作电极(试样)8的 距离及划头背部的弹簧46，保证各个划头在划动的过程中能与工作电极(试样)8接触，且不 会触及辅助电极26。将快速运动轴10运动到上端使其上部的转向杆70位于导向平台板7 的导向孔52中；[0091]7、调节液压升降机构(液压油缸22)，将高压釜体38和下高压釜盖37调节到合适 的高度，拧紧下高压釜盖37上的螺栓；[0092]8、调节手动升降盘2，将上高压釜盖30和高压釜体38调节到合适的高度，并将工 作电极(试样)8和辅助电极26导线从上高压釜盖的高温高压工作/辅助电极座39中引出， 拧紧上高压釜盖30上的螺栓；[0093]9、通过卡套将下高压釜盖37上的进液口和进气口处管路与外部具有自动控制功 能的高温高压水循环腐蚀实验系统相连，溶液可以根据实际工作环境选择，如模拟核电站 一回路含硼酸和氢氧化锂的水溶液等；[0094]10、待整个高温高压水循环腐蚀实验系统中的各项水化学参数达到设定值后，打 开下高压釜盖37上的进液阀25和上高压釜盖30上的高压釜排气阀29，待上高压釜盖30 上的高压釜排气阀29处连续出水后将排气阀关闭，待高温高压参比电极I出液口连续出水 后，将参比电极I出液口处阀门拧紧关闭。然后打开下高压釜盖37上的进气阀12 ；[0095]11、通过高压泵和背压阀的联动调节使系统高压部分的压力达到预设值；[0096]12、观察整个系统各个部分运行正常，无泄漏后，设定温度控制器61上的目标温 度、超温自动断电的温度上限、加热调节电压以及超压自动断电的压力上限等参数；[0097]13、打开冷却水开关，往高温高压电极冷却水入口 3和快速运动轴轴套外部的冷 却水套63中通入冷却水，然后打开高温高压水循环腐蚀实验系统中的预热器和高压釜的 加热电源开关60 ；[0098]14、待温度达到设定值，并趋于稳定后，根据实验需要利用恒电位仪给试样上加一 恒电位，并稳定一段时间使其处于钝化状态。通过手柄67转动手动划头转向盘68使实验所需用划头的方位参考线(划头A方位参考线73、划头B方位参考线74、划头C方位参考线 75)与试样方位参考线72对应一致。按下计时器复位按钮，打开气缸41下部的放气阀20。 然后，按动换向阀开关14，使气缸41上部快速充气，进而推动气缸内活塞、与活塞杆连接的 快速运动轴10根据需要的速度快速向下运动，由此带动划头(划头A11-1、划头B11-2、划头 Cl 1-3)从上往下快速划过工作电极(试样)8表面,破坏试样表面钝化膜。通过电化学工作 站快速采集和记录试样表面钝化膜重新成膜过程中的电流变化。[0099]15、完成单次快速划伤后，关闭气动部分的放气阀20，拉开换向阀开关14，使气缸 41下部充气，进而推动气缸内活塞、与活塞杆连接的快速运动轴10根据需要的速度向上运 动，使划头(划头A11-1、划头B11-2、划头C11-3)位置恢复到初始位置。重复步骤14可再 次进行再钝化实验研究。
权利要求1.一种高温高压原位多道快速划伤电极系统，其特征在于，该系统设有高温高压工作电极、高温高压辅助电极、高温高压参比电极、上下高压釜盖、高压釜体、快速运动轴、划头、试样方位刻度盘、手动划头转向盘、环形加热器，具体结构如下高压釜体和上下两个高压釜盖构成高压釜，高压釜体设置于上下两个高压釜盖之间， 高压釜体和上下两个高压釜盖连接；在上高压釜盖上设置热电偶、高温高压工作和辅助电极座和高温高压参比电极，高压釜体内设置辅助电极、划头、工作电极，辅助电极和工作电极分别通过导线穿过高温高压工作和辅助电极座，高温高压参比电极的导液管伸至高压釜体内；快速运动轴上部导向杆穿过导向平台板中心的导向孔，引导快速运动轴上下运动，导向平台板通过导向平台板固定孔与高压釜体内的支架杆连接，快速运动轴和高压釜之间设有压力平衡机构，并通过密封圈进行密封，快速运动轴下部与气动装置的气动活塞连杆相连接，快速运动轴上装有划头，试样固定槽设置于固定平台上；高压釜体的外侧设置环形加热器，高压釜外设置双立柱支架，双立柱支架上的两个立柱立柱I和立柱II平行设置于上下两个高压釜盖、高压釜体、环形加热器的两侧；立柱I 上设置滑块I，为液压驱动，立柱II上设置滑块II，为手动升降盘驱动；滑块I连有高压釜体和配重，高压釜体外侧设有环形加热器，滑块II连有上高压釜盖；快速运动轴上设有划头固定段，分别装有三个不同高度和方向划头，划头A和划头C的中心线平行，且均与快速运动轴的中心线以及划头B的中心线异面垂直，划头B的中心线垂直于快速运动轴的中心线；运动轴上端设有四方导向杆和圆柱状转向杆，在导向杆与划头固定段之间通过转向杆连接；快速运动轴外部轴套下端设有试样方位刻度盘，试样方位刻度盘的侧面还设置竖向参考线；快速运动轴下端设有手动划头转向盘，手动划头转向盘上分别标有三个划头方位参考线。
2.按照权利要求1所述的高温高压原位多道快速划伤电极系统，其特征在于还包括控制箱，控制箱内设置加热电源开关、加热指示灯、超温报警灯、超压报警灯、计时器复位按钮、温度控制器、加热电压调节器、压力显示器和精密计时器；其中，精密计时器连有计时器复位按钮，压力显示器连有超压报警灯，超温报警灯与温度控制器相连，加热电源开关与加热电压调节器连接，加热电源开关连有加热指示灯，加热电压调节器与温度控制器连接，压力显示器和温度控制器连至控制箱内部继电器，控制箱内部继电器通过导线连接环形加热器的电炉丝，形成超温断电加热结构和超压断电加热结构。
3.按照权利要求1所述的高温高压原位多道快速划伤电极系统，其特征在于滑块I 的高度通过液压机构调节，立柱I的下部设有液压油缸，液压油缸采用脚踏油泵，在液压油缸底部外侧连有踏板及弹簧复位机构；滑块II与立柱之间采用螺母丝杠的调节机构，立柱 II的顶部设置手动升降盘，通过调节手动升降盘使滑块II在立柱II上下运动。
4.按照权利要求1所述的高温高压原位多道快速划伤电极系统，其特征在于通过压力平衡机构维持快速运动轴在高压釜内外的平衡，快速运动轴采用分段连接的方式，在下高压釜盖上设有快速运动轴轴套，轴套外部设有冷却水套。
5.按照权利要求1所述的高温高压原位多道快速划伤电极系统，其特征在于上高压釜盖上的热电偶伸入高压釜体中，高压釜气相口分三路，分别连接压力表、安全阀、压力变送器；上高压釜盖设有与高压釜体内腔相通的排气通道，所述排气通道的出气端装有高压釜排气阀；下高压釜盖上设有与高压釜体内腔相通的进气通道和进液通道，所述进气通道的进气端装有进气阀，所述进液通道的进液端装有进液阀，进液通道伸至与高压釜体内腔的上部。
6.按照权利要求1所述的高温高压原位多道快速划伤电极系统，其特征在于辅助电极通过外部套有聚四氟乙烯热缩管的钼丝作为导线点焊在钼片后面，工作电极通过外部套有聚四氟乙烯热缩管的纯镍丝或不锈钢丝作为导线点焊在金属试样上；高温高压工作和辅助电极座中设有高温胶塞，辅助电极上的导线和工作电极上的导线从高温高压工作和辅助电极座中引出。
7.按照权利要求1所述的高温高压原位多道快速划伤电极系统，其特征在于还设有电化学工作站，电化学工作站上的工作电极、辅助电极和参比电极的引线夹头分别与高温高压工作电极导线、高温高压辅助电极导线和高温高压参比电极导线连接。
8.按照权利要求1所述的高温高压原位多道快速划伤电极系统，其特征在于平台上开有平台升降孔，高压釜内支架杆穿设于平台升降孔，平台通过与平台平行的平台固定螺栓固定于高压釜内支架杆上，高压釜内支架杆两端设有螺纹，高压釜内支架杆通过螺纹固定于下高压釜盖上。
9.按照权利要求1所述的高温高压原位多道快速划伤电极系统，其特征在于划头后部设有弹簧，在划头侧面设置划头固定螺栓，试样固定在试样固定槽中，在试样背部设有试样紧固螺栓于试样固定槽上，试样和固定试样的装置之间采用绝缘结构聚四氟乙烯槽，聚四氟乙烯槽安装于试样固定槽的凹形槽中，凹形槽为收口夹持形状，其开口顶部宽度小于底部宽度，便于将工作电极固定于聚四氟乙烯槽中，聚四氟乙烯槽和试样紧固螺栓之间设有垫片。
10.按照权利要求1所述的高温高压原位多道快速划伤电极系统，其特征在于气动活塞连杆的一端与快速运动轴下端相连接，气动活塞连杆的另一端设有在气缸中往复运动的活塞，进气口和排气口分别通过换向阀与气缸中的两个腔连通，通过换向阀实现运动轴的快速上下运动；快速运动轴和气动装置的气动活塞连杆连接处设有磁钢，磁钢与霍尔传感器相对应，配合霍尔传感器和精密计时器将快速运动轴的运动时间精确记录，霍尔传感器的高度位置可调。
专利摘要本实用新型涉及划伤电极系统，具体为一种高温高压原位多道快速划伤电极系统，解决现有技术在高温高压环境下难以实现原位多道快速划伤、划伤试样的固定、绝缘、划头的精确转位、信号线的引出、快速运动轴和高压釜内、外之间的压力平衡、密封和划伤过程高精度计时等一系列问题。该系统设有高温高压工作电极、高温高压辅助电极、高温高压参比电极、上下高压釜盖、高压釜体、高速运动轴、划头、环形加热器等，能实现在高温高压环境中对金属试样表面进行原位快速划伤研究并精确记录快速划伤过程所用时间，还可通过安装在高压釜上釜盖的三个高温高压电极配合电化学工作站将划伤过程中试样表面膜由发生破坏到再钝化这一过程的信号检测出来。
文档编号G01N27/416GK202886324SQ201220577748
公开日2013年4月17日 申请日期2012年11月5日 优先权日2012年11月5日
发明者韩恩厚, 郦晓慧, 王俭秋 申请人:中国科学院金属研究所