[发明专利]一种超临界二氧化碳腐蚀疲劳试验装置及试验方法

说明书

本发明公开了一种超临界二氧化碳腐蚀疲劳试验装置及试验方法，该装置包括超临界二氧化碳试验回路、疲劳试验机、高压釜和控制系统，其中临界二氧化碳试验回路为试验提供所需的超临界二氧化碳环境，试样通过夹具安装于高压釜内的样品台上，并通过拉伸轴与疲劳试验机加载系统相连，疲劳试验机通过拉伸轴对试样进行疲劳加载，控制系统控制超临界二氧化碳试验回路、疲劳试验机和高压釜，从而实现材料在超临界二氧化碳环境中的腐蚀疲劳试验。与现有技术相比，本发明可实现室温～600℃，0～25MPa之间不同温度、压力超临界二氧化碳环境中的腐蚀疲劳试验，本发明还设置有超温、超压自动保护功能，断电保护功能，保证设备长期稳定可靠。

技术领域

本发明属于金属材料试验研究领域，具体涉及到一种超临界二氧化碳腐蚀疲劳试验装置及试验方法。

背景技术

腐蚀疲劳是材料在交变载荷和腐蚀性介质交互作用下形成裂纹及扩展的现象。腐蚀疲劳广泛存在于能源动力、石油化工等领域，其表现多为管道、焊接等部位的开裂。超临界二氧化碳(S-CO₂)布雷顿循环以处于超临界状态的二氧化碳为工质，采用布雷顿循环原理实现能量转换，因其自身的技术优势在新型燃机、第四代核电、火电以及太阳能发电机组中具有潜在的应用。当S-CO₂布雷顿循环应用到这些发电机组时，关键部件材料在S-CO₂中服役安全性能必定是关注的重点。已有研究表明，金属材料在干燥的、纯S-CO2流体中腐蚀速率相对较低，而在CO2捕捉、存储和运输过程中不可避免的掺杂水蒸气、含硫气体和空气，这些杂质气体加速了合金的腐蚀，在外加应力的交互作用下，应力腐蚀和腐蚀疲劳必然成为关键部件材料潜在的失效形式。

目前在S-CO₂腐蚀试验装置领域，主要针对材料在S-CO₂中进行均匀腐蚀试验，例如，专利“一种超临界二氧化碳腐蚀实验装置”(专利公开号：CN106896054B)，公开了一种S-CO₂腐蚀的试验装置，该专利通过设置二氧化碳气源、增压泵、腐蚀反应釜以及冷却系统，实现了金属材料在S-CO₂中的均匀腐蚀试验。专利“一种高温高压超临界二氧化碳均匀腐蚀试验系统”(专利公开号：CN107449728B)公开了一种高温高压超临界二氧化碳均匀腐蚀试验系统，该系统包括依次连通的二氧化碳源、预热装置、反应装置、冷凝装置和排气装置。专利“一种超临界二氧化碳腐蚀试验装置”(专利公开号：CN207992012U)公开了一种可以再700℃、35MPa条件下工作的超临界二氧化碳腐蚀试验装置。以上专利主要针对材料在S-CO₂中进行均匀腐蚀试验，并未含有疲劳应力加载系统，无法进行材料在S-CO₂的腐蚀疲劳试验，目前国内还没有可以生产整套设备的厂家，国外仅有美国CORTEST、法国TOP INDUSTRIE等公司可以生产相关设备，但价格昂贵，系统复杂，限制了相关试验的广泛开展。为了研究合金材料在S-CO₂中的腐蚀疲劳行为，亟待开发相关试验设备。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的以上弊端，提供了一种超临界二氧化碳腐蚀疲劳试验装置及试验方法。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种超临界二氧化碳腐蚀疲劳试验装置，该装置设有超临界二氧化碳试验回路、疲劳试验机、高压釜和控制系统；

超临界二氧化碳试验回路与高压釜进出口连接，为试验提供所需的超临界二氧化碳环境，试样通过夹具安装于高压釜内的样品台上，并通过拉伸轴与疲劳试验机加载系统相连，疲劳试验机通过拉伸轴对试样进行疲劳加载，控制系统控制超临界二氧化碳试验回路、疲劳试验机和高压釜，从而实现材料在超临界二氧化碳环境中的腐蚀疲劳试验。