一种高通量型钛合金充氢装置及方法

本发明属于钛合金充氢，具体涉及一种高通量型钛合金充氢装置及方法。

背景技术：

1、钛合金极为突出的钝化性能使其表现出良好的抗海水腐蚀能力。但在深海低温、低氧、高静水压以及海水高腐蚀性的极端环境下，钛合金构件表面的钝化膜破裂，影响深海装备钛合金结构及部件承载性能。随着深海装备应用的不断增多和服役时间的延长，氢致钛合金应力腐蚀问题愈发受到重视。

2、在氢损伤预防的研究工作中，最常用的手段即为通过充氢改变材料中的氢含量，研究氢含量与性能的相关性。目前，传统的钛合金充氢装置及方法有以下缺点，危险系数高、自动化程度低，不能大样本高通量试验，试验效率低、人工依赖程度高，导致出错率高。因此，急需一种高通量型钛合金充氢装置及方法。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明的目的在于提供一种高通量型钛合金充氢装置及方法，以解决传统的钛合金充氢装置及方法存在危险系数高、自动化程度低，不能大样本高通量试验，试验效率低、人工依赖程度高，导致出错率高的问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、本发明一方面提供一种高通量型钛合金充氢装置，包括真空室及设置于真空室内的搬运机械手、抛光组件、耐高温真空密封瓶、密封盖组件及升降驱动模组，其中真空室内阵列有多个耐高温真空密封瓶，各耐高温真空密封瓶的底部均设有温控单元，密封盖组件与升降驱动模组连接，升降驱动模组用于驱动密封盖组件升降，实现对多个耐高温真空密封瓶的密封或开启；抛光组件用于对钛合金样块表面进行抛光；搬运机械手用于钛合金样块的搬运及在耐高温真空密封瓶内进行钛合金样块和固态粉末储氢合金的布料；

4、固态粉末储氢合金在密闭的耐高温真空密封瓶内加热释放氢气，氢在钛合金样块的钛合金晶格中生成脆性的氢化物相。

5、在一种可能实现的方式中，所述密封盖组件包括升降台及设置于升降台下方的多组浮动密封盖；浮动密封盖包括耐高温真空密封瓶塞和弹簧，其中耐高温真空密封瓶塞的上端与所述升降台滑动配合，下端设有锥形塞，弹簧套设于耐高温真空密封瓶塞上，且两端分别与所述升降台和锥形塞抵接，锥形塞用于密封所述耐高温真空密封瓶的上端开口。

6、在一种可能实现的方式中，所述耐高温真空密封瓶和所述耐高温真空密封瓶塞均采用石英材质；所述耐高温真空密封瓶的上端开口为与所述锥形塞锥面配合的喇叭状结构。

7、在一种可能实现的方式中，所述温控单元包括温控单元ⅰ和温控单元ⅱ，其中温控单元ⅱ为环状结构，且布置于温控单元ⅰ的外侧，温控单元ⅰ用于对所述钛合金样块进行加热，温控单元ⅱ用于对所述钛合金样块周围的固态粉末储氢合金进行加热。

8、在一种可能实现的方式中，所述抛光组件包括动力抛光单元、回转单元及翻转单元，其中回转单元用于驱动钛合金样块水平周向旋转，翻转单元用于驱动钛合金样块沿竖直方向翻转，动力抛光单元用于完成钛合金样块各表面的抛光。

9、在一种可能实现的方式中，所述动力抛光单元为多组，多组所述动力抛光单元实现各钛合金样块的不同表面光洁度。

10、在一种可能实现的方式中，所述搬运机械手包括三维运动模组及设置于三维运动模组上的夹手，三维运动模组用于驱动夹手沿x、y、z方向运动，夹手包括定爪、动爪及夹手开合驱动模块，定爪为中空结构，且底部设有布料口，动爪与定爪滑动配合，夹手开合驱动模块设置于定爪上且与动爪连接，夹手开合驱动模块用于驱动动爪靠近或远离定爪。

11、在一种可能实现的方式中，所述夹手的上端设有受粉漏斗，受粉漏斗的底部设有插板阀，插板阀用于控制受粉漏斗内的固态粉末储氢合金落入夹手的中空腔体内。

12、在一种可能实现的方式中，所述的高通量型钛合金充氢装置，还包括设置于所述真空室顶部且位于所述搬运机械手上方的粉末定量给料机，粉末定量给料机用于向受粉漏斗内进行定量给料。

13、本发明另一方面提供一种利用如上所述的高通量型钛合金充氢装置的充氢方法，该方法包括以下步骤：

14、步骤s1：真空室内建立氩气工艺环境；

15、步骤s2：搬运机械手搬运钛合金样块，通过抛光组件对每个钛合金样块的各表面进行抛光，且使各钛合金样块的表面光洁度不同；

16、步骤s3：搬运机械手将抛光后的钛合金样块逐一放进各耐高温真空密封瓶内；

17、步骤s4：搬运机械手在各耐高温真空密封瓶中进行不同计量的固态粉末储氢合金的布料；

18、步骤s5：真空室抽真空；

19、步骤s6：升降驱动模组驱动密封盖组件下降，对各耐高温真空密封瓶进行密封；

20、步骤s7：温控单元对固态粉末储氢合金进行加热，固态粉末储氢合金放出对应摩尔数的氢气；

21、步骤s8：温控单元对钛合金样块进行加热且控制加热温度，氢在钛合金样块的钛合金晶格中生成脆性的氢化物相。

22、本发明的优点及有益效果是：本发明提供的一种高通量型钛合金充氢装置，在没有氧化膜情况下，不同表面光洁度、工艺过程温度梯度、不同压强情况下对钛合金充氢，自动化程度高，能大样本高通量试验，试验效率高。本发明有效解决人工依赖程度高，导致出错率高的问题。

23、本发明提供的一种高通量型钛合金充氢方法，由于使用固态粉末储氢合金和空间环境制备系统建立氛围，经过抽真空、放氩气、除去残余氧气，有效解决钛合金充氢过程危险系数高，氧气混入和氢气易燃易爆问题。采用石英真空密封瓶和真空室两道双保险防线，提高试验安全性。

24、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

25、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种高通量型钛合金充氢装置，其特征在于，包括真空室（1）及设置于真空室（1）内的搬运机械手（2）、抛光组件（3）、耐高温真空密封瓶（5）、密封盖组件（6）及升降驱动模组（9），其中真空室（1）内阵列有多个耐高温真空密封瓶（5），各耐高温真空密封瓶（5）的底部均设有温控单元，密封盖组件（6）与升降驱动模组（9）连接，升降驱动模组（9）用于驱动密封盖组件（6）升降，实现对多个耐高温真空密封瓶（5）的密封或开启；抛光组件（3）用于对钛合金样块（4）表面进行抛光；搬运机械手（2）用于钛合金样块（4）的搬运及在耐高温真空密封瓶（5）内进行钛合金样块（4）和固态粉末储氢合金（7）的布料；

2.根据权利要求1所述的高通量型钛合金充氢装置，其特征在于，所述密封盖组件（6）包括升降台（603）及设置于升降台（603）下方的多组浮动密封盖；浮动密封盖包括耐高温真空密封瓶塞（601）和弹簧（602），其中耐高温真空密封瓶塞（601）的上端与所述升降台（603）滑动配合，下端设有锥形塞，弹簧（602）套设于耐高温真空密封瓶塞（601）上，且两端分别与所述升降台（603）和锥形塞抵接，锥形塞用于密封所述耐高温真空密封瓶（5）的上端开口。

3.根据权利要求2所述的高通量型钛合金充氢装置，其特征在于，所述耐高温真空密封瓶（5）和所述耐高温真空密封瓶塞（601）均采用石英材质；所述耐高温真空密封瓶（5）的上端开口为与所述锥形塞锥面配合的喇叭状结构。

4.根据权利要求1所述的高通量型钛合金充氢装置，其特征在于，所述温控单元包括温控单元ⅰ（109）和温控单元ⅱ（111），其中温控单元ⅱ（111）为环状结构，且布置于温控单元ⅰ（109）的外侧，温控单元ⅰ（109）用于对所述钛合金样块（4）进行加热，温控单元ⅱ（111）用于对所述钛合金样块（4）周围的固态粉末储氢合金（7）进行加热。

5.根据权利要求1所述的高通量型钛合金充氢装置，其特征在于，所述抛光组件（3）包括动力抛光单元（301）、回转单元（302）及翻转单元（303），其中回转单元（302）用于驱动钛合金样块（4）水平周向旋转，翻转单元（303）用于驱动钛合金样块（4）沿竖直方向翻转，动力抛光单元（301）用于完成钛合金样块（4）各表面的抛光。

6.根据权利要求5所述的高通量型钛合金充氢装置，其特征在于，所述动力抛光单元（301）为多组，多组所述动力抛光单元（301）实现各钛合金样块（4）的不同表面光洁度。

7.根据权利要求1所述的高通量型钛合金充氢装置，其特征在于，所述搬运机械手（2）包括三维运动模组及设置于三维运动模组上的夹手（203），三维运动模组用于驱动夹手（203）沿x、y、z方向运动，夹手（203）包括定爪（204）、动爪（205）及夹手开合驱动模块，定爪（204）为中空结构，且底部设有布料口（206），动爪（205）与定爪（204）滑动配合，夹手开合驱动模块设置于定爪（204）上且与动爪（205）连接，夹手开合驱动模块用于驱动动爪（205）靠近或远离定爪（204）。

8.根据权利要求7所述的高通量型钛合金充氢装置，其特征在于，所述夹手（203）的上端设有受粉漏斗（207），受粉漏斗（207）的底部设有插板阀（208），插板阀（208）用于控制受粉漏斗（207）内的固态粉末储氢合金（7）落入夹手（203）的中空腔体内。

9.根据权利要求8所述的高通量型钛合金充氢装置，其特征在于，还包括设置于所述真空室（1）顶部且位于所述搬运机械手（2）上方的粉末定量给料机（8），粉末定量给料机（8）用于向受粉漏斗（207）内进行定量给料。

10.一种利用权利要求1-9任一项所述的高通量型钛合金充氢装置的充氢方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

技术总结本发明属于钛合金充氢技术领域，具体涉及一种高通量型钛合金充氢装置及方法。该装置包括真空室及设置于真空室内的搬运机械手、抛光组件、耐高温真空密封瓶、密封盖组件及升降驱动模组，其中真空室内阵列有多个耐高温真空密封瓶，各耐高温真空密封瓶的底部均设有温控单元，密封盖组件与升降驱动模组连接，密封盖组件用于实现对多个耐高温真空密封瓶的密封或开启；抛光组件用于对钛合金样块表面进行抛光；搬运机械手用于钛合金样块的搬运及固态粉末储氢合金的布料；固态粉末储氢合金在耐高温真空密封瓶内加热释放氢气，氢在钛合金样块的钛合金晶格中生成脆性的氢化物相。本发明安全可靠，自动化程度高，能大样本高通量试验，提高了试验效率。技术研发人员：张尚洲,潘彩宗,衣晓洋,王海振,朱维金受保护的技术使用者：烟台大学技术研发日：技术公布日：2024/7/15