專利名稱：一種高溫磨粒磨損測試裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種高溫磨粒磨損測試裝置，利用磨粒磨損和高溫氧化 的共同作用的原理來測量涂層耐高溫磨蝕的性能，屬于材料磨損、腐蝕和防 護技術領域. 背景技術材料的磨蝕與防護始終是人們重點研究的領域。在冶金、電力、礦山、 建材和化工等工業(yè)領域，由于材料的磨損和腐蝕，每年都會造成巨額的浪費 和損,^甚至會造成設備的毀壞和人員的傷亡。因此，提高材料的耐磨蝕性 能就成為人們極為關注和急需要解決的問題。提高材料耐磨蝕的方法很多，其中采用熱噴涂技術在零件或工件表面制 備一層耐磨蝕的涂層是目前采用最多、最經(jīng)濟和最有效的方法之一。熱噴涂 涂層耐磨蝕性能的好與壞，直接影響到零件或工件的使用壽命。涂層耐磨蝕 性能的提高和新型熱噴涂涂層的研發(fā)，都需要有更好的、更實用的測試手段 和方法。目前，國內(nèi)外見諸于報道的高溫磨粒磨損(包括高溫沖蝕)方法也有多 種，但是對于熱噴涂涂層的髙溫磨蝕性能的測試而言，目前應用較多的是GW/CS7MS型高溫沖蝕試驗方法。高溫沖蝕試驗方法是用壓縮空氣將磨砂帶進 電阻爐中，利用磨砂對待測的試樣表面進行沖擊，通過測量試件受沖蝕后的 失重來評價涂層耐磨蝕性能的一種方法，其應用的裝置如圖1所示。但這種 方法存在以下不足1)被測試件為長方體，六個表面中僅有一個表面為噴有 涂層的測試面，而其它表面會因高溫氧化而產(chǎn)生增重，對測試結果的準確性 造成較大的影響；2)為了減少測量的誤差，該方法在測試前要對長方體試樣 的六個表面進行表面滲鋁處理，因此試樣的制備比較復雜；3)電阻爐容積不 大，進入電阻爐的磨砂沒有出口，因此測量時間太短，僅有15分鐘，這不僅
與實際的磨蝕工況有較大的區(qū)別，也影響測量結果的準確性；4)測量結果的 準確性還取決于沖擊試樣磨砂的流量和流速，該方法磨砂的流量和流速的穩(wěn) 定性也還存在一定的問題；5)測試中高速運動的磨砂產(chǎn)生的散射，也會與長 方體試樣的非測試表面產(chǎn)生沖撞，這也會給測量結果的準確性帶來影響。因 此，研究和開發(fā)更適合熱噴涂涂層實際應用工況的，能更準確、更科學測量 和評價涂層性能的新型高溫磨粒磨損測試裝置和方法是很有必要的。實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是為了解決熱噴涂涂層(包括其它涂層)在高溫條件 下耐磨粒磨損性能的測試和評價問題，為測試和評價熱噴涂涂層的高溫耐磨 蝕性能提供測新型試裝置。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用以下技術方案。本裝置主要包括有與 可控硅溫度控制器17相連接的電阻爐1和固定在電阻爐1上的兩根升降柱6。其 中，兩根升降柱6的上方通過橫梁8固定連接，橫梁8與電阻爐1之間設置有一 能夠^著兩根升降柱6上下移動的升降平臺13，升降平臺13上固定有電機和減 速器ll，減速器ll輸出軸向下，并通過聯(lián)軸器7與旋轉攪拌撥叉12連接。橫梁 8上方有一升降搖柄10，升降搖柄10下方有一絲杠9，絲杠9與升降平臺13連接。 電阻爐1的爐膛中設置有研磨罐2，研磨罐2上方設置有保溫蓋14，熱電偶15和 旋轉攪拌撥叉12穿過保溫蓋14伸入研磨罐2內(nèi)。研磨罐2內(nèi)放有球形試樣3和磨 砂16，在球形試樣3的上方放置有載荷塊4，載荷塊4的中心孔套在旋轉攪拌撥 叉12的軸上，載荷塊4和研磨罐2的內(nèi)壁之間留有間隙。所述的載荷快4的數(shù)量大于等于1。測試時，磨粒磨損的載荷可以由同等 質(zhì)量的多個載荷塊4疊加而成，載荷塊4的中心孔套在旋轉攪拌撥叉12的軸 上，載荷塊4放置在球形試樣3的上方，改變載荷塊4的質(zhì)量可以調(diào)節(jié)磨砂 與球形試件3表面相互作用應力的大小。所述的磨砂16采用高硬度、粗顆粒、耐高溫的棕剛玉磨砂或碳化硅磨砂。
利用本裝置進行測試，具體操作步驟如下1) 首先旋轉升降搖柄IO，將電機和減速器ll升到系統(tǒng)的上方，將磨砂16放入研磨罐2內(nèi)，蓋上保溫蓋14，然后打開電阻爐l的控制電源，通過控制器17將電阻爐1加熱到所預定的測試溫度；2) 待電阻爐l升到所預定的溫度后，打開爐膛，將球形試樣3放入研磨罐2內(nèi)；3) 將旋轉攪拌撥叉12放入研磨罐2內(nèi)，并將載荷塊4置于球形試樣3的上 方，然后合上保溫蓋14;4) 旋轉升降搖柄IO，使電機和減速器ll向下運動，并通過聯(lián)軸器7將減 速器和旋轉攪拌撥叉12進行連接；5) 繼續(xù)給電阻爐1加熱，待電阻爐l溫度升到所預定溫度后接通電機電源，旋轉攪拌撥叉12轉動，開始計時；6) 當?shù)竭_測試所設定的時間后，關閉電阻爐l電源和電機ll電源，松開 旋轉攪拌撥叉12和減速器的連軸器，旋轉升降搖柄10將電機和減速器11升至 系統(tǒng)最上方，打開保溫蓋14，先取出旋轉攪拌撥叉12和載荷塊4，然后取出球 形試樣3在空氣中冷卻，待爐溫冷卻后將研磨罐2內(nèi)的磨砂取出，關閉電阻爐 保溫蓋14;7) 待球形試樣3冷卻后，去除其表面的雜質(zhì)，然后稱量試樣質(zhì)量和測量 試樣的直徑，然后進行磨損量的計算。球形試樣3是按如下步驟進行制備的1) 采用軸承鋼球作為基體材料，對軸承鋼球進行退火處理；2) 對軸承鋼球鉆一孔，對軸承鋼球表面進行噴砂處理，使長桿螺栓19的 一端與軸承鋼球上的孔固定連接，另一端與第二電機和減速器18的軸相連接， 軸承鋼球能夠在長桿螺栓19的支撐下旋轉，對噴砂處理后的鋼球表面進行熱噴涂；3)然后用螺栓對球形試樣3的孔進行封孔，并對封孔處表面涂層補噴，
最后制備完成球形試樣3。高溫磨粒磨損測試方法的基本原理表面覆有涂層的球形試樣，在高溫 氧化氣氛和壓應力的條件下對硬質(zhì)顆粒進行碾壓，利用硬質(zhì)顆粒對試件表面 的切削、撞擊和摩擦作用，使表面材料造成磨耗，通過計算試件表面單位面 積的失重量來評價涂層的耐磨蝕性能，如圖6所示。本實用新型的優(yōu)點在于測試試樣為表面覆有涂層的球形試樣，測試中 可以任意改變磨粒磨損的測試溫度、應力和時間；設備操作簡單、實用；測 試數(shù)據(jù)準確、重復性好。本實用新型適合各種熱噴涂涂層和其他各類涂層的 高溫磨粒磨損試驗，也可以對各類材料(球形試樣)進行耐磨粒磨損性能的 評價。

圖1為GW/CS-MS高溫沖蝕測試裝置示意圖圖2為覆有涂層的球狀試樣的示意圖圖3為球形試樣t幾械加工結構示意圖圖4為球型式樣熱噴涂過程示意圖圖5為高溫磨粒磨損測試裝置的示意圖圖6為高溫磨粒磨損測試原理圖中1、電阻爐，2、研磨罐，3、球形試樣，4、載荷塊，5、滑動套，6、 升降柱，7、聯(lián)軸器，8、橫梁，9、絲杠，10、升降搖柄，11、電機和減速器， 12、旋轉攪拌撥叉，13、升降平臺，14、保溫蓋，15、熱電偶，16、磨砂， 17、控制器；18、第二電機和減速器，19、長桿螺栓，20、涂層，21、噴涂 槍，22、基材，23、封孔螺栓，24、砂量調(diào)節(jié)桿，25、砂斗，26、進砂管， 27、第二電阻爐，28、砂氣混合室，29、排氣管，30、長方體試樣，31、載 氣預熱管，32， 33、第二熱電偶，34、噴管。
具體實施方式
下面結合圖2 圖5詳細說明本實用新型的實施例。本實施例主要包括有電阻爐1，電阻爐1與可控硅溫度控制器17相連接。 電阻爐1上固定有兩根升降柱6，兩根升降柱6的上方被一個橫梁8所連接固 定。橫梁8與電阻爐1之間設置有升降平臺13，升降平臺13通過滑動套5與 升降柱6連接，能夠沿著兩根升降柱6上下移動。升降平臺13上固定有電機 和減速器ll，減速器ll輸出軸向下，并通過聯(lián)軸器7與旋轉攪拌撥叉12連 接。橫梁8上方有一升降搖柄10，升降搖柄10下方有一絲杠9，絲杠9與升 降平臺13連接。電阻爐1的爐膛中設置有研磨罐2，研磨罐2上方設置有保 溫蓋.14，熱電偶15和旋轉攪拌撥叉12穿過保溫蓋i4伸入研磨罐2內(nèi)。研磨 罐2內(nèi)放有球形試樣3和磨砂16，在球形試樣3的上方設置有載荷塊4，載 荷塊4'的中心孔套在旋轉攪拌撥叉12的軸上，載荷塊4和研磨罐2的內(nèi)壁之 間留有5mm的間隙。本實施例中在球形試樣3的上方放置有兩塊載荷塊4。磨 砂16采用高硬度、粗顆粒、耐高溫的棕剛玉磨砂或碳化硅磨砂。 該高溫磨粒磨損測試裝置性能指標1) 測試溫度室溫 1100。C。2) 單次最長測試時間5小時。3) 壓力載荷0 20N/試樣。4) 試樣尺寸半徑R-12.5mm。球形試樣的制備如下-1) 將G15軸承鋼球進行700'C X lh的退火處理；2) 對軸承鋼球鉆一M4的孔，如圖3所示；3) 對軸承鋼球表面進行噴砂處理；4) 使長桿螺栓19的一端與軸承鋼球上的孔固定連接，另一端與第二電 機和減速器18的軸相連接，軸承鋼球能夠在長桿螺栓19的支撐下旋轉；5) 對噴砂處理后的鋼球表面進行熱噴涂(見圖4);
6>用M4螺栓對球形試樣進行封孔，并對封孔處表面涂層補噴； 7)測量熱噴涂后鋼球的質(zhì)量和表面積。本實施例中的高溫磨粒磨損測試過程如下1) 首先旋轉升降搖柄IO，將電機和減速器ll升到系統(tǒng)的上方，將磨砂16 放入研磨罐2內(nèi)，蓋上保溫蓋14,然后打開電阻爐控制器17的電源，通過控制器17將電阻爐1加熱到所預定的溫度；2) 待電阻爐l升到所預定的溫度后，打開爐膛，將三個球形試樣3放入研磨罐2內(nèi)；3) 將旋轉撥叉12放入研磨罐2內(nèi)，并將載荷塊4置于球形試樣3之上，然后合上保溫蓋14;4) 旋轉升降搖柄IO，使電機和減速器ll向下運動，并通過聯(lián)軸器7將減速器和旋轉攪拌撥叉12進行連接；5) 繼續(xù)給電阻爐l加熱，待電阻爐l溫度升到所預定溫度后接通電機電源，旋轉縛拌撥叉12轉動，高溫磨粒磨損試驗開始并計時；6) 當?shù)竭_測試所設定的時間后，關閉電阻爐電源和電機電源，松開旋轉 撥叉12和減速器的聯(lián)軸器7，旋轉升降搖柄10將電機和減速器升至系統(tǒng)最上 方，打開保溫蓋14，先取出旋轉撥叉12和載荷塊4，然后取出球形試樣3在空 氣中冷卻，待爐溫冷卻后將研磨罐2內(nèi)的磨砂取出，關閉電阻爐保溫蓋14。7) 待試樣冷卻后，去除其表面的雜質(zhì)，然后稱量試樣質(zhì)量和測量試樣的 直徑。8) 測試結果的處理測量式樣磨損試驗前后的重量和表面積，計算涂層的磨損量。計算公式
上式中w為單位面積磨損量；nu為覆有涂層的球形試樣的原始質(zhì)量；恥為 覆有涂層的球形試樣磨損試驗后的質(zhì)量；S為覆有涂層的球形試樣的表面積。
權利要求1、一種高溫磨粒磨損測試裝置，其特征在于主要包括有與可控硅溫度控制器(17)相連接的電阻爐(1)和固定在電阻爐(1)上的兩根升降柱(6)；其中，兩根升降柱(6)的上方通過橫梁(8)固定連接，橫梁(8)與電阻爐(1)之間設置有能夠沿著兩根升降柱(6)上下移動的升降平臺(13)，升降平臺(13)上固定有電機和減速器(11)，減速器輸出軸向下，并通過聯(lián)軸器(7)與旋轉攪拌撥叉(12)連接；橫梁(8)上方設置有一升降搖柄(10)，升降搖柄(10)下方有一絲杠(9)，絲杠(9)與升降平臺(13)連接；電阻爐(1)的爐膛中設置有研磨罐(2)，研磨罐(2)的上端設置有保溫蓋(14)，熱電偶(15)和旋轉攪拌撥叉(12)穿過保溫蓋(14)伸入研磨罐(2)內(nèi)；研磨罐(2)內(nèi)放有球形試樣(3)和磨砂(16)，在球形試樣(3)的上方放置有載荷塊(4)，載荷塊(4)的中心孔套在旋轉攪拌撥叉(12)的軸上，載荷塊(4)和研磨罐(2)的內(nèi)壁之間留有間隙。
2、 根據(jù)權利要求1所述的一種髙溫磨粒磨損測試裝置，其特征在于所述的 載荷塊(4)的數(shù)量大于等于l。
3、 根據(jù)權利要求1所述的一種高溫磨粒磨損測試裝置，其特征在于所述的 磨砂(16)為棕剛玉磨砂或碳化硅磨砂。
專利摘要本實用新型是一種高溫磨粒磨損測試裝置，屬于材料磨損、腐蝕和防護技術領域。主要包括有電阻爐(1)和升降柱(6)。升降柱(6)的上方通過橫梁(8)固定連接，橫梁(8)與電阻爐(1)之間設置有升降平臺(13)，升降平臺(13)上固定有電機和減速器(11)，橫梁(8)上方設置有一升降搖柄(10)，升降搖柄(10)下方有一絲杠(9)，絲杠(9)與升降平臺(13)連接。電阻爐(1)的爐膛中設置有研磨罐(2)，研磨罐(2)內(nèi)放有球形試樣(3)和磨砂(16)，在球形試樣(3)的上方放置有載荷塊(4)。本實用新型可以任意改變磨粒磨損的測試溫度、應力和時間，并且設備操作簡單、實用、測試數(shù)據(jù)準確、重復性好。
文檔編號G01N19/04GK201034923SQ20072014909
公開日2008年3月12日 申請日期2007年5月11日 優(yōu)先權日2007年5月11日
發(fā)明者任春嶺, 周新建, 紅 李, 李國棟, 栗卓新, 琪 魏 申請人:北京工業(yè)大學