本發(fā)明屬于摩擦試驗(yàn)裝置領(lǐng)域，具體涉及一種恒溫液體介質(zhì)循環(huán)流動(dòng)式微動(dòng)磨損腐蝕試驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

1、微動(dòng)磨損和腐蝕普遍存在于發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械接觸界面上，磨損和腐蝕會(huì)破壞接觸界面的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致零件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)故障。隨著航空航天、海工裝備、核電裝備、風(fēng)電裝備、鉆井平臺(tái)、汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、船舶和艦載飛機(jī)等行業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)關(guān)鍵能動(dòng)部件在服役環(huán)境中運(yùn)行的可靠性要求日益嚴(yán)苛。腐蝕的存在加速了材料表面的磨損進(jìn)程，使得損傷程度相比單一環(huán)境更加嚴(yán)重，進(jìn)而導(dǎo)致相關(guān)裝備頻繁發(fā)生失效甚至報(bào)廢。例如，在燃?xì)廨啓C(jī)和汽輪機(jī)的緊固件中，裝備服役工況多為工業(yè)廢氣、蒸汽環(huán)境，汽缸振動(dòng)導(dǎo)致緊固件與缸體間發(fā)生在高溫和腐蝕條件下的的微動(dòng)磨損，造成緊固件螺紋的磨損甚至破壞，嚴(yán)重威脅大型電力裝備的正常進(jìn)行。

2、苛刻環(huán)境下材料的微動(dòng)磨損腐蝕行為是多種因素動(dòng)態(tài)耦合作用的結(jié)果，這種多因素動(dòng)態(tài)耦合具有非線(xiàn)性和開(kāi)放性的特征。該問(wèn)題的研究一直備受關(guān)注，最直接的方法就是進(jìn)行腐蝕介質(zhì)下材料的微動(dòng)磨損試驗(yàn)。然而，目前的研究通常僅限于單純的微動(dòng)或滑動(dòng)磨損試驗(yàn)以及單純的腐蝕試驗(yàn)，這樣獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)無(wú)法準(zhǔn)確反映苛刻環(huán)境下微動(dòng)磨損和腐蝕耦合作用對(duì)材料失效過(guò)程的影響，與實(shí)際工程應(yīng)用存在偏差。盡管目前有一些微動(dòng)磨損腐蝕試驗(yàn)裝置，但并不能用于研究介質(zhì)溫度對(duì)微動(dòng)磨損腐蝕的影響。為了保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性與服役工況的一致性，迫切需要設(shè)計(jì)一種恒溫液體循環(huán)介質(zhì)微動(dòng)磨損腐蝕試驗(yàn)裝置，以開(kāi)展恒溫腐蝕環(huán)境下的微動(dòng)磨損腐蝕行為研究，從而解決現(xiàn)有的工程難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了研究苛刻環(huán)境下微動(dòng)磨損和腐蝕耦合作用對(duì)材料失效過(guò)程的影響，降低試驗(yàn)與實(shí)際工程應(yīng)用之間的偏差，提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性，為此，本發(fā)明提供了一種恒溫液體介質(zhì)循環(huán)流動(dòng)式微動(dòng)磨損腐蝕試驗(yàn)裝置，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

2、一種恒溫液體介質(zhì)循環(huán)流動(dòng)式微動(dòng)磨損腐蝕試驗(yàn)裝置，包括摩擦機(jī)、原位電化學(xué)監(jiān)測(cè)組件和恒溫液體介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)；

3、所述摩擦機(jī)包括摩擦機(jī)底座和摩擦機(jī)磨頭，摩擦機(jī)磨頭豎直連接于摩擦機(jī)底座上方，摩擦機(jī)磨頭的高度可調(diào)，方便進(jìn)行摩擦試驗(yàn)；

4、所述原位電化學(xué)監(jiān)測(cè)組件包括電解槽、工作電極、參比電極和輔助電極，電解槽固定于摩擦機(jī)磨頭正下方的摩擦機(jī)底座上，工作電極固定于電解槽槽底的中心位置且正對(duì)摩擦機(jī)磨頭；參比電極和輔助電極固定于電解槽內(nèi)；

5、所述恒溫液體介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)用于為電解槽供電解液，包括補(bǔ)給槽、循環(huán)管路和恒溫單元；補(bǔ)給槽設(shè)于電解槽一側(cè)用于儲(chǔ)存電解液，電解槽內(nèi)的電解液可回流至補(bǔ)給槽中；循環(huán)管路的入口連接補(bǔ)給槽底部、出口指向摩擦機(jī)磨頭底部，循環(huán)管路為摩擦位置提供流動(dòng)的電解液；恒溫單元設(shè)于補(bǔ)給槽中，用于調(diào)節(jié)電解液的溫度維持在反應(yīng)所需溫度。

6、進(jìn)一步地，所述工作電極通過(guò)密封壓板用螺釘固定至電解槽中，工作電極引線(xiàn)與工作電極下方的導(dǎo)電銅柱彈性相連，工作電極引線(xiàn)用于連接電化學(xué)工作站。

7、進(jìn)一步地，所述導(dǎo)電銅柱與工作電極之間設(shè)有彈簧，彈簧斷開(kāi)導(dǎo)電銅柱和工作電極之間的電連接；試驗(yàn)時(shí)，在摩擦載荷作用下試片與工作電極向下壓彈簧，彈簧縮短后使工作電極與導(dǎo)電銅柱相連，電信號(hào)接通；試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，摩擦載荷消失彈簧恢復(fù)電信號(hào)斷開(kāi)。

8、進(jìn)一步地，所述電解槽的中部還固定有“門(mén)”字形的電極夾具，電極夾具頂部開(kāi)設(shè)有兩個(gè)并列的孔，參比電極和輔助電極分別豎直穿于兩個(gè)孔中并使用螺釘固定。

9、進(jìn)一步地，所述電解槽的一側(cè)設(shè)有開(kāi)口，且開(kāi)口處連接有外沿的導(dǎo)流槽；補(bǔ)給槽位于電解槽開(kāi)口一側(cè)，電解槽內(nèi)的電解液經(jīng)開(kāi)口和導(dǎo)流槽回流至補(bǔ)給槽中。

10、進(jìn)一步地，所述循環(huán)管路包括主管路，主管路上沿液體流動(dòng)方向連接有循環(huán)泵和流量計(jì)，主管路的出口上還連接有噴嘴，噴嘴正對(duì)摩擦機(jī)磨頭底部，噴嘴內(nèi)噴出的電解液沖洗摩擦作用部位。

11、進(jìn)一步地，所述恒溫單元包括熱交換管、恒溫器和溫度傳感器，熱交換管位于補(bǔ)給槽的底部，恒溫器位于補(bǔ)給槽的頂部，恒溫器與熱交換管之間通過(guò)管道連接，恒溫器用于驅(qū)動(dòng)熱交換管內(nèi)的媒介流動(dòng)并調(diào)節(jié)媒介的溫度；溫度傳感器下端伸入補(bǔ)給槽中并與恒溫器信號(hào)連接。

12、一種恒溫液體介質(zhì)循環(huán)流動(dòng)式微動(dòng)磨損腐蝕試驗(yàn)方法，試驗(yàn)方法包括以下步驟：

13、步驟1：裝載摩擦試樣，并用工作電極密封壓板和螺釘固定；

14、步驟2：在摩擦機(jī)磨頭上施加載荷，通過(guò)微動(dòng)摩擦機(jī)調(diào)整微動(dòng)摩擦頻率和行程；

15、步驟3：在補(bǔ)給槽內(nèi)注入液體介質(zhì)，開(kāi)啟恒溫器，開(kāi)啟循環(huán)水泵，控制補(bǔ)給槽內(nèi)的液體介質(zhì)溫度維持反應(yīng)所需溫度；

16、步驟4：液體介質(zhì)通過(guò)噴嘴噴淋在試樣表面后注入電解槽中，監(jiān)測(cè)液體介質(zhì)的液面變化，確保液體介質(zhì)循環(huán)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡；

17、步驟5：連接電化學(xué)工作站并開(kāi)啟，開(kāi)啟摩擦機(jī)至整個(gè)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)平衡后開(kāi)始試驗(yàn)。

18、本發(fā)明的有益效果在于：

19、1.本發(fā)明通過(guò)原位電化學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)微動(dòng)磨損過(guò)程中的電化學(xué)行為，同時(shí)利用恒溫液體介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電解槽內(nèi)液體介質(zhì)的循環(huán)流動(dòng)和溫度恒定，很好地模擬實(shí)際工況下介質(zhì)溫度對(duì)微動(dòng)磨損腐蝕的影響，解決了現(xiàn)有摩擦磨損腐蝕試驗(yàn)裝置無(wú)法開(kāi)展介質(zhì)溫度對(duì)微動(dòng)磨損腐蝕的影響研究的難題；

20、2.本發(fā)明在液體腐蝕介質(zhì)下進(jìn)行微動(dòng)磨損試驗(yàn)，填補(bǔ)了液體介質(zhì)恒溫循環(huán)流動(dòng)微動(dòng)磨損腐蝕試驗(yàn)裝置的空白；

21、3.本發(fā)明的獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，能夠真實(shí)反映苛刻環(huán)境下微動(dòng)磨損和腐蝕耦合作用下材料的失效過(guò)程，進(jìn)一步對(duì)苛刻環(huán)境下材料耦合失效問(wèn)題深入研究，能夠?qū)δ壳暗墓こ虒?shí)踐提供參考和理論指導(dǎo)。

技術(shù)特征：

1.一種恒溫液體介質(zhì)循環(huán)流動(dòng)式微動(dòng)磨損腐蝕試驗(yàn)裝置，其特征在于，包括摩擦機(jī)、原位電化學(xué)監(jiān)測(cè)組件和恒溫液體介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述恒溫液體介質(zhì)循環(huán)流動(dòng)式微動(dòng)磨損腐蝕試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述工作電極（16）通過(guò)密封壓板（17）用螺釘固定至電解槽（13）中，工作電極引線(xiàn)（18）與工作電極（16）下方的導(dǎo)電銅柱（19）彈性相連，工作電極引線(xiàn)（18）用于連接電化學(xué)工作站。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述恒溫液體介質(zhì)循環(huán)流動(dòng)式微動(dòng)磨損腐蝕試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述導(dǎo)電銅柱（19）與工作電極（16）之間設(shè)有彈簧（20），彈簧（20）斷開(kāi)導(dǎo)電銅柱（19）和工作電極（16）之間的電連接；試驗(yàn)時(shí)，在摩擦載荷作用下試片與工作電極（16）向下壓彈簧（20），彈簧（20）縮短后使工作電極（16）與導(dǎo)電銅柱（19）相連，電信號(hào)接通；試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，摩擦載荷消失彈簧（20）恢復(fù)電信號(hào)斷開(kāi)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述恒溫液體介質(zhì)循環(huán)流動(dòng)式微動(dòng)磨損腐蝕試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述電解槽（13）的中部還固定有“門(mén)”字形的電極夾具（21），電極夾具（21）頂部開(kāi)設(shè)有兩個(gè)并列的孔，參比電極（15）和輔助電極（23）分別豎直穿于兩個(gè)孔中并使用螺釘固定。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述恒溫液體介質(zhì)循環(huán)流動(dòng)式微動(dòng)磨損腐蝕試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述電解槽（13）的一側(cè)設(shè)有開(kāi)口，且開(kāi)口處連接有外沿的導(dǎo)流槽；補(bǔ)給槽（9）位于電解槽（13）開(kāi)口一側(cè)，電解槽（13）內(nèi)的電解液經(jīng)開(kāi)口和導(dǎo)流槽回流至補(bǔ)給槽（9）中。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述恒溫液體介質(zhì)循環(huán)流動(dòng)式微動(dòng)磨損腐蝕試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述循環(huán)管路包括主管路（2），主管路（2）上沿液體流動(dòng)方向連接有循環(huán)泵（11）和流量計(jì)（12），主管路（2）的出口上還連接有噴嘴（3），噴嘴（3）正對(duì)摩擦機(jī)磨頭（4）底部，噴嘴（3）內(nèi)噴出的電解液沖洗摩擦作用部位。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述恒溫液體介質(zhì)循環(huán)流動(dòng)式微動(dòng)磨損腐蝕試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述恒溫單元包括熱交換管（10）、恒溫器（6）和溫度傳感器（8），熱交換管（10）位于補(bǔ)給槽（9）的底部，恒溫器（6）位于補(bǔ)給槽（9）的頂部，恒溫器（6）與熱交換管（10）之間通過(guò)管道連接，恒溫器（6）用于驅(qū)動(dòng)熱交換管（10）內(nèi)的媒介流動(dòng)并調(diào)節(jié)媒介的溫度；溫度傳感器（8）下端伸入補(bǔ)給槽（9）中并與恒溫器（6）信號(hào)連接。

8.一種恒溫液體介質(zhì)循環(huán)流動(dòng)式微動(dòng)磨損腐蝕試驗(yàn)方法，其特征在于，包括權(quán)利要求1～7任一所述的恒溫液體介質(zhì)循環(huán)流動(dòng)式微動(dòng)磨損腐蝕試驗(yàn)裝置，試驗(yàn)方法包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種恒溫液體介質(zhì)循環(huán)流動(dòng)式微動(dòng)磨損腐蝕試驗(yàn)裝置，該裝置以微動(dòng)摩擦機(jī)為主體。微動(dòng)摩擦機(jī)包括摩擦機(jī)磨頭和摩擦機(jī)底座，摩擦機(jī)底座上設(shè)置有電解槽、工作電極、參比電極、輔助電極、導(dǎo)電銅柱和電極夾具在內(nèi)的原位電化學(xué)監(jiān)測(cè)組件。摩擦機(jī)底座的一側(cè)設(shè)置有含主管路、噴嘴、補(bǔ)給槽、循環(huán)泵、流量計(jì)、恒溫器和熱交換管的恒溫液體介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)。此外，磨損腐蝕試驗(yàn)裝置還配備了精確的控制系統(tǒng)以便對(duì)液體介質(zhì)的溫度和流量進(jìn)行調(diào)控。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了液體介質(zhì)循環(huán)流動(dòng)和溫度恒定，能夠很好地反映實(shí)際工況下介質(zhì)溫度對(duì)材料微動(dòng)磨損腐蝕的影響，解決了現(xiàn)有摩擦磨損試驗(yàn)裝置無(wú)法開(kāi)展相關(guān)原位監(jiān)測(cè)研究的難題。

技術(shù)研發(fā)人員：任鵬偉,李全德,王建章,陳明鍇,劉昊,劉亮,齊振濤,閻逢元
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6