[發明專利]一種恒溫扭動腐蝕磨損試驗裝置及其試驗方法

有效

• 申請號: 200910059910.6
• 申請日: 2009-07-06
• 公開（公告）號: CN101598660A
• 公開（公告）日: 2009-12-09
• 發明（設計）人: 朱旻昊;林修洲;蔡振兵;莫繼良;任平弟;陳光雄;周仲榮
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G01N17/02
• 分類號: G01N17/02;G01N3/56
• 代理公司: 成都博通專利事務所
• 代理人: 陳樹明

技術領域

本發明屬于磨損與腐蝕技術領域，尤其屬于一種腐蝕磨損試驗裝置及其試 驗方法。

背景技術

材料或設備損傷與失效的三種主要方式為磨損、腐蝕與疲勞。磨損是在接 觸副之間由于相對摩擦運動而造成的材料損失與尺寸變化等破壞；腐蝕則是材 料或設備在周圍腐蝕性介質(最常見的是液體和氣體)作用下，由于發生化學 變化、電化學變化或物理溶解等而產生的破壞；而疲勞是在交變載荷作用下產 生裂紋直至斷裂的一種破壞形式。由于大多數材料或設備都工作在一定的腐蝕 性介質中，在發生磨損與疲勞的過程中存在腐蝕現象，此時的磨損與疲勞分別 可稱為腐蝕磨損(或腐蝕磨損)與腐蝕疲勞，同時磨損與疲勞也存在一定的競 爭關系。因此，三種破壞形式雖然產生的條件、原因和損傷機理都不相同，但 往往不是單獨作用，而是兩種甚至三種同時作用，相互促進，造成材料和設備 的嚴重損傷與失效，甚至造成一些災難性的事故。

按球/平面接觸模型，摩擦磨損可分為切向、徑向、滾動和扭動等四種基本 運動方式。其中滾動與扭動均為對磨副在法向載荷的作用下，在接觸面上做的 旋轉運動，不同之處在于：滾動運動的旋轉軸與接觸平面平行，如車輪與地面 的摩擦；扭動運動的旋轉軸與接觸面垂直，如髖關節與髖關節盤的摩擦。

扭動是在一定載荷下接觸副發生往復扭動的一種摩擦運動方式，大量存在 于機械裝備與器械中，例如人體植入器械中的人工心臟瓣膜的閥門軸與軸座之 間、髖關節和膝關節杵臼狀接觸區內發生的摩擦運動，日常生活與工業生產中 大量使用的各種閥門等都存在扭動摩擦運動，而且大多扭動實例都工作在一定 的腐蝕性介質(特別是液體介質)中，從而發生扭動腐蝕磨損，造成設備與器 械的損傷失效(如閥門咬合、松動、噪聲增加或形成污染源等)。由于扭動的人 工模擬與再現控制困難，扭動的相關研究工作一直以來開展較少，而在腐蝕性 液體介質中的扭動腐蝕磨損的研究還未見報道。研發扭動腐蝕磨損試驗的新方 法及其裝置，進而對扭動腐蝕磨損現象進行深入研究，對于豐富和發展摩擦學 與腐蝕學相關理論具有重要的學術與理論價值，對減少工程中出現的扭動腐蝕 磨損問題，改進機械設備與生物工程的相關設計，提高裝備與器械的性能與壽 命、節約能源等具有十分重要的現實意義和工程應用價值。

發明內容

本發明的目的是提供一種恒溫扭動腐蝕磨損試驗裝置，該試驗裝置能方便 地使材料在恒溫試驗介質中發生扭動腐蝕磨損，實現扭動摩擦動力學和電化學 腐蝕數據的同步采集，從而更真實準確的測試出特定腐蝕介質下，材料的扭動 腐蝕磨損性能；為機械與生物工程的相關設計提供更準確、更可靠的依據；以 提高裝備與器械的性能與壽命。且自動化程度高，控制與測試的精度高，試驗 數據的重現性好。

本發明實現其發明目的，所采用的技術方案是：一種恒溫扭動腐蝕磨損試 驗裝置，包括多功能摩擦磨損試驗機，多功能摩擦磨損試驗機的頂板下方安裝 的二維移動臺，二維移動臺下方通過六維力/力矩傳感器連接有夾持上試件的上 夾具；多功能摩擦磨損試驗機的底座上安裝有高精低速的轉動臺-，轉動臺上安 裝有夾持球試件的下夾具；高精低速轉動臺、二維移動臺、六維力/力矩傳感器 均與數據采集控制系統電連接，其結構特點是：

下夾具的周沿設有高出球試件的介質腔，介質腔內盛裝能將球形試件完全 淹沒的試驗介質。

下夾具的介質腔的腔壁為夾層結構，腔壁的夾層下部設有入水口、上部設 有出水口，入水口-通過微型水泵與恒溫水浴鍋相連，而出水口則直接與恒溫水 浴鍋相連，形成恒溫循環水系統；

輔助電極、參比電極浸入介質腔的試驗介質中，且使參比電極的尖端距上 試件的下端面1-～3mm；輔助電極、參比電極及上試件上端面分別通過導線與微 機控制的電化學工作站的相應端口連接，形成電化學腐蝕測量系統。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

一、由于下夾具設計成包含介質腔的容器式結構，介質腔可盛裝能將球形 試件淹沒的不同的腐蝕性介質，從而使材料在各種介質中的扭動腐蝕磨損得以 實現。

二、由于下夾具的介質腔壁設計成夾層結構，夾層通過微型水泵循環泵入 來自恒溫水浴鍋的恒溫水，對下夾具內的介質進行加熱與保溫，實現恒溫扭動 腐蝕磨損試驗。

三、與上夾具相連的六維力/力矩傳感器可測出扭動過程中的摩擦扭矩等數 據，從而準確表征扭動的摩擦動力學特性。