[發明專利]一種動態電化學腐蝕磨損試驗裝置

在審

• 申請號: 201810363835.1
• 申請日: 2018-04-22
• 公開（公告）號: CN108593536A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發明（設計）人: 聶松林;張京秀;劉向陽
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01N17/02
• 分類號: G01N17/02;G01N3/56
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發明公開了一種動態電化學腐蝕磨損測試裝置，將電化學工作站與摩擦磨損功能集于一體，可進行腐蝕與磨損交互作用原位和動態測試。摩擦磨損試驗機為旋轉式，采用“銷?盤”摩擦接觸方式和三電極電化學測試系統，其中下試件作為工作電極，通過水銀滑環與電化學工作站連接，對旋轉摩擦狀態下的電化學參數進行動態測試。該裝置可對單純的磨損失重量、腐蝕失重量及腐蝕磨損交互作用量進行測定，并對單純的腐蝕及腐蝕磨損共同作用下的腐蝕率分別進行測定，實現不同工況(載荷、轉速、介質)下的電化學參數與摩擦學性能的實時監測，能準確地實現材料腐蝕磨損的同步測試與原位研究，進一步實現腐蝕磨損交互作用機理的動態研究，有廣泛的應用價值。

技術領域

本發明屬于金屬材料腐蝕磨損與電化學測試研究領域，特別是提供了一種新型摩擦磨損- 電化學測試與數據采集裝置。適用于對不同溶液中摩擦學性能和電化學參數測試，不僅可完成腐蝕量、磨損量測定，還可完成腐蝕對材料磨損的改變量以及磨損對腐蝕的改變量的測定，實現對腐蝕磨損體系進行電化學原位控制和監測。

背景技術

腐蝕磨損通常是指固體在別的固體機械摩擦作用下，同時又有腐蝕介質參與下，發生的表面破壞現象，是力學因素、化學因素及電化學因素交互作用的結果。腐蝕磨損交互作用對材料的腐蝕磨損造成的材料損耗具有極其重要的促進作用，因此必須要研究清楚二者交互作用的機制才能在材料選取與防護手段方面有所突破。海水環境是腐蝕性最高的環境，常見的關鍵摩擦副材料在海水環境下表現出不同程度的磨損，還表現為材料的腐蝕、電化學腐蝕以及腐蝕和磨損作用下的耦合行為。通過分析發現腐蝕磨損過程中的腐蝕和磨損往往與單獨的腐蝕或磨損有較大的不同，其并不是簡單的腐蝕與磨損量的相加，而是由二者的交互作用引起的更嚴重的材料損失。究其原因是因為材料在腐蝕磨損條件下，介質腐蝕作用使材料表面性能惡化，增加材料的機械磨損，而機械磨損又會使腐蝕速度大為增大，因此腐蝕磨損的交互作用對液壓元件的影響更加嚴重，大大降低了其可靠性。

近年來，隨著海洋進一步開發，要求海洋裝備的關鍵摩擦副能在惡劣工況下持續安全穩定地工作，此對關鍵摩擦副材料的性能提出了更高的要求。又因為腐蝕磨損現象廣泛存在海洋裝備中，是使水液壓元件失效損壞的主要原因之一，因此海水環境中金屬材料的腐蝕磨損是一個重要的研究領域。為探明這類腐蝕磨損及其交互作用控制機理、影響因素，首要問題就是要開發一套多功能摩擦磨損-電化學綜合測試裝置，開展海水液壓關鍵摩擦副材料試驗研究。傳統的測試裝置大部分不能實現對材料的摩擦磨損性能以及電化學性能的同步測試，也無法更準確的模擬海洋環境中各種材料摩擦與腐蝕的情況，然而獲得材料摩擦磨損過程中的電化學信息，如腐蝕速率等，對材料的腐蝕磨損特性研究，同時對有效地減少材料的腐蝕磨損造成的材料損失有重要作用。

要對金屬材料的腐蝕磨損及其交互作用進行深入研究，需要實時檢測摩擦過程電化學參數變化情況，故需要相應的測試裝置。此前有中國專利“一種腐蝕和磨損同步測量裝置” (CN87214788)，其公開了一種研究金屬材料腐蝕和磨損同步測量的裝置，將固定金屬試樣的研究電極做成空心旋轉軸，能夠同時測量磨損速度和腐蝕速度，但由于沒有設計加載系統，無法考察載荷對腐蝕和磨損的影響。另有一種腐蝕產物磨損性能與腐蝕電化學測試裝置 (CN200910076139.3)，由于缺乏加載系統，也無法考察載荷對腐蝕和磨損的影響。還有一種腐蝕與磨損交互作用動態的測量裝置(CN200620111395.3)，此裝置不能實現對材料磨損性能信號的同步輸出，例如摩擦系數的表征，使腐蝕磨損性能的同步研究受到限制。

發明內容

本發明的目的在于提供一種可同時對材料摩擦磨損性能及電化學參數進行綜合測試的新型裝置，該裝置操作簡單，采用“銷-盤”摩擦接觸方式，可對金屬材料電化學和摩擦磨損進行同步測試，并實時輸出材料的摩擦系數等磨損信號，實現腐蝕磨損體系電化學原位控制和監測，從而對材料的單純磨損量、單純腐蝕量、腐蝕對磨損的改變量以及磨損對腐蝕的改變量進行對比分析，并可進一步研究腐蝕電化學因素、力學因素分別對協同效應的影響程度，確定各因素在協同效應中所起作用的相對大小，有助于深入認識腐蝕磨損機理，探索海水環境下的材料腐蝕磨損交互作用。