[发明专利]一种恒温扭动腐蚀磨损试验装置及其试验方法

说明书

技术领域

本发明属于磨损与腐蚀技术领域，尤其属于一种腐蚀磨损试验装置及其试 验方法。

背景技术

材料或设备损伤与失效的三种主要方式为磨损、腐蚀与疲劳。磨损是在接 触副之间由于相对摩擦运动而造成的材料损失与尺寸变化等破坏；腐蚀则是材 料或设备在周围腐蚀性介质(最常见的是液体和气体)作用下，由于发生化学 变化、电化学变化或物理溶解等而产生的破坏；而疲劳是在交变载荷作用下产 生裂纹直至断裂的一种破坏形式。由于大多数材料或设备都工作在一定的腐蚀 性介质中，在发生磨损与疲劳的过程中存在腐蚀现象，此时的磨损与疲劳分别 可称为腐蚀磨损(或腐蚀磨损)与腐蚀疲劳，同时磨损与疲劳也存在一定的竞 争关系。因此，三种破坏形式虽然产生的条件、原因和损伤机理都不相同，但 往往不是单独作用，而是两种甚至三种同时作用，相互促进，造成材料和设备 的严重损伤与失效，甚至造成一些灾难性的事故。

按球/平面接触模型，摩擦磨损可分为切向、径向、滚动和扭动等四种基本 运动方式。其中滚动与扭动均为对磨副在法向载荷的作用下，在接触面上做的 旋转运动，不同之处在于：滚动运动的旋转轴与接触平面平行，如车轮与地面 的摩擦；扭动运动的旋转轴与接触面垂直，如髋关节与髋关节盘的摩擦。

扭动是在一定载荷下接触副发生往复扭动的一种摩擦运动方式，大量存在 于机械装备与器械中，例如人体植入器械中的人工心脏瓣膜的阀门轴与轴座之 间、髋关节和膝关节杵臼状接触区内发生的摩擦运动，日常生活与工业生产中 大量使用的各种阀门等都存在扭动摩擦运动，而且大多扭动实例都工作在一定 的腐蚀性介质(特别是液体介质)中，从而发生扭动腐蚀磨损，造成设备与器 械的损伤失效(如阀门咬合、松动、噪声增加或形成污染源等)。由于扭动的人 工模拟与再现控制困难，扭动的相关研究工作一直以来开展较少，而在腐蚀性 液体介质中的扭动腐蚀磨损的研究还未见报道。研发扭动腐蚀磨损试验的新方 法及其装置，进而对扭动腐蚀磨损现象进行深入研究，对于丰富和发展摩擦学 与腐蚀学相关理论具有重要的学术与理论价值，对减少工程中出现的扭动腐蚀 磨损问题，改进机械设备与生物工程的相关设计，提高装备与器械的性能与寿 命、节约能源等具有十分重要的现实意义和工程应用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种恒温扭动腐蚀磨损试验装置，该试验装置能方便 地使材料在恒温试验介质中发生扭动腐蚀磨损，实现扭动摩擦动力学和电化学 腐蚀数据的同步采集，从而更真实准确的测试出特定腐蚀介质下，材料的扭动 腐蚀磨损性能；为机械与生物工程的相关设计提供更准确、更可靠的依据；以 提高装备与器械的性能与寿命。且自动化程度高，控制与测试的精度高，试验 数据的重现性好。

本发明实现其发明目的，所采用的技术方案是：一种恒温扭动腐蚀磨损试 验装置，包括多功能摩擦磨损试验机，多功能摩擦磨损试验机的顶板下方安装 的二维移动台，二维移动台下方通过六维力/力矩传感器连接有夹持上试件的上 夹具；多功能摩擦磨损试验机的底座上安装有高精低速的转动台-，转动台上安 装有夹持球试件的下夹具；高精低速转动台、二维移动台、六维力/力矩传感器 均与数据采集控制系统电连接，其结构特点是：

下夹具的周沿设有高出球试件的介质腔，介质腔内盛装能将球形试件完全 淹没的试验介质。

下夹具的介质腔的腔壁为夹层结构，腔壁的夹层下部设有入水口、上部设 有出水口，入水口-通过微型水泵与恒温水浴锅相连，而出水口则直接与恒温水 浴锅相连，形成恒温循环水系统；

辅助电极、参比电极浸入介质腔的试验介质中，且使参比电极的尖端距上 试件的下端面1-～3mm；辅助电极、参比电极及上试件上端面分别通过导线与微 机控制的电化学工作站的相应端口连接，形成电化学腐蚀测量系统。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、由于下夹具设计成包含介质腔的容器式结构，介质腔可盛装能将球形 试件淹没的不同的腐蚀性介质，从而使材料在各种介质中的扭动腐蚀磨损得以 实现。

二、由于下夹具的介质腔壁设计成夹层结构，夹层通过微型水泵循环泵入 来自恒温水浴锅的恒温水，对下夹具内的介质进行加热与保温，实现恒温扭动 腐蚀磨损试验。

三、与上夹具相连的六维力/力矩传感器可测出扭动过程中的摩擦扭矩等数 据，从而准确表征扭动的摩擦动力学特性。