CN104729942A - 一种腐蚀磨损试验装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于材料磨损、腐蚀和防护领域，特别涉及一种腐蚀磨损试验装置，包括机架，所述机架上设置有立式直流无碳电机，所述立式直流无碳电机的输出轴与纵向设置于机架上的传动轴相连接，所述传动轴下端连接有转盘，所述转盘位于设置在机架下方用于盛放腐蚀液的介质槽内，转盘上还设置有工作电极及至少一个失重试样卡槽，所述工作电极与设置在传动轴中部的铜环相连接，所述传动轴下部还设置有伸入介质槽内的辅助电极，所述辅助电极与铜环相连接，所述铜环旁侧设置有与其相抵接且固定于机架上的铜刷，所述铜刷与由PC机控制的电化学工作站相连接，所述介质槽内还设置有与电化学工作站相连接的参比电极。该装置不仅操作简单、性能稳定及试验重复性能好，而且可同时对金属材料进行电化学和失重测试。
Description
技术领域
本发明属于材料磨损、腐蚀和防护领域，特别涉及一种腐蚀磨损试验装置及其使用方法。
背景技术
腐蚀磨损现象广泛发生在石油、化工、煤矿、电力、医疗和海洋等领域的机械设备中，不仅给国家带来巨大的经济损失，还严重危险生命安全。随着对腐蚀磨损机理研究的不断深入，腐蚀磨损试验机的发展显的尤为重要。由于腐蚀磨损系统受材料因素（材料的成分、组织、力学性能、物化性能等）、电化学因素(腐蚀介质的种类、浓度、pH值等)、力学因素（载荷、速度等）和环境因素（温度及压力等）的多因素综合作用，且设备本身就存在着一定程度的腐蚀磨损，很难保持其长期稳定的工作状态；此外腐蚀磨损涉及电化学因素，而对于如何精确测量电化学参数是一大难点，因此目前还没有定型专用的商品试验设备进行测试。
国内外不少科研人员都对腐蚀磨损装置进行了研制，但目前仍存在一些不足，主要为：
1）测试方法单一：国内外学者研制的试验装置只能进行单一的电化学测试或失重测试，无法同时进行电化学与失重试验。
2）电化学试验的信号不稳定：由于转数快，液流混乱，瞬间电化学信息的采集困难。
3）失重试验周期长：失重试验通常需要长时间冲刷，当多个试样进行试验时，需要长时间的等待。
4）试样装卸麻烦。
发明内容
本发明的目的在于提供一种腐蚀磨损试验装置及其使用方法，该装置不仅结构紧凑，性能稳定及试验重复性能好，而且操作使用便捷，可同时对金属材料进行电化学和失重测试。
本发明的技术方案在于：一种腐蚀磨损试验装置，包括机架，所述机架上设置有立式直流无碳电机，所述立式直流无碳电机的输出轴与纵向设置于机架上的传动轴相连接，所述传动轴下端连接有转盘，所述转盘位于设置在机架下方用于盛放腐蚀液的介质槽内，转盘上设置有工作电极及至少一个失重试样卡槽，所述工作电极与设置在传动轴中部的铜环相连接，所述传动轴下部还设置有伸入介质槽内的辅助电极，所述辅助电极与铜环相连接，所述铜环旁侧设置有与其相抵接且固定于机架上的铜刷，所述铜刷与由PC机控制的电化学工作站相连接，所述介质槽内还设置有与电化学工作站相连接的参比电极。
优选地，所述机架包括纵向设置的四根立柱，所述立柱上部分别设置有外螺纹，立柱上自上而下套设有上钢板及下钢板，所述上钢板经锁紧螺母紧固于立柱上，所述下钢板经横向设置的顶丝紧固于立柱中部，所述上钢板一旁侧设置有固定座，所述立式直流无碳电机经紧固螺钉紧固于固定座上。
优选地，所述传动轴由工程塑料制成，且传动轴自上而下穿过同轴设置于上钢板及下钢板上的两个带座外球面轴承，所述铜环经紧固螺丝紧固于传动轴中部且位于下钢板下方，所述铜刷固定于下钢板下侧且与铜环过盈配合。
优选地，所述立式直流无碳电机的输出轴经自锁夹头与传动轴相连接，所述辅助电极经双头夹与传动轴相连接且位于转盘旁侧。
优选地，所述转盘由工程塑料制成，转盘周部间隔设置有一个工作电极卡槽及三个失重试样卡槽，所述工作电极卡槽上设置有用于螺接紧固螺丝以紧固工作电极的紧固螺丝孔和工作电极导线通孔。
优选地，所述工作电极包括一金属试样，所述金属试样的一端经环氧树脂封装于四分管内，金属试样封装于四分管内的端部上设置有一穿出四分管的铜导线，所述铜导线与铜环相连接。
优选地，所述介质槽呈桶状且由有机玻璃制成，所述介质槽内壁还均布有四块挡板。
一种腐蚀磨损试验装置的使用方法，包括以下步骤：
1）制成工作电极，将制作好的工作电极经抛光和丙酮清洗后安装于转盘的工作电极卡槽内，并将工作电极与铜环相连接；
2）线切割失重试样，将失重试样经丙酮酒精清洗、蒸馏水冲洗及干燥，并用分析天平称重得M1，继而将失重试样镶嵌于转盘的失重试样卡槽内；
3）于介质槽内盛装腐蚀液，使其工作电极、辅助电极、参比电极及失重试样浸于腐蚀液中；
4）将立式直流无碳电机调节至指定转数并启动，控制PC机进行电化学测试，得出电化学曲线；
5）实验h小时后，取下失重试样，用丙酮酒精清洗、蒸馏水冲洗、干燥，然后用分析天平称重得M2；
6）用公式V=(M2-M1)/St计算测试材料的失重率，其中S为失重试样与介质接触面积，t为试验时间。
进一步地，在步骤1中，通过线切割制作6 mm×6 mm×12 mm的金属试样，将金属试样一端用环氧树脂封装于20mm长的四分管内，用铜导线与金属试样该端连接并导出四分管，金属试样另一端露出四分管并留有6 mm×6 mm工作面，以制成工作电极。
与现有技术相比较，本发明具有以下优点：该装置不仅操作简单、性能稳定及试验重复性能好，而且可同时对金属材料进行电化学和失重测试，模拟实际工况条件，测试不同材质、不同转数、不同腐蚀性介质的腐蚀磨损速率，研究其腐蚀磨损机理。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的转盘的示意图；
图3为本发明的工作电极试样的结构示意图；
图4为本发明的电化学工作站测量不同速度的极化曲线示意图；
图中：1-挡板 2-工作电极 3-辅助电极 4-双头夹 5-传动轴 6-铜环 7-带座外球面轴承 8-固定座 9-立式直流无碳电机 10-自锁夹头 11-上钢板 12-PC机 13-立柱 14-电化学工作站 15-下钢板 16-铜刷 17-转盘 18-失重试样 19-参比电极 20-介质槽 21-工作电极卡槽 22-螺丝孔 23-导线通孔 24-螺栓通孔 25-失重试样卡槽 26-传动轴通孔 27-金属试样 28-四分管 29-铜导线 30-锁紧螺母。
具体实施方式
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下，但本发明并不限于此。
参考图1至图4
一种腐蚀磨损试验装置，包括机架，所述机架上设置有立式直流无碳电机9，该立式直流无碳电机能实现精确控制0~2000rad/min的转数；启动时，由低速缓慢增速至设定转数，保障了整体装置的平稳，此外，该电机还能实现定时，具有过热保护功能。
上述立式直流无碳电机的输出轴与纵向设置于机架上的传动轴5相连接，所述传动轴下端与转盘17通过四个螺栓相连。该转盘由工程塑料制成，可防止其被腐蚀液腐蚀，转盘中部设置有用于与传动轴向连接的传动轴通孔26及位于传动轴通孔周部的螺栓通孔24，以便转盘的拆装。该转盘的周部间隔设置有一个工作电极卡槽21及三个失重试样卡槽25，三个失重试样卡槽能够同时进行三个失重试验，从而减少试验时长；所述工作电极卡槽上设置有用于螺接紧固螺丝以紧固工作电极2的紧固螺丝孔22和工作电极的铜导线穿出的导线通孔23。
为了便于实验工作，所述转盘位于设置在机架下方用于盛放腐蚀液的介质槽20内，该介质槽可用于盛放不同浓度的腐蚀液。所述工作电极经铜导线与设置在传动轴中部的铜环6相连接，所述传动轴下部还设置有伸入介质槽内的辅助电极3，所述辅助电极与铜环相连接，所述铜环旁侧设置有与其相抵接且固定于机架上的铜刷16，所述铜刷与由PC机12控制的电化学工作站14相连接，所述介质槽内还设置有与电化学工作站相连接的参比电极19。所述的电化学工作站为市售商品，是金属腐蚀电化学测试的重要工具，通过PC机控制可以用于各种电化学测试以及结果的拟合。
本实施例中，为了便于拆装，同时降低加工难度，节约成本，所述机架包括纵向设置的四根立柱13，所述立柱上部分别设置有外螺纹，立柱上自上而下套设有上钢板11及下钢板15，所述上钢板经锁紧螺母30紧固于立柱上，所述下钢板经横向设置的顶丝紧固于立柱中部，所述上钢板一旁侧设置有固定座8，所述固定座经螺栓固定于上钢板上，所述立式直流无碳电机经紧固螺钉紧固于固定座上。
本实施例中，所述传动轴由工程塑料制成，可防止其被腐蚀液腐蚀，且传动轴自上而下穿过同轴设置于上钢板及下钢板上的两个带座外球面轴承7，所述铜环经紧固螺丝紧固于传动轴中部且位于下钢板下方，所述铜刷固定于下钢板下侧且与铜环过盈配合，保证电流的导出。
本实施例中，为了便于传动轴与立式直流无碳电机的拆装，所述立式直流无碳电机的输出轴经自锁夹头10与传动轴相连接，所述辅助电极是市售的铂电极，辅助电极经双头夹4与传动轴相连接且位于转盘旁侧，不仅便于拆装，而且保证工作电极与辅助电极之间距离不变，从而保证电化学信息的采集稳定性。
本实施例中，所述工作电极包括一6 mm×6 mm×12 mm且由线切割制成的金属试样27，所述金属试样经环氧树脂封装于20mm长的四分管28内，金属试样封装于四分管内的端部上设置有一穿出四分管背面的铜导线29，金属试样的另一端露出四分管且留有6 mm×6 mm的工作面。所述铜导线穿出导线通孔23与铜环相连接。该工作电极经螺丝紧固于转盘上，防止高速旋转时移位。
本实施例中，所述介质槽为直径为250mm，高度为120mm，厚度为6mm的桶状体且由有机玻璃制成，所述介质槽内壁还均布有四块挡板1，以便用于减小高速旋转造成的液流旋窝。
一种腐蚀磨损试验装置的使用方法，包括以下步骤：
制成工作电极：通过线切割制作6 mm×6 mm×12 mm的金属试样，将金属试样一端用环氧树脂封装于20mm长的四分管内，用铜导线与金属试样该端连接并导出四分管，金属试样另一端露出四分管并留有6 mm×6 mm工作面；将制作好的工作电极经抛光和丙酮清洗后安装于转盘的工作电极卡槽内，用紧固螺钉固定，将铜导线从导线通孔中导出并与铜环连接，以便电信号从铜刷导出至电化学工作站；
将参比电极连接至电化学工作站，用双头夹将辅助电极固定在传动轴上，以便辅助电极的电流信息同样经铜刷及铜环连接至电化学工作站；工作电极与辅助电极的电信号经不同导线与电化学工作站相相连接；
线切割失重试样，将失重试样经丙酮酒精清洗、蒸馏水冲洗及干燥，并用分析天平称重得M1，继而将失重试样镶嵌于转盘的失重试样卡槽内；
于介质槽内盛装腐蚀液，使其工作电极、辅助电极、参比电极及失重试样浸于腐蚀液中；
将立式直流无碳电机调节至指定转数并启动，控制PC机进行电化学测试，得出电化学曲线，如图4所示；
实验h小时后，取下失重试样，用丙酮酒精清洗、蒸馏水冲洗、干燥，然后用分析天平称重得M2；
用公式V=(M2-M1)/St计算测试材料的失重率，其中S为失重试样与介质接触面积，t为试验时间。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出不同形式的腐蚀磨损试验装置并不需要创造性的劳动，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (9)
1. 一种腐蚀磨损试验装置，包括机架，其特征在于，所述机架上设置有立式直流无碳电机，所述立式直流无碳电机的输出轴与纵向设置于机架上的传动轴相连接，所述传动轴下端连接有转盘，所述转盘位于设置在机架下方用于盛放腐蚀液的介质槽内，转盘上设置有工作电极及至少一个失重试样卡槽，所述工作电极与设置在传动轴中部的铜环相连接，所述传动轴下部还设置有伸入介质槽内的辅助电极，所述辅助电极与铜环相连接，所述铜环旁侧设置有与其相抵接且固定于机架上的铜刷，所述铜刷与由PC机控制的电化学工作站相连接，所述介质槽内还设置有与电化学工作站相连接的参比电极。
2. 根据权利要求1所述的一种腐蚀磨损试验装置，其特征在于，所述机架包括纵向设置的四根立柱，所述立柱上部分别设置有外螺纹，立柱上自上而下套设有上钢板及下钢板，所述上钢板经锁紧螺母紧固于立柱上，所述下钢板经横向设置的顶丝紧固于立柱中部，所述上钢板一旁侧设置有固定座，所述立式直流无碳电机经紧固螺钉紧固于固定座上。
3. 根据权利要求2所述的一种腐蚀磨损试验装置，其特征在于，所述传动轴由工程塑料制成，且传动轴自上而下穿过同轴设置于上钢板及下钢板上的两个带座外球面轴承，所述铜环经紧固螺丝紧固于传动轴中部且位于下钢板下方，所述铜刷固定于下钢板下侧且与铜环过盈配合。
4. 根据权利要求1、2或3所述的一种腐蚀磨损试验装置，其特征在于，所述立式直流无碳电机的输出轴经自锁夹头与传动轴相连接，所述辅助电极经双头夹与传动轴相连接且位于转盘旁侧。
5. 根据权利要求1所述的一种腐蚀磨损试验装置，其特征在于，所述转盘由工程塑料制成，转盘周部间隔设置有一个工作电极卡槽及三个失重试样卡槽，所述工作电极卡槽上设置有用于螺接紧固螺丝以紧固工作电极的紧固螺丝孔和工作电极导线通孔。
6. 根据权利要求1或5所述的一种腐蚀磨损试验装置，其特征在于，所述工作电极包括一金属试样，所述金属试样的一端经环氧树脂封装于四分管内，金属试样封装于四分管内的端部上设置有一穿出四分管的铜导线，所述铜导线与铜环相连接。
7. 根据权利要求1所述的一种腐蚀磨损试验装置，其特征在于，所述介质槽呈桶状且由有机玻璃制成，所述介质槽内壁还均布有四块挡板。
8. 一种如权利要求6所述的腐蚀磨损试验装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）制成工作电极，将制作好的工作电极经抛光和丙酮清洗后安装于转盘的工作电极卡槽内，并将工作电极与铜环相连接；
2）线切割失重试样，将失重试样经丙酮酒精清洗、蒸馏水冲洗及干燥，并用分析天平称重得M1，继而将失重试样镶嵌于转盘的失重试样卡槽内；
3）于介质槽内盛装腐蚀液，使其工作电极、辅助电极、参比电极及失重试样浸于腐蚀液中；
4）将立式直流无碳电机调节至指定转数并启动，控制PC机进行电化学测试，得出电化学曲线；
5）实验h小时后，取下失重试样，用丙酮酒精清洗、蒸馏水冲洗、干燥，然后用分析天平称重得M2；
6）用公式V=(M2-M1)/St计算测试材料的失重率，其中S为失重试样与介质接触面积，t为试验时间。
9. 根据权利要求8所述的腐蚀磨损试验装置的使用方法，其特征在于，在步骤1中，通过线切割制作6 mm×6 mm×12 mm的金属试样，将金属试样一端用环氧树脂封装于20mm长的四分管内，用铜导线与金属试样该端连接并导出四分管，金属试样另一端露出四分管并留有6 mm×6 mm工作面，以制成工作电极。
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