CN108444851B - 摩擦腐蚀电化学测试装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种摩擦腐蚀电化学测试装置及方法，适用于摩擦磨损实验机上测试实验材料在摩擦腐蚀条件下的电化学性质等。本测试装置用绝缘材质制成，通过螺栓紧固测试试样并配合硅胶密封缝隙及绝缘摩擦球头的运用，很好的避免了测试过程中缝隙腐蚀和电偶腐蚀的发生。本装置设计的独立参比/辅助电极槽，避免了电化学测试部件对摩擦过程的干扰；测试方法中Slider模块与传统放置方向有90°的旋转，并通过Slider模块的滑动实现摩擦过程，减少了摩擦腐蚀测试时溶液的摇动程度。

Description

摩擦腐蚀电化学测试装置及方法
技术领域：
本发明涉及摩擦腐蚀电化学测试，具体地是一种摩擦腐蚀电化学测试装置及方法。
背景技术：
腐蚀、磨损、断裂是金属材料失效的三大主要形式，每种形式都可能造成巨大的经济损失或人员伤害。摩擦腐蚀是在某些摩擦条件下，由于配合表面间的摩擦而引起的一种化学反应；更一般的是材料在具有腐蚀性环境下，同时存在摩擦时所产生的一种材料损害现象。例如：船舶轴承与轴颈摩擦副、破冰船体与冰块摩擦副、人工假体等植入金属材料的生物摩擦腐蚀等。研究表明摩擦腐蚀与单一的腐蚀、摩擦不同，其对材料的损害往往大于两者损害的叠加，这是由于材料在摩擦与腐蚀共同作用时摩擦与腐蚀之间相互促进造成的。因而，研究这类摩擦与腐蚀共同作用环境下材料的服役性能对于评估材料的服役寿命及服役安全性具有重要的意义。
目前研究材料摩擦性能及腐蚀性能的装置已经非常成熟，将两者联系起来研究材料摩擦腐蚀性能的装置亦很多，这些摩擦腐蚀测试装置往往利用卡具将测试材料固定在溶液中，然而这种卡具与测试材料的接触会引起材料发生缝隙腐蚀或电偶腐蚀，尤其是在其电化学测试研究过程中，这种缝隙腐蚀或电偶腐蚀的影响将直接导致其测试数据失真，因而在使用过程中需要对其进行附加处理才可能避免这些影响。
发明内容：
因此，本发明提供一种摩擦腐蚀电化学测试装置及方法，很好的避免了材料发生缝隙腐蚀和电偶腐蚀的可能。本发明可以在摩擦磨损实验机上实现研究材料的摩擦磨损电化学测试，还可以用于研究材料在不同电化学作用下的摩擦腐蚀行为。本发明的技术方案如下：
一种摩擦腐蚀电化学测试装置，包括：溶液槽、参比/辅助电极槽、连通槽、定位孔、螺栓孔、工作电极导线槽部分。其中四个定位孔位置应与摩擦磨损实验机试样台匹配，螺栓孔的位置在测试装置底面的正中心处，参比/辅助电极槽与溶液槽之间通过连通槽相通。测试装置材质为绝缘体，采用有机玻璃、聚四氟乙烯、尼龙等材质进行加工制造。
本发明进一步提供一种摩擦腐蚀电化学测试方法，包括以下步骤：
步骤一：样品制备及安装
步骤11：切取样品，并在在试样一个面的中心位置处用钻头及丝锥加工出内螺纹；
步骤12：利用砂纸对试样各个表面进行逐级打磨，打磨至实验要求表面光洁度，利用丙酮、酒精、去离子水对试样进行清洗并吹干；
步骤二：摩擦腐蚀电化学测试
步骤21：利用与螺栓孔尺寸匹配的螺栓将试样与摩擦腐蚀电化学测试装置通过螺栓孔连接，使试样与装置溶液槽底面紧密配合；
步骤22：利用704硅胶将试样四个侧面及其与溶液槽底面接触处密封，仅留出试样上表面作为实验的测试表面；
步骤23：利用螺栓通过定位孔将摩擦腐蚀电化学测试装置与摩擦磨损实验机试样台固定，测试装置溶液槽长度方向与摩擦磨损实验机Slider滑动方向一致；
步骤24：将摩擦磨损实验机的Slider模块卸下并旋转90°后重新安装，摩擦磨损实验机的摩擦副球头选择陶瓷类绝缘球；
步骤25：设定摩擦参数，定好起始摩擦位置，保证摩擦过程在测试表面范围内进行，设置试样台固定不动，仅Slider模块滑动；
步骤26：在摩擦腐蚀电化学测试装置的两个参比/辅助电极槽中分别放置Ag/AgCl参比电极和铂丝辅助电极；
步骤27：利用电化学工作站的工作电极引线、参比电极引线和辅助电极引线，分别与上述螺栓(螺栓孔处)在工作电极导线槽中露出部分、参比电极、辅助电极连通，保证所有接线处与摩擦磨损实验机绝缘，打开电化学工作站做好测试准备；
步骤28：向溶液槽中加入足量的实验腐蚀溶液；
步骤29：启动摩擦磨损实验机的摩擦测试程序，并利用电化学工作站即可对其摩擦腐蚀过程中的电化学性质进行测试。
附图说明：
图1是本发明摩擦腐蚀电化学测试装置主视图；
图2是本发明摩擦腐蚀电化学测试装置侧视图；
图3是本发明摩擦腐蚀电化学测试装置俯视图。
附图标记如下：1-连通槽；2-工作电极导线槽；3-参比/辅助电极槽； 4-溶液槽；5-定位孔；6-螺栓孔。
具体实施方式：
现以X80钢在3.5％NaCl溶液中摩擦腐蚀为例(摩擦压力5N，摩擦球头为φ5mm氮化硅球，摩擦距离5mm，摩擦频率1Hz，摩擦起始方向为正方向，摩擦时间2h)
步骤一：摩擦腐蚀电化学测试装置制备
利用尼龙制备如图1所示摩擦腐蚀电化学测试装置，螺栓孔尺寸为M3，连通槽底部离测试装置溶液槽底面4mm。
步骤二：实验样品制备
(1)利用线切割切取10mm×10mm×5mm的X80钢试样；
(2)在试样一个10mm×10mm面的中心位置处用钻头及丝锥加工出M3的内螺纹(盲孔)，螺纹深度2mm；
(3)利用砂纸对试样各个表面进行逐级打磨，打磨至800号砂纸，利用丙酮、酒精、去离子水对试样进行清洗并吹干；
步骤三：摩擦腐蚀电化学测试过程
(1)利用长度8mm的M3螺栓将试样与摩擦腐蚀电化学测试装置通过螺栓孔连接，使试样与装置溶液槽底面紧密配合；
(2)利用704硅胶将试样四个侧面及其与溶液槽底面接触处密封，仅留出试样上表面作为实验的测试表面；
(3)利用螺栓通过定位孔将摩擦腐蚀电化学测试装置与摩擦磨损实验机试样台固定，测试装置溶液槽长度方向与摩擦磨损实验机 Slider滑动方向一致；
(4)将摩擦磨损实验机的Slider模块卸下并旋转90°后重新安装，摩擦磨损实验机的摩擦副球头选择φ5mm氮化硅球；
(5)设定摩擦参数，使摩擦压力为5N，摩擦距离5mm，摩擦频率1Hz，摩擦起始方向为正方向，摩擦时间2h，定好起始摩擦位置，保证摩擦过程在测试表面范围内进行，设置试样台固定不动，仅 Slider模块滑动；
(6)在摩擦腐蚀电化学测试装置的两个参比/辅助电极槽中分别放置Ag/AgCl参比电极和铂丝辅助电极；
(7)利用电化学工作站的工作电极引线、参比电极引线和辅助电极引线，分别与上述M3螺栓(螺栓孔处)在工作电极导线槽中露出部分、参比电极、辅助电极连通，保证所有接线处与摩擦磨损实验机绝缘，打开电化学工作站做好测试准备；
(8)向溶液槽中加入30ml的3.5％NaCl溶液；
(9)启动摩擦磨损实验机的摩擦测试程序；
(10)当摩擦开始后，利用电化学工作站即可对其摩擦腐蚀过程中的电化学性质进行测试。

Claims (2)

1.一种摩擦腐蚀电化学测试装置，其特征在于包括：溶液槽、参比/辅助电极槽、连通槽、定位孔、螺栓孔、工作电极导线槽部分；其中四个定位孔位置应与摩擦磨损实验机试样台匹配，螺栓孔的位置在测试装置底面的正中心处，参比/辅助电极槽与溶液槽之间相通；测试装置材质为绝缘体，采用有机玻璃、聚四氟乙烯、或者尼龙材质进行加工制造；利用与螺栓孔尺寸匹配的螺栓将试样与摩擦腐蚀电化学测试装置通过螺栓孔连接，使试样与装置溶液槽底面紧密配合；利用704硅胶将试样四个侧面及其与溶液槽底面接触处密封，仅留出试样上表面作为实验的测试表面。
2.一种擦腐蚀电化学测试方法，使用如权利要求1所述的摩擦腐蚀电化学测试装置，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：样品制备及安装
步骤11：切取样品，并在试样一个面的中心位置处用钻头及丝锥加工出内螺纹；
步骤12：利用砂纸对试样各个表面进行逐级打磨，打磨至实验要求表面光洁度，利用丙酮、酒精、去离子水对试样进行清洗并吹干；
步骤二：摩擦腐蚀电化学测试
步骤21：利用与螺栓孔尺寸匹配的螺栓将试样与摩擦腐蚀电化学测试装置通过螺栓孔连接，使试样与装置溶液槽底面紧密配合；
步骤22：利用704硅胶将试样四个侧面及其与溶液槽底面接触处密封，仅留出试样上表面作为实验的测试表面；
步骤23：利用螺栓通过定位孔将摩擦腐蚀电化学测试装置与摩擦磨损实验机固定，测试装置溶液槽长度方向与摩擦磨损实验机Slider滑动方向一致；
步骤24：将摩擦磨损实验机的Slider模块卸下并旋转90°后重新安装，摩擦磨损实验机的摩擦副球头选择陶瓷类绝缘球；
步骤25：设定摩擦参数，定好起始摩擦位置，保证摩擦过程在测试表面范围内进行，设置试样台固定不动，仅Slider模块滑动；
步骤26：在摩擦腐蚀电化学测试装置的两个参比/辅助电极槽中分别放置Ag/AgCl参比电极和铂丝辅助电极；
步骤27：利用电化学工作站的工作电极引线、参比电极引线和辅助电极引线，分别与所述螺栓孔处螺栓在工作电极导线槽中露出部分、参比电极、辅助电极连通，保证所有接线处与摩擦磨损实验机绝缘，打开电化学工作站做好测试准备；
步骤28：向溶液槽中加入足量的实验腐蚀溶液；
步骤29：启动摩擦磨损实验机的摩擦测试程序，并利用电化学工作站即可对其摩擦腐蚀过程中的电化学性质进行测试。
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