CN110231280A - 一种往复式电化学摩擦磨损实验仪及其使用方法 - Google Patents

一种往复式电化学摩擦磨损实验仪及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及材料表面摩擦磨损性能试验设备，具体涉及一种往复式电化学摩擦磨损实验仪及其使用方法，包括往复机座、测力机头和电化学池，测力机头连接在往复机座上方，往复机座内设有往复机构，往复机构上连接电化学池，电化学池随往复机构做往复运动，检测件设置在电化学池内，检测件表面与测力机头的测力部接触，既保证了电化学腐蚀实验的全部性能，同时在不改变往复式摩擦磨损实验仪结构和性能的基础上，使电解池与往复摩擦磨损实验仪有效的结合起来，从而满足了两种性能实验的同步进行，确保了实验条件不便的情况下对两种实验数据的整合更加精准，更加接近实际工况。

Description

一种往复式电化学摩擦磨损实验仪及其使用方法
技术领域
本发明涉及材料表面摩擦磨损性能试验设备，具体涉及一种往复式电化学摩擦磨损实验仪及其使用方法。
背景技术
近年来，随着科技的进步，海洋、湖泊资源也在不断的发掘，人体关节材料也备受关注，而这些都避免不了材料的腐蚀摩擦，所以研究材料的腐蚀摩擦性能至关重要。
目前市面上也存在一些关于摩擦腐蚀的试验机，但都只限于微动腐蚀摩擦，或者就是将电化学腐蚀装置和摩擦磨损试验机生硬的组合在一起而进行试验，这都将不能满足对海洋、湖泊及人体体液中的腐蚀摩擦彻底的分析研究，因此现有技术中存在以下缺点：一是将电化学腐蚀和摩擦磨损两项实验分开在两种仪器上进行，这样实验完成后数据的采集和整合存在偏差，造成最终结果和真实的结果有一定的偏差；二是简单的将两种实验仪器组合，存在设备检测数据不准确，数据不能有效反应材料的真实性能。
发明内容
为克服上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种往复式电化学摩擦磨损实验仪及其使用方法，一种模拟海洋、湖泊及人体体液中的腐蚀摩擦状态的仪器，将电化学腐蚀和摩擦磨损作为一个整体系统来进行试验的，可以有效的采集和整合这两方面的数据，能更清晰的分析腐蚀摩擦的性能，能更加接近实际工况，得到更准确的试验数据，解决了现有技术中存在的问题。
本发明所采用的技术方案是：一种往复式电化学摩擦磨损实验仪及其使用方法，包括往复机座、测力机头和电化学池，测力机头连接在往复机座上方，往复机座内设有往复机构，往复机构上连接电化学池，电化学池随往复机构做往复运动，检测件设置在电化学池内，检测件表面与测力机头的测力部接触。
进一步所述电化学池包括电解池、电解液、工作电极、辅助电极和参比电极，电解液设置在电解池内，检测件浸泡在电解液内，检测件连接在电解池底部，工作电极连通电源和检测件，辅助电极和参比电极连通电源和电解液。
进一步所述电解池包括电解槽和样片压盖，电解槽为桶装结构，样片压盖通过螺纹连接在电解槽内，样片压盖压装在检测件上方，检测件上表面和样片压盖内壁形成空腔，电解液设置在空腔内。
进一步所述电化学池还包括电极座，电极座套装在样片压盖外缘，电极座上开设有插槽，插槽内设有石墨电极，参比电极穿过电极座，石墨电极连通电解液和参比电极，辅助电极连接在电极座上。
进一步所述电化学池还包括底座，电解槽设置在底座内，底座下部连接有压板，压板贯穿底座，压板与电解槽之间夹装有加热片，底座连接在往复机构上端，加热片为圆形铸铝加热板。
进一步所述电化学池还包括垫块，垫块连接在底座和往复机构，垫块内设有温度传感器，温度传感器为Pt100温度传感器。
进一步所述样片压盖下端设有环形凹槽，环形凹槽内设有密封圈，密封圈和检测件表面贴合。
进一步所述电解槽为铝合金材质，底座侧壁上设有电缆孔，工作电极穿过电缆孔连通电解槽，加热片电源线穿过电缆孔。
进一步所述电极座和底座的材料为8000树脂。
进一步所述方法步骤如下：
a.检测件安装
通过垫块将电化学池连接在往复机构上，取下电极座和样片压盖，将检测件装入电解槽内；
b.检测件固定
安装样片压盖，并用样片压盖将检测件压紧，然后安装电极座；
c.电极连接
将工作电极穿过电缆孔连通电解槽，将辅助电极插装在电极座内，将参比电极插装在电极座内并连接石墨电极，安装到位并连接电源，最后在电解槽内加入电解液，检测件完全浸泡在电解液中，辅助电极和参比电极下端浸泡在电解液中；
d实验方式
d1.需要对电解液进行加热时，接通加热片和温度传感器的电源对电解液进行预热，然后接通工作电极、辅助电极和参比电极的电源，启动往复机构进行特定温度下的实验；
d2.不进行预热，同时接通加热片、温度传感器工作电极、辅助电极和参比电极的电源，启动往复机构进行温度上升过程的实验；
d3.只接通工作电极、辅助电极和参比电极的电源，启动往复机构进行室内温度环境下的实验。
本发明的有益效果是：通过电解池特殊的结构设计，既保证了电化学腐蚀实验的全部性能，同时在不改变往复式摩擦磨损实验仪结构和性能的基础上，使电解池与往复摩擦磨损实验仪有效的结合起来，从而满足了两种性能实验的同步进行，确保了实验条件不便的情况下对两种实验数据的整合更加精准，更加接近实际工况。
附图说明
图1是本发明外形结构示意图；
图2是本发明电化学池半剖结构示意图；
图3是本发明电化学池俯视图；
图4是图3本发明A-A截面结构示意图，
图5是本发明实验曲线图。
图中：1.往复机座，101.往复机构，2.测力机头，201.测力部，3.电化学池，301.电解池，302.工作电极，303.辅助电极，304.参比电极，305.电解槽，306.样片压盖，307.空腔，308.电极座，309.插槽，310.石墨电极，311.底座，312.压板，313.加热片，314.垫块，315.温度传感器，316.环形凹槽，317.密封圈，318.电缆孔，319.电解液，4.检测件。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明：一种往复式电化学摩擦磨损实验仪及其使用方法，包括往复机座1、测力机头2和电化学池3，测力机头2连接在往复机座1上方，往复机座1内设有往复机构101，往复机构101上连接电化学池3，电化学池3随往复机构101做往复运动，检测件4设置在电化学池3内，检测件4表面与测力机头2的测力部201接触，将电化学池3与往复式摩擦磨损实验仪有效的结合起来，检测件4在电化学池3内通过往复机构101带动进行往复运动，在进行摩擦磨损实验的同时可进行电化学腐蚀实验，从而能准确反映出电化学腐蚀对材料表明性能的影响，保证了实验数据的准确性和真实性，电化学池3为现有技术中常用的电化学工作站内的一部分，为检测件4的腐蚀反应容器，传统的电化学反应容器均为玻璃容器，不易与摩擦磨损实验仪结合，顾本发明解决了将电化学工作站和往复式摩擦磨损实验仪有效结合的问题，将本发明中的电化学池3内含的电极与电化学工作站信号采集装置连接即可实现电位、电流信号的采集。
进一步所述电化学池3包括电解池301、电解液319、工作电极302、辅助电极303和参比电极304，电解液319设置在电解池301内，检测件4浸泡在电解液319内，检测件4连接在电解池301底部，工作电极302连通电源和检测件4，辅助电极303和参比电极304连通电源和电解液319，上述的基本结构即满足了电化学池3的基本工作要求，同时通过电解池301将检测件4浸泡在电解液319中，同时检测件4与测力部201接触，两种实验互不干涉，同时两个实验的数据同时产生，有效提高了实验数据的参比性。
进一步所述电解池301包括电解槽305和样片压盖306，电解槽305为桶装结构，样片压盖306通过螺纹连接在电解槽305内，样片压盖306压装在检测件4上方，检测件4上表面和样片压盖306内壁形成空腔307，电解液319设置在空腔307内，通过电解池301的特殊结构设计，既能使检测件4安装与拆卸简单快捷，同时能保证检测件4稳定的固定在安装位置。
进一步所述电化学池3还包括电极座308，电极座308套装在样片压盖306外缘，电极座308上开设有插槽309，插槽309内设有石墨电极310，参比电极304穿过电极座308，石墨电极310连通电解液319和参比电极304，辅助电极303连接在电极座308上，增加电极座308，可将参比电极304和辅助电极303与电解池固定为一体，保证了设备运行的稳定性，同时电极座308的材料为8000树脂，既起到了绝缘作用，避免电极将电传递至摩擦磨损实验设备，同时其耐腐蚀性较强，增加使用寿命。
进一步所述电化学池3还包括底座311，电解槽305设置在底座311内，底座311下部连接有压板312，压板312贯穿底座311，压板312与电解槽305之间夹装有加热片313，底座311连接在往复机构101上端，加热片313为圆形铸铝加热板，增加底座311对电解槽305形成包裹的状态，可对电解槽305形成一定的保护，同时增加压板312和加热片313，可直接对电解槽305进行加热，通过加热即可得出温度对实验的影响关系，底座311的材料为8000树脂，既起到了绝缘作用，避免电极将电传递至摩擦磨损实验设备，同时其耐腐蚀性较强，增加使用寿命。
进一步所述电化学池3还包括垫块314，垫块314连接在底座311和往复机构101，垫块314内设有温度传感器315，温度传感器315为Pt100温度传感器，增加垫块314避免了电化学池3直接与往复机构101的直接接触，对往复机构101形成一定保护，避免了往复机构101的损坏，同时在垫块314内增设温度传感器315，可对加热片313加热时的温度进行监控，实时记录温度变化情况。
进一步所述样片压盖306下端设有环形凹槽316，环形凹槽316内设有密封圈317，密封圈317和检测件4表面贴合，增加此处结构设计，提升了空腔307的密封性能，防止电解液319泄漏。
进一步所述电解槽305为铝合金材质，底座311侧壁上设有电缆孔318，工作电极302穿过电缆孔318连通电解槽305，加热片313电源线穿过电缆孔318，增加电缆孔318，方便加热片313电源线及工作电极302的穿过与固定，同时设置电解槽305为铝合金材质，一方面其耐腐蚀性较好，同时可通过电解槽305之间将检测件4与工作电极302连通，保证实验可实施同时增加安全、可靠性。
进一步所述的一种往复式电化学摩擦磨损实验仪及其使用方法，所述方法步骤如下：
a.检测件安装
通过垫块314将电化学池3连接在往复机构101上，取下电极座308和样片压盖306，将检测件4装入电解槽305内；
b.检测件固定
安装样片压盖306，并用样片压盖306将检测件4压紧，然后安装电极座308；
c.电极连接
将工作电极302穿过电缆孔318连通电解槽305，将辅助电极303插装在电极座308内，将参比电极304插装在电极座308内并连接石墨电极310，安装到位并连接电源，最后在电解槽305内加入电解液319，检测件4完全浸泡在电解液319中，辅助电极303和参比电极304下端浸泡在电解液319中；
d实验方式
d1.需要对电解液319进行加热时，接通加热片313和温度传感器315的电源对电解液319进行预热，然后接通工作电极302、辅助电极303和参比电极304的电源，启动往复机构101进行特定温度下的实验；
d2.不进行预热，同时接通加热片313、温度传感器315工作电极302、辅助电极303和参比电极304的电源，启动往复机构101进行温度上升过程的实验；
d3.只接通工作电极302、辅助电极303和参比电极304的电源，启动往复机构101进行室内温度环境下的实验，在室温环境下的实验结果如图5所示。

Claims (10)

1.一种往复式电化学摩擦磨损实验仪，其特征在于：包括往复机座（1）、测力机头（2）和电化学池（3），测力机头（2）连接在往复机座（1）上方，往复机座（1）内设有往复机构（101），往复机构（101）上连接电化学池（3），电化学池（3）随往复机构（101）做往复运动，检测件（4）设置在电化学池（3）内，检测件（4）表面与测力机头（2）的测力部（201）接触。
2.根据权利要求1所述的一种往复式电化学摩擦磨损实验仪，其特征在于：所述电化学池（3）包括电解池（301）、电解液（319）、工作电极（302）、辅助电极（303）和参比电极（304），电解液（319）设置在电解池（301）内，检测件（4）浸泡在电解液（319）内，检测件（4）连接在电解池（301）底部，工作电极（302）连通电源和检测件（4），辅助电极（303）和参比电极（304）连通电源和电解液（319）。
3.根据权利要求2所述的一种往复式电化学摩擦磨损实验仪，其特征在于：所述电解池（301）包括电解槽（305）和样片压盖（306），电解槽（305）为桶装结构，样片压盖（306）通过螺纹连接在电解槽（305）内，样片压盖（306）压装在检测件（4）上方，检测件（4）上表面和样片压盖（306）内壁形成空腔（307），电解液（319）设置在空腔（307）内。
4.根据权利要求3所述的一种往复式电化学摩擦磨损实验仪，其特征在于：所述电化学池（3）还包括电极座（308），电极座（308）套装在样片压盖（306）外缘，电极座（308）上开设有插槽（309），插槽（309）内设有石墨电极（310），参比电极（304）穿过电极座（308），石墨电极（310）连通电解液（319）和参比电极（304），辅助电极（303）连接在电极座（308）上。
5.根据权利要求4所述的一种往复式电化学摩擦磨损实验仪，其特征在于：所述电化学池（3）还包括底座（311），电解槽（305）设置在底座（311）内，底座（311）下部连接有压板（312），压板（312）贯穿底座（311），压板（312）与电解槽（305）之间夹装有加热片（313），底座（311）连接在往复机构（101）上端，加热片（313）为圆形铸铝加热板。
6.根据权利要求5所述的一种往复式电化学摩擦磨损实验仪，其特征在于：所述电化学池（3）还包括垫块（314），垫块（314）连接在底座（311）和往复机构（101），垫块（314）内设有温度传感器（315），温度传感器（315）为Pt100温度传感器。
7.根据权利要求5所述的一种往复式电化学摩擦磨损实验仪，其特征在于：所述样片压盖（306）下端设有环形凹槽（316），环形凹槽（316）内设有密封圈（317），密封圈（317）和检测件（4）表面贴合。
8.根据权利要求5所述的一种往复式电化学摩擦磨损实验仪，其特征在于：所述电解槽（305）为铝合金材质，底座（311）侧壁上设有电缆孔（318），工作电极（302）穿过电缆孔（318）连通电解槽（305），加热片（313）电源线穿过电缆孔（318）。
9.根据权利要求5所述的一种往复式电化学摩擦磨损实验仪，其特征在于：所述电极座（308）和底座（311）的材料为8000树脂。
10.根据权利要求9所述的一种往复式电化学摩擦磨损实验仪的使用方法，其特征在于方法步骤如下：
a.检测件安装
通过垫块（314）将电化学池（3）连接在往复机构（101）上，取下电极座（308）和样片压盖（306），将检测件（4）装入电解槽（305）内；
b.检测件固定
安装样片压盖（306），并用样片压盖（306）将检测件（4）压紧，然后安装电极座（308）；
c.电极连接
将工作电极（302）穿过电缆孔（318）连通电解槽（305），将辅助电极（303）插装在电极座（308）内，将参比电极（304）插装在电极座（308）内并连接石墨电极（310），安装到位并连接电源，最后在电解槽（305）内加入电解液（319），检测件（4）完全浸泡在电解液（319）中，辅助电极（303）和参比电极（304）下端浸泡在电解液（319）中；
d实验方式
d1.需要对电解液（319）进行加热时，接通加热片（313）和温度传感器（315）的电源对电解液（319）进行预热，然后接通工作电极（302）、辅助电极（303）和参比电极（304）的电源，启动往复机构（101）进行特定温度下的实验；
d2.不进行预热，同时接通加热片（313）、温度传感器（315）工作电极（302）、辅助电极（303）和参比电极（304）的电源，启动往复机构（101）进行温度上升过程的实验；
d3.只接通工作电极（302）、辅助电极（303）和参比电极（304）的电源，启动往复机构（101）进行室内温度环境下的实验。
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