CN111474111A - 特定摩擦条件电化学腐蚀信息多通道数据采集系统及方法 - Google Patents

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李金龙
马付良
王立平
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Abstract

本发明公开了一种特定摩擦条件电化学腐蚀信息多通道数据采集系统及方法,该系统包括:摩擦磨损测试单元,其至少用于对在腐蚀性环境下服役的摩擦部件进行摩擦测试,并采集相应的摩擦信息;电化学测试单元,对在腐蚀性环境下服役的摩擦部件进行电化学测试,并采集相应的电化学信息;以及磨损损失量测量单元,其至少用于在完成所述摩擦测试后测量所述摩擦部件的磨损损失量。本发明实施例提供的系统与方法,能实现摩擦信息和电化学信息的同步采集,同步采集的数据经过处理后可分析摩擦与腐蚀交互作用的机理,进而可以为材料选材和防护提供可靠依据,进而为材料的选材和防护提供可靠依据。

Description

特定摩擦条件电化学腐蚀信息多通道数据采集系统及方法
技术领域
本发明涉及一种特定摩擦条件下的电化学腐蚀信息的数据采集系统及方法,特别涉及一种基于特定摩擦条件下的电化学腐蚀信息多通道实时数据采集系统及方法,属于材料检测技术领域。
背景技术
在腐蚀性环境下服役的摩擦部件会同时受到腐蚀与磨损的破坏,产生腐蚀磨损相互促进,因而加剧了零部件的腐蚀磨损失效,产生巨大的经济损失。在实验室内进行模拟工况下的实验,获得材料在腐蚀磨损过程中的摩擦、电化学腐蚀性能参数,可以研究和评价材料性能,为材料的选取和防护措施的采取提供依据。现有的研究材料摩擦及腐蚀的研究中通常将两个过程割裂开来,即,或是单纯收集摩擦信息,或是单纯收集电化学信息,但是,在实际工况下,摩擦信息和腐蚀信息是相互影响的,因此现有的研究方式无法准确测试材料在腐蚀磨损过程中的性能参数。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种特定摩擦条件下电化学腐蚀信息多通道数据采集系统及方法,以克服现有技术中的不足。
为实现前述发明目的,本发明采用的技术方案包括:
本发明实施例一方面提供了一种基于特定摩擦条件下的电化学腐蚀信息多通道实时数据采集系统,其包括:
摩擦磨损测试单元,其至少用于对在腐蚀性环境下服役的摩擦部件进行摩擦测试,并采集相应的摩擦信息;
电化学测试单元,对在腐蚀性环境下服役的摩擦部件进行电化学测试,并采集相应的电化学信息;以及
磨损损失量测量单元,其至少用于在完成所述摩擦测试后测量所述摩擦部件的磨损损失量。
进一步的,所述基于特定摩擦条件下的电化学腐蚀信息多通道实时数据采集系统还包括:腐蚀磨损实验槽,所述腐蚀磨损实验槽至少用于容纳用于形成所述腐蚀性环境的腐蚀介质以及所述摩擦部件。
进一步的,所述摩擦磨损测试单元包括摩擦磨损试验机。
进一步的,所述电化学测试单元包括电化学工作站和三电极体系,所述电化学工作站与三电极体系连接,并用于向所述三电极体系施加测试电压并采集相应的电化学信息;其中,所述摩擦部件为工作电极。
进一步的,所述对电极包括Pt电极,所述参比电极包括Ag/AgCl电极。
进一步的,所述磨损损失量测量单元包括表面轮廓仪。
本发明实施例还提供了一种基于特定摩擦条件下的电化学腐蚀信息多通道实时数据采集方法,其包括:
对在腐蚀性环境内服役的摩擦部件进行摩擦测试,同时对所述摩擦部件进行电化学测试;以及
在完成所述摩擦测试后,测量所述摩擦部件的磨损损失量。
进一步的,所述基于特定摩擦条件下的电化学腐蚀信息多通道实时数据采集方法具体包括:
采用摩擦磨损试验机下对在腐蚀性环境内服役的摩擦部件进行摩擦测试,并采集相应的摩擦信息,
同时,以所述摩擦部件作为工作电极,并至少配合对电极和参比电极形成三电极体系,至少以电化学工作站向所述工作电极、对比电极和参比电极施加测试电压,同时采集相应的电化学信息,以及
在完成所述摩擦测试后,采用表面轮廓仪采集所述摩擦部件上的磨痕轮廓,进而获得所述摩擦部件的磨损损失量。
进一步的,所述基于特定摩擦条件下的电化学腐蚀信息多通道实时数据采集方法具体包括:采用摩擦磨损试验机对在腐蚀性环境下服役的摩擦部件施加不同载荷和/或改变所述摩擦部件的摩擦方式,同时以电化学工作站采集相应的电化学信息。
进一步的,所述基于特定摩擦条件下的电化学腐蚀信息多通道实时数据采集方法具体包括:在进行所述摩擦测试时,采用电化学工作站对所述摩擦部件施加不同的测试电压进行电化学测试,同时以电化学工作站采集相应的电化学信息,以摩擦试验机采集相应的摩擦信息。进一步的,所述摩擦信息包括摩擦系数,所述电化学信息包括开路电压和/或电流。
与现有技术相比,本发明实施例提供的一种基于特定摩擦条件下的电化学腐蚀信息多通道实时数据采集系统与方法,能实现摩擦信息和电化学信息的同步采集,同步采集的数据经过处理后可分析摩擦与腐蚀交互作用的机理,进而可以为材料选材和防护提供可靠依据,进而为材料的选材和防护提供可靠依据。。
附图说明
图1是本发明实施例1中在不同电压下316L钢试样的电流密度的变化示意图;
图2是本发明实施例1中在不同电位下316L钢试样的摩擦系数的示意图;
图3是本发明实施例1中在不同电位下316L钢试样的磨痕轮廓的示意图;
图4是本发明实施例1中在不同电位下316L钢试样的磨损体积损失量的示意图。
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足,本案发明人经长期研究和大量实践,得以提出本发明的技术方案。为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所以其他实施例,都属于本发明保护的范围。
如下实施例基于利用特定摩擦条件下的电化学腐蚀信息多通道实时数据采集系统实施的,该系统包括:
摩擦磨损试验机,其用于对在腐蚀性环境下服役的摩擦部件进行摩擦测试,并输出摩擦信息;
摩擦试验机主控设备(例如摩擦试验机主控计算机),其用于采集所述摩擦信息;
电化学工作站,其用于在进行所述摩擦测试时,对所述摩擦部件同步进行电化学测试,并输出电化学信息;
电化学工作站主控设备,其用于采集所述电化学信息;以及
表面轮廓仪,其用于在完成所述摩擦测试后,采集所述摩擦部件上的磨痕轮廓,进而获得所述摩擦部件的磨损损失量。
具体的,在进行电化学测试时,作为试样的摩擦部件作为工作电极,同时与对电极、参比电极配合形成三电极体系;其中,所述的对电极可以是Pt电极,所述的参比电极可以是Ag/AgCl电极。
具体的,所述系统还包括腐蚀磨损实验槽,其中可被注入腐蚀介质(例如海水)而形成所述腐蚀性环境;其中,所述腐蚀磨损实验槽的结构可以根据摩擦试验机的运动方式灵活设计,以方便装配试样为设计原则;腐蚀磨损实验槽的材质选用耐腐蚀性较好的不导电的材料,例如聚四氟乙烯和ABS塑料;试样的密封方式可以是采用腐蚀磨损实验槽上自带的夹具进行密封;当然也可以采用无夹具的腐蚀磨损实验槽,而先将试样封样后再进行所述的摩擦试验。
具体的,所述摩擦部件为工作电极,同时配合对电极和参比电极而形成三电极体系,工作电极、电极和参比电极与电化学工作站电连接,并向所述三电极体系施加测试电压并采集相应的电化学信息,其中,对电极包括Pt电极,所述参比电极包括Ag/AgCl电极。
具体的,所述摩擦磨损试验机与摩擦试验机主控设备可以是一体集成设置的,所述电化学工作站与电化学工作站主控设备可以是一体集成设置的。
本发明实施例还提供了一种特定摩擦条件下的电化学腐蚀信息多通道实时数据采集方法,其包括:
向腐蚀磨损实验槽内注入腐蚀介质而形成腐蚀性环境,再将摩擦部件置入所述腐蚀性环境中;
采用摩擦磨损试验机对在腐蚀性环境下服役的摩擦部件施加不同的载荷和/或改变摩擦部件的摩擦方式,进而实现对摩擦部件的摩擦测试,并以摩擦试验机主控设备采集相应的摩擦信息(例如该摩擦信息可以是不同电压条件下摩擦时的摩擦系数和平均摩擦系数);
在进行所述摩擦测试时,采用电化学工作站对所述摩擦部件同步进行电化学测试,并以电化学工作站主控设备采集摩擦部件于不同电压条件下相应的电化学信息,该电化学信息主要包括电流的变化,电流是计算腐蚀磨损交互作用的重要参数,同时电化学工作站也可对摩擦部件施加不同的电压进行摩擦,从而改变摩擦环境,进而反过来监测电流变化;以及
在完成所述摩擦测试后,采用表面轮廓仪采用摩擦部件摩擦测试完成后的摩擦信息,以及采集所述摩擦部件于开路电压及不同电压条件下的磨痕轮廓,从而获知所述摩擦部件的磨损损失量,进而计算磨损率,以此比较不同电压条件下摩擦性能的变化。
实施例1:本实施例是利用所述基于特定摩擦条件下的电化学腐蚀信息多通道实时数据采集系统实施的,以316L不锈钢制成的摩擦部件作为试样,在不同电压下进行摩擦信息和电流多通道采集,其可以按照以下步骤进行:
(1)试样准备:本实施例采用的腐蚀磨损实验槽的夹具是自密封夹具,可以按照所述夹具尺寸准备试样;利用乙醇、丙酮等溶剂对试样进行清洗、除油处理,然后固定于摩擦试验机上;
(2)同时进行摩擦测试和电化学测试:采用的摩擦试验机可以为Rtec往复式摩擦试验机或其他合适摩擦试验机,摩擦测试是在海水环境下进行,摩擦测试的摩擦条件为:载荷5N,往复速度为0.2m/s;电化学测试采用的工作电极作为试样的摩擦部件,铂电极作为对电极,Ag/AgCl电极作为参比电极;
(3)在对试样进行摩擦测试的同时,利用电化学工作站对试样施加不同的电压,电化学工作站主控设备记录试样在摩擦测试过程中电流的变化,同时摩擦试验机主控设备记录在不同电压条件、摩擦过程中的摩擦系数的变化;
(4)不同电压下的摩擦测试完成后,采用表面轮廓仪测量试样的磨痕轮廓,并计算磨损体积,进而得到不同电压条件下试样的磨损损失量;其中,试样在不同电位下的电流密度变化如图1所示,试样在不同电压条件下的摩擦系数变化如图2所示,试样在不同电压条件下的磨痕轮廓变化如图3所示,试样在不同电压条件下的磨损体积损失量变化如图4所示。
实施例2:本实施例与实施例1基本相同,不同之处在于,本实施例中摩擦测试的摩擦条件为:载荷5N,摩擦方式选为旋转式摩擦,旋转速度为2r/s。
由本发明的以上实施例可以看到,本发明实施例提供的一种基于特定摩擦条件下的电化学腐蚀信息多通道实时数据采集系统与方法,能实现摩擦信息和电化学信息的同步采集,同步采集的数据经过处理后可分析摩擦与腐蚀交互作用的机理,进而可以为材料选材和防护提供可靠依据,进而为材料的选材和防护提供可靠依据。
应当理解,上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点,其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施,并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于特定摩擦条件下的电化学腐蚀信息多通道实时数据采集系统,其特征在于包括:
摩擦磨损测试单元,其至少用于对在腐蚀性环境下服役的摩擦部件进行摩擦测试,并采集相应的摩擦信息;
电化学测试单元,对在腐蚀性环境下服役的摩擦部件进行电化学测试,并采集相应的电化学信息;以及
磨损损失量测量单元,其至少用于在完成所述摩擦测试后测量所述摩擦部件的磨损损失量。
2.根据权利要求1所述基于特定摩擦条件下的电化学腐蚀信息多通道实时数据采集系统,其特征在于还包括:腐蚀磨损实验槽,所述腐蚀磨损实验槽至少用于容纳用于形成所述腐蚀性环境的腐蚀介质以及所述摩擦部件。
3.根据权利要求1所述基于特定摩擦条件下的电化学腐蚀信息多通道实时数据采集系统,其特征在于:所述摩擦磨损测试单元包括摩擦磨损试验机。
4.根据权利要求1所述基于特定摩擦条件下的电化学腐蚀信息多通道实时数据采集系统,其特征在于:所述电化学测试单元包括电化学工作站和三电极体系,所述电化学工作站与三电极体系连接,并用于向所述三电极体系施加测试电压并采集相应的电化学信息;其中,所述摩擦部件为工作电极;和/或,所述对电极包括Pt电极,所述参比电极包括Ag/AgCl电极。
5.根据权利要求1所述基于特定摩擦条件下的电化学腐蚀信息多通道实时数据采集系统,其特征在于:所述磨损损失量测量单元包括表面轮廓仪。
6.一种基于特定摩擦条件下的电化学腐蚀信息多通道实时数据采集方法,其特征在于包括:
对在腐蚀性环境内服役的摩擦部件进行摩擦测试,同时对所述摩擦部件进行电化学测试;以及
在完成所述摩擦测试后,测量所述摩擦部件的磨损损失量。
7.根据权利要求6所述基于特定摩擦条件下的电化学腐蚀信息多通道实时数据采集方法,其特征在于具体包括:
采用摩擦磨损试验机对在腐蚀性环境内服役的摩擦部件进行摩擦测试,并采集相应的摩擦信息,
同时,以所述摩擦部件作为工作电极,并至少配合对电极和参比电极形成三电极体系,至少以电化学工作站向所述工作电极、对比电极和参比电极施加测试电压,同时采集相应的电化学信息,以及
在完成所述摩擦测试后,采用表面轮廓仪采集所述摩擦部件上的磨痕轮廓,进而获得所述摩擦部件的磨损损失量。
8.根据权利要求6或7所述基于特定摩擦条件下的电化学腐蚀信息多通道实时数据采集方法,其特征在于具体包括:采用摩擦磨损试验机对在腐蚀性环境下服役的摩擦部件施加不同载荷和/或改变所述摩擦部件的摩擦方式,同时以电化学工作站采集相应的电化学信息。
9.根据权利要求6或7所述基于特定摩擦条件下的电化学腐蚀信息多通道实时数据采集方法,其特征在于具体包括:在进行所述摩擦测试时,采用电化学工作站对所述摩擦部件施加不同的测试电压进行电化学测试,同时以电化学工作站采集相应的电化学信息,以摩擦试验机采集相应的摩擦信息。
10.根据权利要求6或7所述基于特定摩擦条件下的电化学腐蚀信息多通道实时数据采集方法,其特征在于:所述摩擦信息包括摩擦系数,所述电化学信息包括开路电压和/或电流。
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