CN204203021U - 一种高温高压原位复合微动磨损试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及耐蚀材料微动磨损技术，具体为一种高温高压原位复合微动磨损试验装置，解决高温高压下复合微动磨损难以实现、微动振幅和频率难以精确测量和控制、径向载荷难以精确测量并实时调节、摩擦副之间摩擦力的难以测量等问题。该装置设有：压电陶瓷驱动器、拉压力传感器、激振器、位移传感器、直线导轨、高压釜体、高压釜盖、工作电极/辅助电极座、参比电极座、液压缸、热电偶、立柱、定位板、第一试样夹持装置、竖直运动轴、水平运动轴、运动轴导向支架、辅助电极、参比电极、工作电极、导向平台板、导向杆等，能实现高温高压下对试样表面进行原位切向微动磨损、径向微动磨损和双向复合微动磨损。

Description

一种高温高压原位复合微动磨损试验装置

技术领域

本实用新型涉及耐蚀材料微动磨损技术，具体为一种高温高压原位复合微动磨损试验装置。

背景技术

蒸汽发生器作为核电站连接一回路和二回路的枢纽，其内部有数千根传热管，在传热管内部为高温高压高流速的一回路水，外侧为高温高压高流速的二回路水汽，在汽水两相的交互作用下传热管与防震条之间、传热管与管板之间以及传热管与管板支撑板之间均会发生微动磨损，随着服役时间的不断增长最终导致传热管的失效。微动磨损作为蒸汽发生器传热管的主要失效模式之一，深入开展高温高压水中的微动磨损研究将为相关部件的设计和维护提供可靠的理论依据，提高传热管的服役寿命具有重要意义。

由于受到高温高压原位微动磨损系统复杂，不仅要实现高温高压下摩擦副材料之间微动磨损，还要考虑高温高压下运动轴和高压釜内、外的压力平衡、密封、摩擦副径向载荷的精确实时加载、摩擦副之间摩擦力的测量、试样与金属容器之间的绝缘、信号线的引出等一系列问题。正是因为这些实验设备上的技术困难，限制了对核电等高温高压环境中所用的耐蚀材料微动磨损能力的原位表征。目前，相关微动磨损设备主要在常压条件下使用，不能很好地模拟核电站实际水化学工况，高温高压水中原位复合微动磨损设备还未见报道。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种高温高压原位复合微动磨损试验装置，解决现有技术中高温高压下切向微动磨损、径向微动磨损和双向(切向和径向)复合微动磨损难以实现、微动振幅和频率难以精确测量和控制、摩擦副径向载荷难以精确测量并实时调节、摩擦副之间摩擦力的难以测量等问题。

本实用新型的技术方案如下：

一种高温高压原位复合微动磨损试验装置，该装置设有：压电陶瓷驱动器、拉压力传感器、激振器、位移传感器、直线导轨、高压釜体、高压釜盖、工作电极/辅助电极座、参比电极座、液压缸、热电偶、立柱、定位板、第一试样夹持装置、竖直运动轴、水平运动轴、运动轴导向支架、辅助电极、参比电极、工作电极、导向平台板、导向杆，具体结构如下：

高压釜采用高压釜盖和高压釜体倒立式结构，高压釜盖在下，高压釜体在上，高压釜体侧壁开孔并安装水平运动轴；高压釜盖上设置热电偶、竖直运动轴、工作电极/辅助电极座、参比电极座及外置参比电极，高压釜体内设置辅助电极、工作电极，辅助电极和工作电极分别通过导线穿过工作电极/辅助电极座；参比电极安装于参比电极座上，参比电极的导液管伸至高压釜体内；竖直运动轴为上部导向杆和下部导向杆之间通过拉压力传感器Ⅰ分段连接构成，其中：竖直运动轴的上部导向杆穿过上导向平台板中心的上直线导轨，引导竖直运动轴上下运动，上导向平台板通过其上的固定孔与高压釜体内的竖直运动轴导向支架连接，竖直运动轴的上部导向杆装有摩擦副第一试样夹持装置于高压釜体内，下部导向杆和高压釜体之间设有压力平衡机构，并通过密封圈进行密封，激振器外侧设置激振器导向支架杆，激振器导向支架杆的顶部安装下导向平台板，连接杆穿过下导向平台板中心的下直线导轨，激振器的激振头引导连接杆上下运动，通过连接杆带动竖直运动轴上下运动；水平运动轴为左部导向杆和右部导向杆通过拉压力传感器Ⅱ分段连接构成，其中：水平运动轴的左部导向杆和右部导向杆分别穿过水平运动轴导向支架中心的左直线导轨和高压釜内的右直线导轨，引导水平运动轴左右运动，水平运动轴导向支架固定在高压釜升降定位板上，水平运动轴的右端装有摩擦副第二试样夹持装置于高压釜内，右部导向杆与高压釜体之间设有压力平衡机构，并通过密封圈进行密封，左部导向杆与压电陶瓷驱动器通过螺纹相连接。

所述的高温高压原位复合微动磨损试验装置，工作电极相当于摩擦副第一试样，工作电极与第二试样夹持装置一端安装的摩擦副第二试样相对接触设置，通过水平运动轴施加摩擦副第一试样和摩擦副第二试样之间的径向载荷，竖直运动轴带动摩擦副第一试样上下运动，实现摩擦副第一试样、摩擦副第二试样之间的相对摩擦运动；其中，摩擦副第一试样和摩擦副第二试样采用不锈钢、镍基合金、锆合金、硬质合金或氧化铝加工而成，摩擦副第一试样和摩擦副第一试样夹持装置以及摩擦副第二试样与摩擦副第二试样夹持装置均采用表面覆盖有ZrO₂的Zr-4合金进行绝缘。

所述的高温高压原位复合微动磨损试验装置，竖直运动轴上设置位移传感器和拉压力传感器。

所述的高温高压原位复合微动磨损试验装置，水平运动轴上设置拉压力传感器。

所述的高温高压原位复合微动磨损试验装置，辅助电极采用以铂丝为导线的铂片，铂丝外部套有聚四氟乙烯热缩管，工作电极通过外部套有聚四氟乙烯热缩管的锆丝、镍丝或不锈钢丝作为导线点焊在摩擦副第一试样上；工作电极和辅助电极通过工作电极/辅助电极座引出，配合电化学工作站检测微动磨损过程中的电化学信号，电化学工作站上的工作电极、辅助电极和参比电极的引线夹头分别与工作电极的导线、辅助电极的导线和参比电极的导线连接，通过电化学工作站快速采集和记录试样原位复合微动磨损过程中的电流变化，将微动磨损过程中试样表面膜不断发生破坏这一过程的电化学信号检测出来。

所述的高温高压原位复合微动磨损试验装置，在竖直运动轴下部和水平运动轴左侧分别设有运动轴轴套，运动轴轴套外部设有运动轴冷却水套，竖直运动轴冷却水套和水平运动轴冷却水套之间通过管路连接，竖直运动轴冷却水套上设有运动轴冷却水进水口，水平运动轴冷却水套上设有运动轴冷却水出水口，有效防止压力平衡机构温度过高。

所述的高温高压原位复合微动磨损试验装置，高压釜内导向平台板采用缺口式设计，水平运动轴随高压釜体一起上下运动；水平运动轴由左部导向杆和右部导向杆组成，竖直运动轴由上部导向杆和下部导向杆组成，即水平运动轴和竖直运动轴均采用分段式连接。

所述的高温高压原位复合微动磨损试验装置，高压釜外设置两个立柱形成双立柱支架，双立柱支架两侧分别设有液压缸，液压泵的输出端与液压缸连接；两个立柱穿过定位板上的开孔内侧分别设置滑块，定位板通过滑块与立柱滑动配合；水平运动轴导向支架均通过螺纹连接固定在定位板上，带动水平运动轴随定位板和高压釜体一起上下运动。

所述的高温高压原位复合微动磨损试验装置，第一试样夹持装置包括第一试样定位套筒、第一试样锥头定位螺栓、摩擦副第一试样、第一试样压紧螺栓，具体结构如下：第一试样定位套筒内侧和第一试样压紧螺栓采用变截面构造，第一试样定位套筒两端开口，其一端开口为由内到外的喇叭形，摩擦副第一试样位于该开口端的内底部，摩擦副第一试样与第一试样定位套筒内腔滑动配合，第一试样定位套筒的侧面对称安装第一试样锥头定位螺栓，第一试样锥头定位螺栓于摩擦副第一试样两侧、与摩擦副第一试样顶触，使摩擦副第一试样固定；第一试样定位套筒另一端开口为内螺纹构造，并通过第一试样压紧螺栓压紧摩擦副第一试样；摩擦副第一试样与摩擦副第二试样正对，并相互接触，形成摩擦副。

所述的高温高压原位复合微动磨损试验装置，摩擦副第二试样夹持装置包括定位套筒紧固螺栓、第二试样定位套筒、套筒锥头定位螺栓、摩擦副第二试样定位螺栓、摩擦副第二试样、摩擦副第二试样套管，具体结构如下：第二试样定位套筒内侧和定位套筒紧固螺栓采用变截面构造，摩擦副第二试样套管的一端为活塞端，该活塞端与第二试样定位套筒内腔滑动配合，摩擦副第二试样套管的另一端伸至第二试样定位套筒的一端外侧，所述摩擦副第二试样套管另一端开设的盲孔中插装摩擦副第二试样，所述摩擦副第二试样套管另一端的侧面对称安装摩擦副第二试样锥头定位螺栓，摩擦副第二试样锥头定位螺栓于摩擦副第二试样两侧、与摩擦副第二试样顶触，使摩擦副第二试样固定；摩擦副第二试样采用一端为圆柱形，另一端为半球形；第二试样定位套筒侧面对称安装套筒锥头定位螺栓，套筒锥头定位螺栓于摩擦副第二试样套管两侧、与摩擦副第二试样套管顶触，使摩擦副第二试样套管固定；

摩擦副第二试样套管的活塞端背面、于第二试样定位套筒的另一端通过螺纹安装定位套筒紧固螺栓，定位套筒紧固螺栓与摩擦副第二试样套管顶触，使摩擦副第二试样套管进一步固定；在定位套筒紧固螺栓的另一端通过内螺纹与右部导向杆紧固连接。

本实用新型的优点及有益效果是：

1、本实用新型装置能实现试样在高温高压下原位切向微动、径向微动以及切向微动和径向微动的复合微动磨损，配合电化学工作站并利用安装在高压釜上的高温高压工作电极、高温高压参比和辅助电极，将微动磨损过程中试样表面膜不断发生破坏这一过程的电化学信号检测出来。

2、本实用新型采用高能激振器作为驱动装置，通过高精度位移传感器对微动振幅进行高频测量，具有控制精度高的特点。

3、本实用新型采用压电陶瓷驱动器作为径向加载装置，通过在水平运动轴上拉压力传感器对摩擦副之间径向载荷进行实时的精确测量，并通过数据采集和控制系统实现摩擦副之间保持径向恒定载荷和交变载荷。

4、本实用新型采用安装在竖直运动轴上的拉压力传感器精确测量施加径向载荷前后竖直方向上的拉压力变化，间接测量在不同微动磨损振幅、频率、径向载荷和不同水化学环境下摩擦副之间的摩擦力大小。

5、本实用新型通过压力平衡机构解决了水平运动轴和竖直运动轴的压力平衡和密封的问题。

6、本实用新型在激振器的竖直运动轴和水平运动轴上分别设置两个直线导轨，保证竖直运动轴和水平运动轴仅在轴向方向运动，具有运动平稳的特点。

附图说明

图1为高温高压原位复合微动磨损试验装置结构示意图。图中，1液压泵；2液压泵放气阀；3液压泵手摇杆；4工作电极/辅助电极座；5排气阀；6液压缸；7竖直运动轴；8导液管；9安全阀；10压力传感器；11压力表；12摩擦副第一试样夹持装置；13竖直运动轴导向支架；14滑块；15立柱；16定位板；17上导向平台板；18上部导向杆；19上直线导轨；20高压釜体；21工作电极；22釜体加热套；23摩擦副第二试样夹持装置；24右直线导轨；25冷却水出水口；26右部导向杆；27水平运动轴冷却水套；28拉压力传感器Ⅱ；29水平运动轴导向支架；30左直线导轨；31左部导向杆；32压电陶瓷驱动器；33压电陶瓷驱动器紧固装置；34水平运动轴；35辅助电极；36进液阀；37高压釜盖；38参比电极座；39竖直运动轴冷却水套；40参比电极；41拉压力传感器Ⅰ；42下直线导轨；43激振器；44冷却水进水口；45热电偶；46位移传感器；47下部导向杆；48下导向平台板；49激振器导向支架杆。

图2为上导向平台板结构示意图。图中，13竖直运动轴导向支架；17上导向平台板；18上部导向杆；19上直线导轨；50导向支架固定螺母。

图3(a)-(b)为第一试样摩擦副夹持装置示意图。其中，图3(a)为主视图；图3(b)为侧视图。图中，12摩擦副第一试样夹持装置；51第一试样定位套筒；52第一试样锥头定位螺栓；53摩擦副第一试样；54第一试样压紧螺栓。

图4(a)-(b)为摩擦副第二试样夹持装置示意图。其中，图4(a)为主视图；图4(b)为侧视图。图中，23摩擦副第二试样夹持装置；26右部导向杆；55定位套筒紧固螺栓；56第二试样定位套筒；57套筒锥头定位螺栓；58摩擦副第二试样定位螺栓；59摩擦副第二试样；60摩擦副第二试样套管。

具体实施方式

本实用新型高温高压原位复合微动磨损试验装置，由压电陶瓷驱动器、拉压力传感器、激振器、位移传感器、直线导轨、高压釜体、高压釜盖、工作电极/辅助电极座、参比电极座、液压缸、热电偶、立柱、定位板、第一试样夹持装置、竖直运动轴、水平运动轴、运动轴导向支架、辅助电极、参比电极、工作电极、导向平台板、导向杆等构成，能实现高温高压下对试样表面进行原位切向微动磨损、径向微动磨损和双向(切向和径向)复合微动磨损。本实用新型通过安装水平方向的压电陶瓷驱动器和拉压力传感器实现试样径向恒定载荷和交变载荷的精确控制，通过竖直方向的高能激振器、位移传感器、拉压力传感器控制切向微动振幅、微动频率和摩擦力的精确测量和调节，此外通过高压釜上的参比电极、工作电极和辅助电极，并配合电化学工作站将微动磨损过程中的电化学信号检测出来。本实用新型装置的高温高压是指，最高工作温度可以达到350℃，最大工作压力可以达到20MPa。

如图1、图2、图3(a)-(b)、图4(a)-(b)所示，本实用新型高温高压原位复合微动磨损试验装置主要包括：液压泵1、液压泵放气阀2、液压泵手摇杆3、工作电极/辅助电极座4、排气阀5、液压缸6、竖直运动轴7、导液管8、安全阀9、压力传感器10、压力表11、摩擦副第一试样夹持装置12、竖直运动轴导向支架13、滑块14、立柱15、定位板16、上导向平台板17、上部导向杆18、上直线导轨19、高压釜体20、工作电极21、釜体加热套22、摩擦副第二试样夹持装置23、右直线导轨24、冷却水出水口25、右部导向杆26、水平运动轴冷却水套27、拉压力传感器Ⅱ28、水平运动轴导向支架29、左直线导轨30、左部导向杆31、压电陶瓷驱动器32、压电陶瓷驱动器紧固装置33、水平运动轴34、辅助电极35、进液阀36、高压釜盖37、参比电极座38、竖直运动轴冷却水套39、参比电极40、拉压力传感器Ⅰ41、下直线导轨42、激振器43、冷却水进水口44、热电偶45、位移传感器46、下部导向杆47、下导向平台板48、激振器导向支架杆49、导向支架固定螺母50、第一试样定位套筒51、第一试样锥头定位螺栓52、摩擦副第一试样53、第一试样压紧螺栓54、定位套筒紧固螺栓55、第二试样定位套筒56、套筒锥头定位螺栓57、摩擦副第二试样定位螺栓58、摩擦副第二试样59、摩擦副第二试样套管60等，具体结构如下：

高压釜采用高压釜盖37和高压釜体20倒立式结构，高压釜盖37在下，高压釜体20在上，高压釜体20侧壁开孔并安装水平运动轴34；高压釜盖37上设置热电偶45、竖直运动轴7、工作电极/辅助电极座4、参比电极座38及外置参比电极40，高压釜体内设置辅助电极35、工作电极21，辅助电极35和工作电极21分别通过导线穿过工作电极/辅助电极座4；参比电极40安装于参比电极座38上，参比电极40的导液管8伸至高压釜体20内；竖直运动轴7为上部导向杆18和下部导向杆47之间通过拉压力传感器Ⅰ41分段连接构成，其中：竖直运动轴7的上部导向杆18穿过上导向平台板17中心的上直线导轨19，引导竖直运动轴7上下运动，上导向平台板17通过其上的固定孔与高压釜体20内的竖直运动轴导向支架13通过导向支架固定螺母50连接(图2)，竖直运动轴7的上部导向杆18装有摩擦副第一试样夹持装置12于高压釜体20内，下部导向杆47和高压釜盖37之间设有压力平衡机构，并通过密封圈进行密封，激振器43外侧设置激振器导向支架杆49，激振器导向支架杆49的顶部安装下导向平台板48，激振器43上的连接杆穿过下导向平台板48中心的下直线导轨42，激振器43的激振头引导下部导向杆47上下运动，通过下部导向杆47带动竖直运动轴7上下运动；水平运动轴34为左部导向杆31和右部导向杆26通过拉压力传感器Ⅱ28分段连接构成，其中：水平运动轴34的左部导向杆31和右部导向杆26分别穿过水平运动轴导向支架29中心的左直线导轨30和高压釜内的右直线导轨24，引导水平运动轴34左右运动，水平运动轴导向支架29固定在高压釜升降定位板16上，水平运动轴34的右端装有摩擦副第二试样夹持装置23于高压釜体20内，右部导向杆26与高压釜体20之间设有压力平衡机构，并通过密封圈进行密封，左部导向杆31与压电陶瓷驱动器32通过螺纹相连接，压电陶瓷驱动器紧固装置33穿过水平运动轴导向支架29与压电陶瓷驱动器32连接固定。

在竖直运动轴7下部和水平运动轴34左侧分别设有运动轴轴套，运动轴轴套外部分别设有竖直运动轴冷却水套39和水平运动轴冷却水套27，竖直运动轴冷却水套39和水平运动轴冷却水套27之间通过管路连接，水平运动轴冷却水套27上设有运动轴冷却水出水口25，竖直运动轴冷却水套39上设有运动轴冷却水进水口44，通过运动轴冷却水进水口44向竖直运动轴冷却水套39和水平运动轴冷却水套27通入冷却水，经过热交换后的冷却水通过水平运动轴冷却水出水口25排出，可有效防止压力平衡机构和运动轴套温度过高。

本实用新型中，高压釜中的高温高压溶液会对竖直运动轴7产生一个向下的作用力，而竖直运动轴7轴套下部与高压釜相连通的腔内高压液体则会对竖直运动轴7产生一个向上的作用力，下部导向杆47和高压釜盖37之间的压力平衡机构主要是指这两个力之间的平衡。此外，竖直运动轴7还受其与密封圈之间的摩擦力以及自身重力作用，竖直运动轴7的平衡主要是受这四个力的共同作用。

本实用新型中，高压釜中的高温高压溶液会对水平运动轴34产生一个向左的作用力，而水平运动轴34轴套左侧与高压釜相连通的腔内高压液体则会对水平运动轴34产生一个向右的作用力，右部导向杆26与高压釜体20之间的压力平衡机构主要是指这两个力之间的平衡。此外，水平运动轴34还受其与密封圈之间的摩擦力以及自身重力作用，水平运动轴34的平衡主要是受这四个力的共同作用。

本实用新型中，图1中的工作电极21相当于图3(a)中的摩擦副第一试样53，工作电极21与第二试样夹持装置23一端安装的摩擦副第二试样59相对接触设置，通过水平运动轴34施加摩擦副第一试样53和摩擦副第二试样59之间的径向载荷，竖直运动轴7带动摩擦副第一试样53上下运动，实现摩擦副第一试样53、摩擦副第二试样59之间的相对摩擦运动；其中，摩擦副第一试样53和摩擦副第二试样59采用不锈钢、镍基合金、锆合金、硬质合金或氧化铝加工而成，摩擦副第一试样53和摩擦副第一试样夹持装置12以及摩擦副第二试样59与摩擦副第二试样夹持装置23均采用表面覆盖有ZrO₂的Zr-4合金进行绝缘。

竖直运动轴7上设置位移传感器46和拉压力传感器41，使用位移传感器46对微动磨损过程中微动振幅进行高频实时测量，使用拉压力传感器Ⅰ41对竖直运动轴7的推力和拉力进行高频实时测量；摩擦副第一试样53在竖直运动轴7的驱动下做微动振幅为2μm至1000μm，振动频率小于1000Hz的振动。

水平运动轴34上设置拉压力传感器Ⅱ28，使用拉压力传感器Ⅱ28对水平运动轴34的推力进行高频实时测量，通过压电陶瓷驱动器32在摩擦副第一试样53与摩擦副第二试样之间59产生径向恒定载荷和交变载荷；在压电陶瓷驱动器32的驱动下，摩擦副第一试样53与摩擦副第二试样59之间可以施加载荷峰值小于800N、交变频率小于1000Hz的径向载荷，交变载荷形式可以为正弦波振动、方波振动或三角波。

辅助电极35采用以铂丝为导线的铂片，铂丝外部套有聚四氟乙烯热缩管，工作电极21通过外部套有聚四氟乙烯热缩管的锆丝、镍丝或不锈钢丝作为导线点焊在摩擦副第一试样53上；工作电极21和辅助电极35通过工作电极/辅助电极座4引出，配合电化学工作站检测微动磨损过程中的电化学信号，电化学工作站上的工作电极、辅助电极和参比电极的引线夹头分别与工作电极21的导线、辅助电极35的导线和参比电极40的导线连接，通过电化学工作站快速采集和记录试样原位复合微动磨损过程中的电流变化，将微动磨损过程中试样表面膜不断发生破坏这一过程的电化学信号检测出来。

高压釜内的上导向平台板17采用缺口式设计，保证水平运动轴34随高压釜体20一起上下运动，使高压釜安装和拆卸更为方便；水平运动轴34由左部导向杆31和右部导向杆26通过拉压力传感器Ⅱ28连接组成，竖直运动轴7由上部导向杆18和下部导向杆47通过拉压力传感器Ⅰ41组成，即水平运动轴34和竖直运动轴7均采用分段式连接，便于拆卸和维护。

高压釜体20上方设置定位板16，高压釜体20顶部通过高压釜提升螺栓与定位板16相连，高压釜体20的外侧设置釜体加热套22。高压釜外设置两个立柱15形成双立柱支架，双立柱支架两侧分别设有液压缸6，液压泵1的输出端与液压缸6连接，通过液压泵1为液压缸6提供液压动力。液压泵1上设置液压泵手摇杆3和液压泵放气阀2，通过液压泵手摇杆3驱动液压缸6，从而带动连接高压釜体20的定位板16上下移动。两个立柱15穿过定位板上的开孔内侧分别设置滑块14，定位板16通过滑块14与立柱15滑动配合；水平运动轴导向支架29均通过螺纹连接固定在定位板16上，带动水平运动轴34随定位板16和高压釜体20一起上下运动。

高压釜盖37侧面穿设有进液管和排气管，在所述进液管上安装安全阀9、压力表11、压力传感器10和进液阀36，在所述排气管上安装排气阀5。

如图3(a)-(b)所示，第一试样夹持装置12包括第一试样定位套筒51、第一试样锥头定位螺栓52、摩擦副第一试样53、第一试样压紧螺栓54等，具体结构如下：第一试样定位套筒51内侧和第一试样压紧螺栓54采用变截面构造，第一试样定位套筒51两端开口，其一端开口为由内到外的喇叭形，摩擦副第一试样53位于该开口端的内底部，摩擦副第一试样53与第一试样定位套筒51内腔滑动配合，第一试样定位套筒51的侧面对称安装第一试样锥头定位螺栓52，第一试样锥头定位螺栓52于摩擦副第一试样53两侧、与摩擦副第一试样53顶触，使摩擦副第一试样53固定；第一试样定位套筒51另一端开口为内螺纹构造，并通过第一试样压紧螺栓54的变截面端(直径变小)伸至第一试样定位套筒51的变截面端(直径变小)压紧摩擦副第一试样53；摩擦副第一试样53与摩擦副第二试样59正对，并相互接触，形成摩擦副。

如图4(a)-(b)所示，摩擦副第二试样夹持装置23包括定位套筒紧固螺栓55、第二试样定位套筒56、套筒锥头定位螺栓57、摩擦副第二试样定位螺栓58、摩擦副第二试样59、摩擦副第二试样套管60等，具体结构如下：第二试样定位套筒56内侧和定位套筒紧固螺栓55采用变截面构造，摩擦副第二试样套管60的一端为活塞端，该活塞端与第二试样定位套筒56内腔滑动配合，摩擦副第二试样套管60的另一端伸至第二试样定位套筒56的一端外侧，所述摩擦副第二试样套管60另一端开设的盲孔中插装摩擦副第二试样59，所述摩擦副第二试样套管60另一端的侧面对称安装摩擦副第二试样锥头定位螺栓58，摩擦副第二试样锥头定位螺栓58于摩擦副第二试样59两侧、与摩擦副第二试样59顶触，使摩擦副第二试样59固定；摩擦副第二试样59采用一端为圆柱形，另一端为半球形设计；第二试样定位套筒56侧面对称安装套筒锥头定位螺栓57，套筒锥头定位螺栓57于摩擦副第二试样套管60两侧、与摩擦副第二试样套管60顶触，使摩擦副第二试样套管60固定；

摩擦副第二试样套管60的活塞端背面、于第二试样定位套筒56的另一端通过螺纹安装定位套筒紧固螺栓55，定位套筒紧固螺栓55的变截面端(直径变小)伸至第二试样定位套筒56的变截面端(直径变小)与摩擦副第二试样套管60顶触，使摩擦副第二试样套管60进一步固定；在定位套筒紧固螺栓55的另一端通过内螺纹与右部导向杆26紧固连接。

本实用新型在高压釜外设置标准接口，可通过卡套与外部具有自动控制功能的高温高压水循环腐蚀实验系统(参见中国发明专利：201010275276.2，申请日：2010年09月08日、中国实用新型专利：201020521040.8，申请日：2010年09月08日，授权日：2011年06月01日)连接，从而可精确控制高压釜内的水化学环境。本实用新型中，激振器的生产厂家和规格型号是：南京佛能科技实业有限公司生产的HEV-500型高能电动式激振器。

如图1-图4所示，本实用新型高温高压原位复合微动磨损试验装置的使用方法如下：

1、将镍丝、不锈钢丝或锆丝外表面套一层聚四氟热缩管，用热风枪热缩后作为导线焊接在摩擦副第一试样53表面；

2、将摩擦副第一试样53安装在表面覆盖ZrO₂的第一试样夹持装置12中，拧紧摩擦副第一试样53背部的第一试样压紧螺栓54；

3、将参比电极40安装在高压釜盖37上的参比电极座38，并保持参比电极40上部的出气开关处于关闭状态；

4、前后摆动液压泵手摇杆3，双立柱支架两侧液压缸6弹出，从而带动连接高压釜体20的定位板16上移，打开高压釜；

5、将辅助电极35安装在高压釜中，并保持与工作电极21正对；

6、将第一试样夹持装置12安装在上部导向杆18上，并拧紧摩擦副第一试样53两侧对称分布的第一试样锥头定位螺栓52；

7、打开液压缸6的液压泵放气阀2，缓慢降落高压釜体20，将高压釜体20和釜体加热套22依次调节到合适的高度，并拧紧高压釜盖37上的螺栓，使高压釜盖37和高压釜体20组合而成密闭的高压釜；

8、调节压电陶瓷驱动器紧固装置33，保证摩擦副第一试样53、摩擦副第二试样59在微动过程中接触并压紧；

9、向高压釜中充入体积为高压釜容积1/2到2/3的溶液，并保证工作电极21、辅助电极35、和参比电极导液管8的末端能完全浸没在溶液中；

10、根据实验需要，通过进液阀36向高压釜中通入氩气除氧，然后通过排气阀5将气体排出，除气结束后，将进液阀36和排气阀5依次关闭；

11、打开参比电极40上部的出气开关，待参比电极40的出液口连续出水后，将参比电极40的出液口处出气开关拧紧关闭；

12、打开运动轴冷却水进水口44的开关，往运动轴冷却水进水口44处通入冷却水；

13、设定高压釜的目标加热温度、加热调节电压、超温自动断电的温度上限，设定压力控制器低压自动断电的压力下限、微动磨损的振幅和频率、摩擦副之间的径向载荷峰值和交变频率等参数；

14、关闭低压报警开关，打开釜体加热套22的加热电源开关，对高压釜进行升温；

15、待温度达到设定值，打开低压报警开关并趋于稳定24小时后，打开激振器控制开关，驱动竖直运动轴7运动，同时打开压电陶瓷驱动器控制开关，根据实验要求施加预定载荷和交变频率，从而使摩擦副第一试样53、摩擦副第二试样59之间出现切向微动磨损、径向微动磨损和复合微动磨损。

16、根据试验需要利用恒电位仪给摩擦副第一试样53上加一恒电位，使其处于钝化状态，通过电化学工作站快速采集和记录微动磨损过程中引起的暂态电流变化，便可获知材料抗微动磨损能力。

实施例结果表明，采用本实用新型能实现高温高压下对试样表面进行原位切向微动磨损、径向微动磨损和切向、径向复合微动磨损，解决高温高压下切向微动磨损、径向微动磨损和切向、径向复合微动磨损难以实现、微动振幅和微动频率难以精确测量和控制、径向载荷难以精确测量并实时调节、微动磨损过程中电化学信号和摩擦副之间摩擦力难以测量等问题。本实用新型通过安装水平方向的压电陶瓷驱动器和拉压力传感器实现试样径向恒定载荷和交变载荷的精确控制，通过竖直方向的高能激振器、位移传感器、拉压力传感器控制切向微动振幅、微动频率和摩擦力的精确测量和调节，此外通过高压釜上的参比电极、工作电极和辅助电极，并配合电化学工作站将微动磨损过程中的电化学信号检测出来。

Claims (10)

1.一种高温高压原位复合微动磨损试验装置，其特征在于，该装置设有：压电陶瓷驱动器、拉压力传感器、激振器、位移传感器、直线导轨、高压釜体、高压釜盖、工作电极/辅助电极座、参比电极座、液压缸、热电偶、立柱、定位板、第一试样夹持装置、竖直运动轴、水平运动轴、运动轴导向支架、辅助电极、参比电极、工作电极、导向平台板、导向杆，具体结构如下：

高压釜采用高压釜盖和高压釜体倒立式结构，高压釜盖在下，高压釜体在上，高压釜体侧壁开孔并安装水平运动轴；高压釜盖上设置热电偶、竖直运动轴、工作电极/辅助电极座、参比电极座及外置参比电极，高压釜体内设置辅助电极、工作电极，辅助电极和工作电极分别通过导线穿过工作电极/辅助电极座；参比电极安装于参比电极座上，参比电极的导液管伸至高压釜体内；竖直运动轴为上部导向杆和下部导向杆之间通过拉压力传感器Ⅰ分段连接构成，其中：竖直运动轴的上部导向杆穿过上导向平台板中心的上直线导轨，引导竖直运动轴上下运动，上导向平台板通过其上的固定孔与高压釜体内的竖直运动轴导向支架连接，竖直运动轴的上部导向杆装有摩擦副第一试样夹持装置于高压釜体内，下部导向杆和高压釜体之间设有压力平衡机构，并通过密封圈进行密封，激振器外侧设置激振器导向支架杆，激振器导向支架杆的顶部安装下导向平台板，连接杆穿过下导向平台板中心的下直线导轨，激振器的激振头引导连接杆上下运动，通过连接杆带动竖直运动轴上下运动；水平运动轴为左部导向杆和右部导向杆通过拉压力传感器Ⅱ分段连接构成，其中：水平运动轴的左部导向杆和右部导向杆分别穿过水平运动轴导向支架中心的左直线导轨和高压釜内的右直线导轨，引导水平运动轴左右运动，水平运动轴导向支架固定在高压釜升降定位板上，水平运动轴的右端装有摩擦副第二试样夹持装置于高压釜内，右部导向杆与高压釜体之间设有压力平衡机构，并通过密封圈进行密封，左部导向杆与压电陶瓷驱动器通过螺纹相连接。

2.按照权利要求1所述的高温高压原位复合微动磨损试验装置，其特征在于，工作电极相当于摩擦副第一试样，工作电极与第二试样夹持装置一端安装的摩擦副第二试样相对接触设置，通过水平运动轴施加摩擦副第一试样和摩擦副第二试样之间的径向载荷，竖直运动轴带动摩擦副第一试样上下运动，实现摩擦副第一试样、摩擦副第二试样之间的相对摩擦运动。

3.按照权利要求1所述的高温高压原位复合微动磨损试验装置，其特征在于，竖直运动轴上设置位移传感器和拉压力传感器。

4.按照权利要求1所述的高温高压原位复合微动磨损试验装置，其特征在于，水平运动轴上设置拉压力传感器。

5.按照权利要求1所述的高温高压原位复合微动磨损试验装置，其特征在于，辅助电极采用以铂丝为导线的铂片，铂丝外部套有聚四氟乙烯热缩管，工作电极通过外部套有聚四氟乙烯热缩管的锆丝、镍丝或不锈钢丝作为导线点焊在摩擦副第一试样上；工作电极和辅助电极通过工作电极/辅助电极座引出，配合电化学工作站检测微动磨损过程中的电化学信号，电化学工作站上的工作电极、辅助电极和参比电极的引线夹头分别与工作电极的导线、辅助电极的导线和参比电极的导线连接，通过电化学工作站快速采集和记录试样原位复合微动磨损过程中的电流变化，将微动磨损过程中试样表面膜不断发生破坏这一过程的电化学信号检测出来。

6.按照权利要求1所述的高温高压原位复合微动磨损试验装置，其特征在于，在竖直运动轴下部和水平运动轴左侧分别设有运动轴轴套，运动轴轴套外部设有运动轴冷却水套，竖直运动轴冷却水套和水平运动轴冷却水套之间通过管路连接，竖直运动轴冷却水套上设有运动轴冷却水进水口，水平运动轴冷却水套上设有运动轴冷却水出水口，有效防止压力平衡机构温度过高。

7.按照权利要求1所述的高温高压原位复合微动磨损试验装置，其特征在于，高压釜内导向平台板采用缺口式设计，水平运动轴随高压釜体一起上下运动；水平运动轴由左部导向杆和右部导向杆组成，竖直运动轴由上部导向杆和下部导向杆组成，即水平运动轴和竖直运动轴均采用分段式连接。

8.按照权利要求1所述的高温高压原位复合微动磨损试验装置，其特征在于，高压釜外设置两个立柱形成双立柱支架，双立柱支架两侧分别设有液压缸，液压泵的输出端与液压缸连接；两个立柱穿过定位板上的开孔内侧分别设置滑块，定位板通过滑块与立柱滑动配合；水平运动轴导向支架均通过螺纹连接固定在定位板上，带动水平运动轴随定位板和高压釜体一起上下运动。

9.按照权利要求1所述的高温高压原位复合微动磨损试验装置，其特征在于，第一试样夹持装置包括第一试样定位套筒、第一试样锥头定位螺栓、摩擦副第一试样、第一试样压紧螺栓，具体结构如下：第一试样定位套筒内侧和第一试样压紧螺栓采用变截面构造，第一试样定位套筒两端开口，其一端开口为由内到外的喇叭形，摩擦副第一试样位于该开口端的内底部，摩擦副第一试样与第一试样定位套筒内腔滑动配合，第一试样定位套筒的侧面对称安装第一试样锥头定位螺栓，第一试样锥头定位螺栓于摩擦副第一试样两侧、与摩擦副第一试样顶触，使摩擦副第一试样固定；第一试样定位套筒另一端开口为内螺纹构造，并通过第一试样压紧螺栓压紧摩擦副第一试样；摩擦副第一试样与摩擦副第二试样正对，并相互接触，形成摩擦副。

10.按照权利要求1所述的高温高压原位复合微动磨损试验装置，其特征在于，摩擦副第二试样夹持装置包括定位套筒紧固螺栓、第二试样定位套筒、套筒锥头定位螺栓、摩擦副第二试样定位螺栓、摩擦副第二试样、摩擦副第二试样套管，具体结构如下：第二试样定位套筒内侧和定位套筒紧固螺栓采用变截面构造，摩擦副第二试样套管的一端为活塞端，该活塞端与第二试样定位套筒内腔滑动配合，摩擦副第二试样套管的另一端伸至第二试样定位套筒的一端外侧，所述摩擦副第二试样套管另一端开设的盲孔中插装摩擦副第二试样，所述摩擦副第二试样套管另一端的侧面对称安装摩擦副第二试样锥头定位螺栓，摩擦副第二试样锥头定位螺栓于摩擦副第二试样两侧、与摩擦副第二试样顶触，使摩擦副第二试样固定；摩擦副第二试样采用一端为圆柱形，另一端为半球形；第二试样定位套筒侧面对称安装套筒锥头定位螺栓，套筒锥头定位螺栓于摩擦副第二试样套管两侧、与摩擦副第二试样套管顶触，使摩擦副第二试样套管固定；

摩擦副第二试样套管的活塞端背面、于第二试样定位套筒的另一端通过螺纹安装定位套筒紧固螺栓，定位套筒紧固螺栓与摩擦副第二试样套管顶触，使摩擦副第二试样套管进一步固定；在定位套筒紧固螺栓的另一端通过内螺纹与右部导向杆紧固连接。