CN212301402U - 一种用于电化学体系的原位载荷加载装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种用于电化学体系的原位载荷加载装置，包括导轨位置调整机构、导轨机构、载荷施加机构和基座；导轨位置调整机构用于实现导轨机构在0～90°范围内的转动，并能实现导轨机构的固定，进而调节载荷施加机构的池体内待测试工件的倾斜角度；所述载荷施加机构包括上连杆、池体、导电下拉杆、压力传感器和螺旋测微仪；上拉杆固定在陶瓷促动器的作用端，上拉杆和导电下拉杆分别与待测试工件的上、下端相连，待测试工件位于池体内。该装置通过导轨位置调整机构实现导轨在0～90°范围内的倾角调节，调节待测试工件与外部物理场作用方向之间的夹角，以研究能源材料在不同物理场作用方向下的表面电化学性能，装置的利用率高，适用性更强。

Description

一种用于电化学体系的原位载荷加载装置

技术领域

本实用新型属于材料性能测试设备技术领域，具体是一种用于电化学体系的原位载荷加载装置。

背景技术

能源材料大多应用在复杂的电化学环境中，在不同的载荷条件下材料的电化学性能不同，因此研究能源材料在动态载荷下的电化学性能能够为能源材料在复杂环境中的应用提供理论支撑，也是能源材料研究领域的一个重要分支。

针对极端复杂环境下的材料性能研究，会涉及到不同物理场的原位施加，例如研究能源材料在磁场环境中的电化学性能时，不同磁场方向会导致能源材料的电荷移动方向不同，进而导致能源材料的电化学性能不同。目前普遍采用电磁铁来施加磁场，磁场以固定角度作用在能源材料上，因此材料表面的电荷只能沿固定方向移动，不能全面反映能源材料表面的电化学性能；由于电磁铁的重量较大，通过调整电磁铁来改变磁场的方向，进而调节磁场与材料之间的夹角，实施难度较大，因此设计一款能够调节材料角度，使材料与外部物理场交互的原位载荷加载装置很有必要。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型拟解决的技术问题是，提供一种用于电化学体系的原位载荷加载装置。

本实用新型解决所述技术问题采用的技术方案是：

一种用于电化学体系的原位载荷加载装置，其特征在于，该装置包括导轨位置调整机构、导轨机构、载荷施加机构和基座；导轨位置调整机构用于实现导轨机构在0～90°范围内的转动，并能实现导轨机构的固定，进而调节载荷施加机构的池体内待测试工件的倾斜角度；

所述载荷施加机构包括上连杆、池体、导电下拉杆、压力传感器和螺旋测微仪；上拉杆固定在陶瓷促动器的作用端，上拉杆和导电下拉杆分别与待测试工件的上、下端相连，待测试工件位于池体内；螺旋测微仪位于池体的下方，为待测试工件提供初始载荷；压力传感器用于测量待测试工件的初始载荷；

所述池体包括池体盖、玻璃片、固定件和绝缘的池体本体；所述池体本体为上端和一侧均具有开口的箱体结构，池体本体的一侧分别设有进液口和出液口；池体盖固定在池体本体上；玻璃片通过固定件安装在池体本体的侧面开口处。

所述载荷施加机构安装在导轨机构上，导轨机构与导轨位置调整机构通过转动副连接，导轨位置调整机构与基座通过转动副连接。

所述基座包括底板、铰支座、立柱连接板和立柱；底板的四个端角处均固定有铰支座，底板的中部开有螺纹孔；底板的一端沿短边方向间隔设有两个立柱，立柱的自由端具有安装孔；立柱连接板套装在两个立柱的自由端。

所述导轨位置调整机构包括摆杆、L型连接板、摇杆和座板；座板一端的两侧分别与各自的摇杆的一端铰接，两个摇杆的另一端分别与底板一端的两个铰支座铰接；座板另一端的两侧分别与各自的摆杆的一端铰接，两个摆杆的另一端分别与底板另一端的两个铰支座铰接；L型连接板的竖直面与座板铰接摆杆的一端固连，L型连接板的水平面能够与底板的螺纹孔连接。

所述导轨位置调整机构还包括手柄，座板一侧的两端分别固定有手柄。

所述导轨机构包括导轨、一号架板、一号锁紧板和二号架板；二号架板固定在座板的侧面，且位于座板与摆杆铰接的一端；二号架板上间隔固定有两个平行于座板的导轨，一号架板套装在两个导轨的自由端；导轨靠近自由端的位置开有安装孔；一号锁紧板套装在两个导轨上，且靠近二号架板。

所述载荷施加机构还包括定位套、丝杠螺母、二号锁紧板、滑板和连接轴；

所述二号锁紧板和滑板均安装在两个导轨上，滑板位于二号锁紧板与一号锁紧板之间；螺旋测微仪固定在一号锁紧板上，丝杠螺母滑动安装在螺旋测微仪的调节柱上，丝杠螺母同时与滑板固连；压力传感器的两端分别与二号锁紧板和滑板固连；定位套的一端与二号锁紧板固连，另一端与导电下拉杆的一端固连；导电下拉杆的另一端从池体的底部伸入池体内，用于夹持待测试工件的下端；导电下拉杆穿过池体的位置通过密封塞密封；陶瓷促动器固定在一号架板的中部，上拉杆的一端螺纹连接在陶瓷促动器的作用端上，另一端穿过池体盖伸入池体本体内，用于夹持待测试工件的上端。

所述定位套的侧面开有螺纹孔，导电螺柱安装在定位套的螺纹孔内；导电螺柱位于定位套内的一端与导电下拉杆紧密固定，位于定位套外的一端安装有工作电极。

所述导电下拉杆的中部侧面开有与导电螺柱配合的环形凹槽，导电螺柱的端部与环形凹槽紧密接触。

所述下拉杆的端部通过锁紧螺母设有用于夹持待测试工件的压片，通过旋转锁紧螺母实现待测试工件的夹紧与松开。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型通过导轨位置调整机构实现导轨在0～90°范围内的倾角调节，进而调节待测试工件与外部物理场(比如磁场)作用方向之间的夹角，以改变能源材料表面电荷的移动方向，进而研究能源材料在不同物理场作用方向下的表面电化学性能，装置的利用率高，适用性更强。

2、本申请所针对的能源材料如镍、箔、铂等，利用磁控溅射的方法镀在薄膜状的kapton薄膜表面形成待测试工件，待测试工件两个侧面的镀层材料不同，因此本装置能够一次进行两种材料的测试，效率高；待测试工件尺寸小，镀层与衬底在较小应力下能够同步拉伸；通过陶瓷促动器为待测试工件提供小弹性应变，弹性应变范围在材料原长的的0.1％～1％；当然本实用新型也能用于两面相同的能源材料的电学性能的测试。

3、本实用新型的锁紧板和架板均采用可调节设置，方便待测试工件的安装和调试，提高测试的准确性和精度。

4、本实用新型的池体为箱体结构，待测试工件竖直位于池体内，使得待测试工件的多个表面均处于电化学环境中，克服了现有装置只能研究材料单一表面电化学性能的缺陷；池体可通过进、出液口与外部端口进行连接；池体还能够通过外接蠕动泵从而实现溶液的流动，并且克服了现有装置与外部测试系统交互不方便，只能研究材料在单一静态溶液环境下的电化学性能的缺陷，实现了材料在多环境条件下的电化学性能测试，可提高速度和效率。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图；

图2是本实用新型的基座的结构示意图；

图3是本实用新型的导轨位置调整机构的结构示意图；

图4是本实用新型的导轨机构的结构示意图；

图5是本实用新型的载荷施加机构的结构示意图；

图6是本实用新型的池体、定位套的结构示意图；

图7是本实用新型的池体盖的结构示意图；

图8是本实用新型的导电下拉杆的结构示意图；

图9是本实用新型的导轨机构处于水平位置的结构示意图；

图中：1、导轨位置调整机构；2、导轨机构；3、载荷施加机构；4、基座；

11、手柄；12、摆杆；13、L型连接板；14、摇杆；15、座板；

21、导轨；22、一号架板；23、一号锁紧板；24、二号架板；

31、陶瓷促动器；32、上拉杆；33、池体；34、导电下拉杆；35、定位套；36、传感器；37、丝杠螺母；38、螺旋测微仪；39、二号锁紧板；310、滑板；

41、底板；42、铰支座；43、立柱连接板；44、立柱；

211、一号安装孔；331、池体本体；332、参比电极；333、池体盖；334、玻璃片；335、固定件；341、压片；342、环形凹槽；351、导电螺柱；411、螺纹孔；441、二号安装孔；

3311、进液口；3312、出液口；3331、凸台；3332、电极孔；3333、通孔。

具体实施方式

下面结合具体附图给出本实用新型的实施例，具体实施例仅用于进一步详细说明本实用新型的技术方案，不限制本申请的保护范围。

本实用新型提供一种用于电化学体系的原位载荷加载装置(简称装置，参见图1-9)，包括导轨位置调整机构1、导轨机构2、载荷施加机构3和基座4；

所述载荷施加机构3安装在导轨机构2上，对待测试工件施加载荷；导轨机构2与导轨位置调整机构1通过转动副连接，导轨位置调整机构1与基座4通过转动副连接，导轨位置调整机构1用于实现导轨机构2在0～90°范围内的转动，并能实现导轨机构2的固定，进而调节载荷施加机构3的池体33内待测试工件的倾斜角度；

所述基座4包括底板41、铰支座42、立柱连接板43和立柱44；底板41可为长方形，长方形的四个端角处均固定有铰支座42，底板41的中部开有用于竖直固定导轨机构2的螺纹孔411；底板41的一端沿短边方向间隔设有两个立柱44，立柱44的自由端具有用于水平固定导轨机构2的二号安装孔441；立柱连接板43套装在两个立柱44的自由端，增加立柱44的稳定性；

所述导轨位置调整机构1包括摆杆12、L型连接板13、摇杆14和座板15；座板15一端的两侧分别与各自的摇杆14的一端铰接，两个摇杆14的另一端分别与底板41一端的两个铰支座42铰接；座板15另一端的两侧分别与各自的摆杆12的一端铰接，两个摆杆12的另一端分别与底板41另一端的两个铰支座42铰接；通过变换座板15、摆杆12和摇杆14的位置实现导轨机构2竖直位置与水平位置之间的转换；L型连接板13的竖直面通过螺栓与座板15铰接摆杆12的一端固连，L型连接板13的水平面能够通过螺栓与底板41的螺纹孔411连接，实现导轨机构2在竖直位置的固定安装；

所述导轨机构2包括导轨21、一号架板22、一号锁紧板23和二号架板24；二号架板24通过螺栓固定在座板15的侧面，且位于座板15与摆杆12铰接的一端；二号架板24上间隔固定有两个平行于座板15的导轨21，一号架板22套装在两个导轨21的自由端，保证导轨21的稳定性；导轨21靠近自由端的位置开有一号安装孔211，通过螺栓连接一号安装孔211和二号安装孔441，实现导轨机构2水平位置的固定安装；一号锁紧板23套装在两个导轨21上，且靠近二号架板24；

所述载荷施加机构3包括陶瓷促动器31、上拉杆32、池体33、导电下拉杆34、定位套35、压力传感器36、丝杠螺母37、螺旋测微仪38、二号锁紧板39和滑板310；

所述二号锁紧板39和滑板310均安装在两个导轨21上，滑板310位于二号锁紧板39与一号锁紧板23之间；螺旋测微仪38固定在一号锁紧板23上，丝杠螺母37滑动安装在螺旋测微仪38的调节柱上，丝杠螺母37同时与滑板310固连，螺旋测微仪38为待测试工件提供初始载荷；压力传感器36的两端分别与二号锁紧板39和滑板310固连，用于检测待测试工件的初始载荷；定位套35的一端与二号锁紧板39固连，另一端与导电下拉杆34的一端固连；导电下拉杆34的另一端从池体33的底部伸入池体33内，用于夹持待测试工件的下端；导电下拉杆34穿过池体33的位置通过密封塞密封，防止试验时池体33内液体的泄漏；陶瓷促动器31固定在一号架板22的中部，陶瓷促动器31的作用端朝向一号锁紧板23；上拉杆32的一端螺纹连接在陶瓷促动器31的作用端上，另一端从池体33的顶部伸入池体33内，用于夹持待测试工件的上端，通过陶瓷促动器31对待测试工件施加载荷。

所述池体33包括参比电极332、池体盖333、玻璃片334、固定件335和绝缘的池体本体331；所述池体本体331为中空的且上端和一侧均具有开口的箱体结构，池体本体331的上端面具有凹槽，池体本体331的一侧分别设有进液口3311和出液口3312，参比电极332安装在池体本体331的侧面玻璃片334通过固定件335安装在池体本体331的侧面开口处，并在连接处进出密封处理；玻璃片334上设有刻度线，用于观察池体本体331内的电解液容量，使电解液没过待测试工件即可；池体盖333通过螺栓安装在池体本体331上，池体盖333下表面的凸台与池体本体331的凹槽配合；池体盖333上具有用于上拉杆32通过的通孔3333以及安装对电极的电极孔3332。

所述定位套35的侧面开有螺纹孔，导电螺柱351安装在定位套35的螺纹孔内；导电螺柱位于定位套35内的一端与导电下拉杆34紧密固定，导电螺柱位于定位套35外的一端安装有工作电极，工作电极用于测量待测试工件的电信号，通过电信号研究能源材料的电化学性能。

所述导电下拉杆34的中部侧面开有与导电螺柱351配合的环形凹槽342；导电螺柱351的端部与环形凹槽342紧密接触，便于传递电荷。

所述导轨位置调整机构1还包括手柄11，座板15一侧的上下两端分别固定有手柄11，通过手握手柄11，方便进行导轨机构2位置切换的操作。

所述上拉杆32和下拉杆34的结构相同；下拉杆34的端部通过锁紧螺母设有用于夹持待测试工件的压片341，通过旋转锁紧螺母实现待测试工件的夹紧与松开。

一号架板22、一号锁紧板23、二号架板24和二号锁紧板39上均设有螺柱，通过旋转螺柱实现各个板与导轨21的锁紧与松开。

本实用新型的工作原理和工作流程是：

1)待测试工件的安装：本申请的待测试工件为长方形薄片，待测试工件的两侧面分别具有不同能源材料制成的金属镀层或者待测试工件也可以为单一金属材料制成的薄片；调节一号架板22和二号架板24上的螺柱，将导轨21锁紧；通过调节导轨位置调整机构1，使导轨21处于水平位置，并通过螺栓将导轨21与相应的立柱44固定，实现导轨机构2在水平位置的固定安装；调节上拉杆32和导电下拉杆34的压片，将待测试工件的两端与上拉杆32和导电下拉杆34固定，并通过水平仪检测待测试工件的位置，使待测试工件保持水平；

2)待测试工件的调试：调节一号锁紧板23和二号锁紧板39上的螺柱，使两个锁紧板能够在导轨21滑动；调节螺旋测微仪38，拉伸待测试工件；当压力传感器36测得的拉力等于待测试工件材料弹性极限的0.1％～1％(本实施例取1％)时，停止调节螺旋测微仪38，并将两个锁紧板锁紧，进而将池体33固定在当前位置，为待测试工件施加初始外加载荷，至此完成待测试工件的调试；

3)导轨的倾角调整：卸下连接导轨21和立柱44的螺栓，通过调节导轨位置调整机构1，使导轨21倾斜一定角度(0～90°范围)，分别通过螺栓和垫片将摇杆、摆杆、底座和铰支座之间的铰接位置形成固连，进而将导轨21固定在当前位置，此时池体33中待测试工件也处于倾斜位置，外部物理场作用在待测试工件的侧面；重复此操作即可在0～90°范围内调节导轨21的倾角，进而改变外部物理场的作用方向与待测试工件之间的夹角，使得每个夹角下待测试工件表面电荷的移动方向不同，进而全面反应能源材料的电化学性能；此外，由于导轨倾角的可调节，使其能匹配待测工件所需做的相关测试的测试系统，使用方便；

当导轨21处于竖直位置时，通过螺栓将L型连接板13与底板41固定，实现导轨机构2在竖直位置的固定安装；将池体33上的各个电极与外接测试系统连接，并在池体33内填充电解液，即可用于研究待测试工件在电化学环境中的性能；本申请的电解质溶液可以为硫酸铜、氯化钠等；通过陶瓷促动器31对待测试工件施加载荷，以研究材料表面在不同载荷下的电化学性能。

本实施例中待测试工件的长为40～80mm，宽为10～20mm，厚度为100um～2mm，能完全容纳在池体内；陶瓷促动器31的型号为P-855；螺旋测微仪38采用5-30mm内径千分尺。

本实用新型尤其适用于能源材料的电化学环境下的原位加载，能调节电解池的转角，提高了与外部测试装置的交互能力及适应性，针对较小尺寸的能源材料选择陶瓷促动器，能够提供适合能源材料的小载荷，提高实验的准确性及可靠性、简便性。

本实用新型未述及之处适用于现有技术。

Claims (10)

1.一种用于电化学体系的原位载荷加载装置，其特征在于，该装置包括导轨位置调整机构、导轨机构、载荷施加机构和基座；导轨位置调整机构用于实现导轨机构在0～90°范围内的转动，并能实现导轨机构的固定，进而调节载荷施加机构的池体内待测试工件的倾斜角度；

所述载荷施加机构包括上连杆、池体、导电下拉杆、压力传感器和螺旋测微仪；上拉杆固定在陶瓷促动器的作用端，上拉杆和导电下拉杆分别与待测试工件的上、下端相连，待测试工件位于池体内；螺旋测微仪位于池体的下方，为待测试工件提供初始载荷；压力传感器用于测量待测试工件的初始载荷；

所述池体包括池体盖、玻璃片、固定件和绝缘的池体本体；所述池体本体为上端和一侧均具有开口的箱体结构，池体本体的一侧分别设有进液口和出液口；池体盖固定在池体本体上；玻璃片通过固定件安装在池体本体的侧面开口处。

2.根据权利要求1所述的用于电化学体系的原位载荷加载装置，其特征在于，所述载荷施加机构安装在导轨机构上，导轨机构与导轨位置调整机构通过转动副连接，导轨位置调整机构与基座通过转动副连接。

3.根据权利要求1或2所述的用于电化学体系的原位载荷加载装置，其特征在于，所述基座包括底板、铰支座、立柱连接板和立柱；底板的四个端角处均固定有铰支座，底板的中部开有螺纹孔；底板的一端沿短边方向间隔设有两个立柱，立柱的自由端具有安装孔；立柱连接板套装在两个立柱的自由端。

4.根据权利要求3所述的用于电化学体系的原位载荷加载装置，其特征在于，所述导轨位置调整机构包括摆杆、L型连接板、摇杆和座板；座板一端的两侧分别与各自的摇杆的一端铰接，两个摇杆的另一端分别与底板一端的两个铰支座铰接；座板另一端的两侧分别与各自的摆杆的一端铰接，两个摆杆的另一端分别与底板另一端的两个铰支座铰接；L型连接板的竖直面与座板铰接摆杆的一端固连，L型连接板的水平面能够与底板的螺纹孔连接。

5.根据权利要求4所述的用于电化学体系的原位载荷加载装置，其特征在于，所述导轨位置调整机构还包括手柄，座板一侧的两端分别固定有手柄。

6.根据权利要求4所述的用于电化学体系的原位载荷加载装置，其特征在于，所述导轨机构包括导轨、一号架板、一号锁紧板和二号架板；二号架板固定在座板的侧面，且位于座板与摆杆铰接的一端；二号架板上间隔固定有两个平行于座板的导轨，一号架板套装在两个导轨的自由端；导轨靠近自由端的位置开有安装孔；一号锁紧板套装在两个导轨上，且靠近二号架板。

7.根据权利要求6所述的用于电化学体系的原位载荷加载装置，其特征在于，所述载荷施加机构还包括定位套、丝杠螺母、二号锁紧板、滑板和连接轴；

所述二号锁紧板和滑板均安装在两个导轨上，滑板位于二号锁紧板与一号锁紧板之间；螺旋测微仪固定在一号锁紧板上，丝杠螺母滑动安装在螺旋测微仪的调节柱上，丝杠螺母同时与滑板固连；压力传感器的两端分别与二号锁紧板和滑板固连；定位套的一端与二号锁紧板固连，另一端与导电下拉杆的一端固连；导电下拉杆的另一端从池体的底部伸入池体内，用于夹持待测试工件的下端；导电下拉杆穿过池体的位置通过密封塞密封；陶瓷促动器固定在一号架板的中部，上拉杆的一端螺纹连接在陶瓷促动器的作用端上，另一端穿过池体盖伸入池体本体内，用于夹持待测试工件的上端。

8.根据权利要求7所述的用于电化学体系的原位载荷加载装置，其特征在于，所述定位套的侧面开有螺纹孔，导电螺柱安装在定位套的螺纹孔内；导电螺柱位于定位套内的一端与导电下拉杆紧密固定，位于定位套外的一端安装有工作电极。

9.根据权利要求7所述的用于电化学体系的原位载荷加载装置，其特征在于，所述导电下拉杆的中部侧面开有与导电螺柱配合的环形凹槽，导电螺柱的端部与环形凹槽紧密接触。

10.根据权利要求1所述的用于电化学体系的原位载荷加载装置，其特征在于，所述下拉杆的端部通过锁紧螺母设有用于夹持待测试工件的压片，通过旋转锁紧螺母实现待测试工件的夹紧与松开。

Images