专利名称：一种高温磨粒磨损测试装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种高温磨粒磨损测试装置，利用磨粒磨损和高温氧化 的共同作用的原理来测量涂层耐高温磨蚀的性能，属于材料磨损、腐蚀和防 护技术领域. 背景技术材料的磨蚀与防护始终是人们重点研究的领域。在冶金、电力、矿山、 建材和化工等工业领域，由于材料的磨损和腐蚀，每年都会造成巨额的浪费 和损,^甚至会造成设备的毁坏和人员的伤亡。因此，提高材料的耐磨蚀性 能就成为人们极为关注和急需要解决的问题。提高材料耐磨蚀的方法很多，其中采用热喷涂技术在零件或工件表面制 备一层耐磨蚀的涂层是目前采用最多、最经济和最有效的方法之一。热喷涂 涂层耐磨蚀性能的好与坏，直接影响到零件或工件的使用寿命。涂层耐磨蚀 性能的提高和新型热喷涂涂层的研发，都需要有更好的、更实用的测试手段 和方法。目前，国内外见诸于报道的高温磨粒磨损(包括高温冲蚀)方法也有多 种，但是对于热喷涂涂层的髙温磨蚀性能的测试而言，目前应用较多的是GW/CS7MS型高温冲蚀试验方法。高温冲蚀试验方法是用压縮空气将磨砂带进 电阻炉中，利用磨砂对待测的试样表面进行冲击，通过测量试件受冲蚀后的 失重来评价涂层耐磨蚀性能的一种方法，其应用的装置如图1所示。但这种 方法存在以下不足1)被测试件为长方体，六个表面中仅有一个表面为喷有 涂层的测试面，而其它表面会因高温氧化而产生增重，对测试结果的准确性 造成较大的影响；2)为了减少测量的误差，该方法在测试前要对长方体试样 的六个表面进行表面渗铝处理，因此试样的制备比较复杂；3)电阻炉容积不 大，进入电阻炉的磨砂没有出口，因此测量时间太短，仅有15分钟，这不仅
与实际的磨蚀工况有较大的区别，也影响测量结果的准确性；4)测量结果的 准确性还取决于冲击试样磨砂的流量和流速，该方法磨砂的流量和流速的稳 定性也还存在一定的问题；5)测试中高速运动的磨砂产生的散射，也会与长 方体试样的非测试表面产生冲撞，这也会给测量结果的准确性带来影响。因 此，研究和开发更适合热喷涂涂层实际应用工况的，能更准确、更科学测量 和评价涂层性能的新型高温磨粒磨损测试装置和方法是很有必要的。实用新型内容本实用新型的目的是为了解决热喷涂涂层(包括其它涂层)在高温条件 下耐磨粒磨损性能的测试和评价问题，为测试和评价热喷涂涂层的高温耐磨 蚀性能提供测新型试装置。为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案。本装置主要包括有与 可控硅温度控制器17相连接的电阻炉1和固定在电阻炉1上的两根升降柱6。其 中，两根升降柱6的上方通过横梁8固定连接，横梁8与电阻炉1之间设置有一 能够^着两根升降柱6上下移动的升降平台13，升降平台13上固定有电机和减 速器ll，减速器ll输出轴向下，并通过联轴器7与旋转搅拌拨叉12连接。横梁 8上方有一升降摇柄10，升降摇柄10下方有一丝杠9，丝杠9与升降平台13连接。 电阻炉1的炉膛中设置有研磨罐2，研磨罐2上方设置有保温盖14，热电偶15和 旋转搅拌拨叉12穿过保温盖14伸入研磨罐2内。研磨罐2内放有球形试样3和磨 砂16，在球形试样3的上方放置有载荷块4，载荷块4的中心孔套在旋转搅拌拨 叉12的轴上，载荷块4和研磨罐2的内壁之间留有间隙。所述的载荷快4的数量大于等于1。测试时，磨粒磨损的载荷可以由同等 质量的多个载荷块4叠加而成，载荷块4的中心孔套在旋转搅拌拨叉12的轴 上，载荷块4放置在球形试样3的上方，改变载荷块4的质量可以调节磨砂 与球形试件3表面相互作用应力的大小。所述的磨砂16采用高硬度、粗颗粒、耐高温的棕刚玉磨砂或碳化硅磨砂。
利用本装置进行测试，具体操作步骤如下1) 首先旋转升降摇柄IO，将电机和减速器ll升到系统的上方，将磨砂16放入研磨罐2内，盖上保温盖14，然后打开电阻炉l的控制电源，通过控制器17将电阻炉1加热到所预定的测试温度；2) 待电阻炉l升到所预定的温度后，打开炉膛，将球形试样3放入研磨罐2内；3) 将旋转搅拌拨叉12放入研磨罐2内，并将载荷块4置于球形试样3的上 方，然后合上保温盖14;4) 旋转升降摇柄IO，使电机和减速器ll向下运动，并通过联轴器7将减 速器和旋转搅拌拨叉12进行连接；5) 继续给电阻炉1加热，待电阻炉l温度升到所预定温度后接通电机电源，旋转搅拌拨叉12转动，开始计时；6) 当到达测试所设定的时间后，关闭电阻炉l电源和电机ll电源，松开 旋转搅拌拨叉12和减速器的连轴器，旋转升降摇柄10将电机和减速器11升至 系统最上方，打开保温盖14，先取出旋转搅拌拨叉12和载荷块4，然后取出球 形试样3在空气中冷却，待炉温冷却后将研磨罐2内的磨砂取出，关闭电阻炉 保温盖14;7) 待球形试样3冷却后，去除其表面的杂质，然后称量试样质量和测量 试样的直径，然后进行磨损量的计算。球形试样3是按如下步骤进行制备的1) 采用轴承钢球作为基体材料，对轴承钢球进行退火处理；2) 对轴承钢球钻一孔，对轴承钢球表面进行喷砂处理，使长杆螺栓19的 一端与轴承钢球上的孔固定连接，另一端与第二电机和减速器18的轴相连接， 轴承钢球能够在长杆螺栓19的支撑下旋转，对喷砂处理后的钢球表面进行热喷涂；3)然后用螺栓对球形试样3的孔进行封孔，并对封孔处表面涂层补喷，
最后制备完成球形试样3。高温磨粒磨损测试方法的基本原理表面覆有涂层的球形试样，在高温 氧化气氛和压应力的条件下对硬质颗粒进行碾压，利用硬质颗粒对试件表面 的切削、撞击和摩擦作用，使表面材料造成磨耗，通过计算试件表面单位面 积的失重量来评价涂层的耐磨蚀性能，如图6所示。本实用新型的优点在于测试试样为表面覆有涂层的球形试样，测试中 可以任意改变磨粒磨损的测试温度、应力和时间；设备操作简单、实用；测 试数据准确、重复性好。本实用新型适合各种热喷涂涂层和其他各类涂层的 高温磨粒磨损试验，也可以对各类材料(球形试样)进行耐磨粒磨损性能的 评价。
图1为GW/CS-MS高温冲蚀测试装置示意图图2为覆有涂层的球状试样的示意图图3为球形试样t几械加工结构示意图图4为球型式样热喷涂过程示意图图5为高温磨粒磨损测试装置的示意图图6为高温磨粒磨损测试原理图中1、电阻炉，2、研磨罐，3、球形试样，4、载荷块，5、滑动套，6、 升降柱，7、联轴器，8、橫梁，9、丝杠，10、升降摇柄，11、电机和减速器， 12、旋转搅拌拨叉，13、升降平台，14、保温盖，15、热电偶，16、磨砂， 17、控制器；18、第二电机和减速器，19、长杆螺栓，20、涂层，21、喷涂 枪，22、基材，23、封孔螺栓，24、砂量调节杆，25、砂斗，26、进砂管， 27、第二电阻炉，28、砂气混合室，29、排气管，30、长方体试样，31、载 气预热管，32， 33、第二热电偶，34、喷管。
具体实施方式
下面结合图2 图5详细说明本实用新型的实施例。本实施例主要包括有电阻炉1，电阻炉1与可控硅温度控制器17相连接。 电阻炉1上固定有两根升降柱6，两根升降柱6的上方被一个橫梁8所连接固 定。横梁8与电阻炉1之间设置有升降平台13，升降平台13通过滑动套5与 升降柱6连接，能够沿着两根升降柱6上下移动。升降平台13上固定有电机 和减速器ll，减速器ll输出轴向下，并通过联轴器7与旋转搅拌拨叉12连 接。横梁8上方有一升降摇柄10，升降摇柄10下方有一丝杠9，丝杠9与升 降平台13连接。电阻炉1的炉膛中设置有研磨罐2，研磨罐2上方设置有保 温盖.14，热电偶15和旋转搅拌拨叉12穿过保温盖i4伸入研磨罐2内。研磨 罐2内放有球形试样3和磨砂16，在球形试样3的上方设置有载荷块4，载 荷块4'的中心孔套在旋转搅拌拨叉12的轴上，载荷块4和研磨罐2的内壁之 间留有5mm的间隙。本实施例中在球形试样3的上方放置有两块载荷块4。磨 砂16采用高硬度、粗颗粒、耐高温的棕刚玉磨砂或碳化硅磨砂。 该高温磨粒磨损测试装置性能指标1) 测试温度室温 1100。C。2) 单次最长测试时间5小时。3) 压力载荷0 20N/试样。4) 试样尺寸半径R-12.5mm。球形试样的制备如下-1) 将G15轴承钢球进行700'C X lh的退火处理；2) 对轴承钢球钻一M4的孔，如图3所示；3) 对轴承钢球表面进行喷砂处理；4) 使长杆螺栓19的一端与轴承钢球上的孔固定连接，另一端与第二电 机和减速器18的轴相连接，轴承钢球能够在长杆螺栓19的支撑下旋转；5) 对喷砂处理后的钢球表面进行热喷涂(见图4);
6>用M4螺栓对球形试样进行封孔，并对封孔处表面涂层补喷； 7)测量热喷涂后钢球的质量和表面积。本实施例中的高温磨粒磨损测试过程如下1) 首先旋转升降摇柄IO，将电机和减速器ll升到系统的上方，将磨砂16 放入研磨罐2内，盖上保温盖14,然后打开电阻炉控制器17的电源，通过控制器17将电阻炉1加热到所预定的温度；2) 待电阻炉l升到所预定的温度后，打开炉膛，将三个球形试样3放入研磨罐2内；3) 将旋转拨叉12放入研磨罐2内，并将载荷块4置于球形试样3之上，然后合上保温盖14;4) 旋转升降摇柄IO，使电机和减速器ll向下运动，并通过联轴器7将减速器和旋转搅拌拨叉12进行连接；5) 继续给电阻炉l加热，待电阻炉l温度升到所预定温度后接通电机电源，旋转缚拌拨叉12转动，高温磨粒磨损试验开始并计时；6) 当到达测试所设定的时间后，关闭电阻炉电源和电机电源，松开旋转 拨叉12和减速器的联轴器7，旋转升降摇柄10将电机和减速器升至系统最上 方，打开保温盖14，先取出旋转拨叉12和载荷块4，然后取出球形试样3在空 气中冷却，待炉温冷却后将研磨罐2内的磨砂取出，关闭电阻炉保温盖14。7) 待试样冷却后，去除其表面的杂质，然后称量试样质量和测量试样的 直径。8) 测试结果的处理测量式样磨损试验前后的重量和表面积，计算涂层的磨损量。计算公式
上式中w为单位面积磨损量；nu为覆有涂层的球形试样的原始质量；恥为 覆有涂层的球形试样磨损试验后的质量；S为覆有涂层的球形试样的表面积。
权利要求1、一种高温磨粒磨损测试装置，其特征在于主要包括有与可控硅温度控制器(17)相连接的电阻炉(1)和固定在电阻炉(1)上的两根升降柱(6)；其中，两根升降柱(6)的上方通过横梁(8)固定连接，横梁(8)与电阻炉(1)之间设置有能够沿着两根升降柱(6)上下移动的升降平台(13)，升降平台(13)上固定有电机和减速器(11)，减速器输出轴向下，并通过联轴器(7)与旋转搅拌拨叉(12)连接；横梁(8)上方设置有一升降摇柄(10)，升降摇柄(10)下方有一丝杠(9)，丝杠(9)与升降平台(13)连接；电阻炉(1)的炉膛中设置有研磨罐(2)，研磨罐(2)的上端设置有保温盖(14)，热电偶(15)和旋转搅拌拨叉(12)穿过保温盖(14)伸入研磨罐(2)内；研磨罐(2)内放有球形试样(3)和磨砂(16)，在球形试样(3)的上方放置有载荷块(4)，载荷块(4)的中心孔套在旋转搅拌拨叉(12)的轴上，载荷块(4)和研磨罐(2)的内壁之间留有间隙。
2、 根据权利要求1所述的一种髙温磨粒磨损测试装置，其特征在于所述的 载荷块(4)的数量大于等于l。
3、 根据权利要求1所述的一种高温磨粒磨损测试装置，其特征在于所述的 磨砂(16)为棕刚玉磨砂或碳化硅磨砂。
专利摘要本实用新型是一种高温磨粒磨损测试装置，属于材料磨损、腐蚀和防护技术领域。主要包括有电阻炉(1)和升降柱(6)。升降柱(6)的上方通过横梁(8)固定连接，横梁(8)与电阻炉(1)之间设置有升降平台(13)，升降平台(13)上固定有电机和减速器(11)，横梁(8)上方设置有一升降摇柄(10)，升降摇柄(10)下方有一丝杠(9)，丝杠(9)与升降平台(13)连接。电阻炉(1)的炉膛中设置有研磨罐(2)，研磨罐(2)内放有球形试样(3)和磨砂(16)，在球形试样(3)的上方放置有载荷块(4)。本实用新型可以任意改变磨粒磨损的测试温度、应力和时间，并且设备操作简单、实用、测试数据准确、重复性好。
文档编号G01N19/04GK201034923SQ20072014909
公开日2008年3月12日 申请日期2007年5月11日 优先权日2007年5月11日
发明者任春岭, 周新建, 红 李, 李国栋, 栗卓新, 琪 魏 申请人:北京工业大学