一种多功能腐蚀磨损实验装置的制作方法

本实用新型涉及一种磨损实验装置，特别涉及用于测试一种材料耐磨蚀性能的实验，具体是一种腐蚀与磨损共同作用下的腐蚀磨损实验装置。

背景技术：

腐蚀磨损是金属材料在腐蚀介质中磨损造成材料流失量增大的复杂过程，是力学因素、化学因素、电化学因素共同作用的结果。腐蚀与磨损的共同作用会产生复杂的反应促使金属材料失效，直接影响材料使用性能和寿命，造成经济损失、资源浪费，严重时还会导致大型安全事故的发生。例如海洋工程用船中的一些关键零部件(螺旋桨、泵、阀等)直接暴露于海水中，长期受到海水的冲刷、腐蚀以及零部件之间的相互磨损，使零部件提前失效，因此对金属材料进行腐蚀磨损性能测试以降低材料流失量显得尤为重要。腐蚀磨损性能测试具体涉及金属材料的力学、电化学因素，腐蚀磨损设备不仅要对摩擦副的接触形式和力学参数进行调节，而且对腐蚀参数也要进行监测。目前国内外研制出的腐蚀磨损实验设备很多，但是大多数是以测量电化学参数或力学参数为主的专业设备，缺乏电化学腐蚀与磨损共同作用的研究，存在实验条件不稳定、结果不准确、试样拆卸不便的问题，无法反映金属材料服役过程中的真实情况。

因此，设计一种能够应用于腐蚀与磨损共同作用下的腐蚀磨损装置应运而生，对于研究金属材料腐蚀磨损机理、预测金属寿命具有重要的意义。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种多功能腐蚀磨损实验装置。其技术解决方案是：

一种多功能腐蚀磨损实验装置，包括主轴驱动系统、速度测量系统、力测量系统、力加载系统、电化学测试系统与机架，其特征在于：

所述机架包括3根支撑杆、1根导向杆、支撑板、实验台、基座、防护罩、支撑臂，支撑板通过支撑杆安装在基座上，支撑板设有4个通孔，3个支撑杆和1个导向杆两端分别设置有外螺纹和锁紧螺母，并分别与支撑板滑动连接。支撑臂固定安装在实验台后侧，支撑板和基座四周安装防护罩，防止外界因素对实验造成影响。

所述主轴驱动系统安装在支撑臂内壳中，包括三相异步电动机、联轴器、圆锥滚子 轴承、轴承座、小圆锥齿轮、大圆锥齿轮、主轴、销盘夹头，三相异步电动机通过螺栓卧式安装在支撑臂内壳中，三相异步电动机主轴通过联轴器与输出轴相连接，输出轴由轴承支座支撑与小圆锥齿轮连接，小圆锥齿轮与大圆锥齿轮啮合，大圆锥齿轮与主轴键连接，销盘夹头由固定夹盘和压紧夹盘两部分组成，试样销均匀固定在固定夹盘的3个销孔内，固定夹盘和压紧夹盘通过3个内六角螺钉相连接以实现试样销的轴向定位，销盘夹头通过螺纹副固定在主轴下端。

所述速度测量系统位于主轴驱动系统一侧，包括磁电传感器、发讯盘，磁电传感器设置安装在支撑臂上，发讯盘设置在主轴上部。

所述力测量系统固定于支撑板上，包括电解液槽、纽扣式测力传感器，电解液槽由防腐蚀、不导电、强度极大的PEEK材料制成，经定位销固定于支撑板上，电解液槽中心设置凹槽，凹槽中心设有导线孔，试样安装在凹槽内并用4个弹簧压片和压紧螺钉固定，试样下面垫有密封圈；纽扣式测力传感器放置在试样下面，触头紧贴试样下表面，外面设置保护壳。

所述力加载系统位于基座上，包括伺服电机、联轴器、圆锥滚子轴承、轴承座、大圆锥齿轮、小圆锥齿轮、止推轴承、丝杠，伺服电机安装在基座上，伺服电机主轴通过联轴器与输出轴相连接，输出轴与小圆锥齿轮相连接，输出轴由轴承座支撑，小圆锥齿轮与大圆锥齿轮啮合，大圆锥齿轮与丝杠键连接，止推轴承和圆锥滚子轴承设置在丝杠下端。

所述电化学测试系统固定在支撑板上，包括试样、Ag-AgCl参比电极、碳棒辅助电极、电化学工作站、PC机，试样下面压放导线头，工作电极的导线沿着导线孔连接到电化学工作站，Ag-AgCl参比电极和碳棒通过导线与电化学工作站连接，电化学工作站与PC机相连接，构成电化学测试系统进行电化学测试。

本实用新型的有益技术效果是：电化学腐蚀测试与磨损测试能同时进行，可以进行连续加载和多级调速，能够模拟不同试样、不同电解质溶液下的腐蚀磨损情况，测量结果准确，且试样拆卸方便，极大地提高了工作效率。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步说明：

图1是本实用新型的整体结构示意图；

图2是电解液槽结构示意图；

图3是速度测量系统结构示意图；

图4是销盘夹头结构示意图；

图5是力加载系统结构示意图；

图中：1.实验台、2.基座、3.丝杠、4.导向杆、5.防护罩、6.电解液槽、7.支撑板、8.纽扣式测力传感器、9.碳棒辅助电极、10.试样、11.销盘夹头、12.主轴、13.发讯盘、14.磁电传感器、15.大圆锥齿轮、16.小圆锥齿轮、17.三相异步电动机、18.联轴器、19.圆锥滚子轴承、20.轴承座、21.圆锥滚子轴承、22.Ag-AgCl参比电极、23.支撑臂、24.支撑杆、25.大圆锥齿轮、26.圆锥滚子轴承、27.电化学工作站、28.PC机、29.定位销孔、30.密封圈、31.弹簧垫片、32.压紧螺钉、33.内六角螺、34.压紧夹盘、35.定位销、36.固定夹盘、37.试样销、38.止推轴承、39.轴承座、40.圆锥滚子轴承、41.联轴器、42.伺服电机、43.小圆锥齿轮。

具体实施方式

结合附图，一种多功能腐蚀磨损实验装置，包括主轴驱动系统、速度测量系统、力测量系统、力加载系统、电化学测试系统与机架。

主轴驱动系统安装在支撑臂23内壳中，包括三相异步电动机17、联轴器18、圆锥滚子轴承19、圆锥滚子轴承21、轴承座20、大圆锥齿轮15、小圆锥齿轮16、主轴12、销盘夹头11。三相异步电动机17型号YVF280M1-4,额定功率P＝0.55kW，额定转矩3.5N·m，同步转速1500r/min，电机轴直径为19mm，电动机与变频器组成机电一体化变频调速系统，从而达到低频恒转矩运行及高频恒功率运行，可广泛应用于要求低频恒转矩、高频恒功率的各种传动机械，具有良好的调速性能和显著的节能。三相异步电动机17通过螺栓卧式固定安装在支撑臂23内壳，三相异步电动机主轴通过联轴器18与输出轴相连接，输出轴与圆锥滚子轴承19过渡配合，输出轴由轴承支座20支撑与小圆锥齿轮16连接以保证稳定性，小圆锥齿轮16与大圆锥齿轮15啮合，主轴12上设置有键槽，大圆锥齿轮15与主轴12键连接。销盘夹头11设置在主轴12下端，通过螺纹副与主轴12相连，由固定夹盘36和压紧夹盘34两部分组成，固定夹盘36周围均匀设置3个销孔，试样销37固定设置在3个销孔内，压紧夹盘34上设有定位销35，固定夹盘36和压紧夹盘34通过3个内六角螺钉33相连接以实现试样销37的轴向定位。

速度测量系统位于主轴驱动系统一侧，包括磁电传感器14、发讯盘13。磁电传感器14设置安装在支撑臂23上，发讯盘13设置在主轴12上部，随主轴12一起旋转，旋转一圈发一次信号，磁电传感器14将接受发来的信号，将转速转换为数字量。

力测量系统固定于支撑板7上，包括电解液槽6、纽扣式测力传感器8。电解液槽6由防腐蚀、不导电、强度极大的PEEK材料制成，电解液槽6底端均匀设置有3个定位销孔29，通过定位销固定于支撑板7上，电解液槽6中心设有凹槽，凹槽中心设有导线孔，试样10安装在凹槽内，并用4个弹簧压片31和压紧螺钉32固定，试样10下面垫有密封圈30， 纽扣式测力传感器8安装在试样10下面以测量摩擦副的法向载荷，触头紧贴试样10下表面。导线头压放在试样10下面，导线从导线孔穿出，与电化学工作站27连接，电解液槽6左侧设置Ag-AgCl参比电极22右侧靠近试样10处碳棒辅助电极9通过导线分别与电化学工作站27相连接，电化学工作站27与PC机28相连接，构成电化学测试系统进行电化学测试。

力加载系统位于基座2上包括伺服电机42、联轴器41、圆锥滚子轴承26、圆锥滚子轴承40、轴承座39、大圆锥齿轮25、小圆锥齿轮43、止推轴承38、丝杠3。伺服电机42固定安装在基座2上，伺服电机42主轴通过联轴器41与输出轴相连接，输出轴与圆锥滚子齿轮40过渡配合，输出轴与小圆锥齿轮43相连，输出轴由轴承座39支撑，小圆锥齿轮43与大圆锥齿轮25啮合，大圆锥齿轮25与丝杠3键连接，止推轴承38和圆锥滚子轴承26设置在丝杠3下端，起到承受载荷的作用。

机架包括3根支撑杆24、1根导向杆4、支撑板7、实验台1、基座2、防护罩5、支撑臂23。支撑杆24和导向杆4两端分别设置有外螺纹和锁紧螺母，锁紧螺母起轴向限位作用，3个支撑杆24和1个导线杆4固定在基座2上，穿过设置在支撑板7的四个通孔，支撑杆24和导向杆4分别与支撑板7滑动连接实现轴向滑移,支撑板7和基座2四周安装防护罩5，防止外界因素对实验造成影响，支撑臂23固定安装在实验台1后侧。

本实用新型中，用户将电解液槽降低到最低位置，将达到实验要求的试样安放在电解液槽中央的凹槽内，用弹簧压片和压紧螺钉固定，工作电极的导线沿着导线孔连接到电化学工作站，Ag-AgCl参比电极和碳棒辅助电极分别与电化学工作站连接。往电解液槽中倒入电解质溶液直至覆盖试样表面，将陶瓷销与主轴连接牢固，启动力加载系统，丝杠驱动整个电解液槽向上移动，直至试样与销头夹盘接触。预先设定实验进行时间和力值，当力测量系统检测到所加载的力与设定值相等时，将停止加载。启动主轴驱动系统，销盘夹头带动陶瓷销以预先设定好的摩擦速度均匀划擦试样表面，与电化学工作站连接的PC机将显示电化学曲线，速度测量系统的测速传感器用于检测摩擦副的旋转速度。实验结束后，排出电解质溶液，启动力加载系统进行卸载，电解液槽移至最低位置后，拆卸试样，将试样用丙酮清洗后干燥，用扫描电子显微镜观察试样形貌。

需要说明的是，在本说明书的指导下，本技术领域的技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的任何等同替代方式，或明显变形方式，均应在本实用新型的保护范围之内。