本實用新型涉及摩擦電化學(xué)測試技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種旋轉(zhuǎn)式摩擦電化學(xué)測試裝置。

背景技術(shù)：

隨著科技的發(fā)展，人類探索的腳步遍及陸地、海洋和太空，材料服役的環(huán)境越來越苛刻，對材料性能的要求越來越高。其中，材料的磨蝕性能是影響材料服役壽命的重要性能之一，涉及石油、化工、電子、機械、建筑、冶金、海洋等領(lǐng)域。因此研究材料的磨蝕性能顯得十分必要，然而傳統(tǒng)的測試手段只能單一地測試材料的電化學(xué)性能或摩擦磨損性能。專利CN202403993U(周芳，陳燕軍，巖雨，喬利杰，一種摩擦磨損性能及腐蝕電化學(xué)測試裝置)提供了一種能夠同步測量材料摩擦磨損性能和電化學(xué)性能的測試裝置，但是該裝置只適用于往復(fù)式摩擦磨損。專利CN105784525A(郭巖寶，譚海，王德國，劉書海，旋轉(zhuǎn)式多接觸方式腐蝕磨損試驗裝置)中提到了一種旋轉(zhuǎn)式磨蝕試驗裝置，該裝置中作為摩擦磨損試樣的工作電極處于靜止?fàn)顟B(tài)，加載系統(tǒng)從工作電極下表面向上施加載荷，同時電機驅(qū)動對磨試樣在工作電極表面旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)摩擦。腐蝕介質(zhì)在工作電極表面的流動需依靠蠕動泵帶動，且該裝置不能獲得材料在摩擦磨損過程中的摩擦系數(shù)等摩擦學(xué)相關(guān)數(shù)據(jù)。而本實用新型中摩擦磨損試驗機驅(qū)動作為摩擦磨損試樣的工作電極旋轉(zhuǎn)，腐蝕介質(zhì)隨之形成單向流動，加載系統(tǒng)從工作電極上表面向下施加載荷，相應(yīng)的載荷直接作用在工作電極表面，而且能夠同步采集摩擦系數(shù)等摩擦學(xué)相關(guān)數(shù)據(jù)和電化學(xué)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對材料的旋轉(zhuǎn)摩擦磨損性能和電化學(xué)性能的原位研究。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種旋轉(zhuǎn)式摩擦電化學(xué)測試裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)對材料的摩擦磨損性能和電化學(xué)性能的原位測量，研究材料在不同電化學(xué)測試條件下的摩擦磨損行為。同時，本實用新型裝置可以通過導(dǎo)電滑環(huán)，將旋轉(zhuǎn)摩擦磨損的工作電極的電化學(xué)信號高質(zhì)量的傳遞到電化學(xué)工作站。也可以模擬低含氧環(huán)境下的摩擦電化學(xué)行為，同時采用絕緣材料，避免了外界噪音對電化學(xué)信號的干擾，提高了測試過程中電化學(xué)信號的信噪比。

該裝置包括摩擦磨損試驗機、電化學(xué)測試系統(tǒng)、摩擦電化學(xué)反應(yīng)槽、夾具及傳動機構(gòu)；其中，摩擦磨損試驗機包括摩擦磨損試驗機旋轉(zhuǎn)臺、加載桿、摩擦系數(shù)測試系統(tǒng)、磨頭和磨球，電化學(xué)測試系統(tǒng)包括電化學(xué)工作站、工作電極、參比電極、輔助電極、除氧系統(tǒng)、導(dǎo)電滑環(huán)和玻璃魯金毛細(xì)管，除氧系統(tǒng)包括玻璃導(dǎo)管、橡膠導(dǎo)管和氮氣瓶，導(dǎo)電滑環(huán)包括滑環(huán)定子、滑環(huán)定子出線、滑環(huán)轉(zhuǎn)子和滑環(huán)轉(zhuǎn)子出線，摩擦電化學(xué)反應(yīng)槽包括電解槽和電解槽端蓋，夾具及傳動機構(gòu)包括底座、底座傳動軸、電解槽卡具和卡具傳動軸；

底座上設(shè)置底座沉孔，使用螺釘通過底座沉孔將底座固定在摩擦磨損試驗機旋轉(zhuǎn)臺上，底座上部連接底座傳動軸，卡具傳動軸旋合在底座傳動軸外側(cè)，滑環(huán)定子引出滑環(huán)定子出線，滑環(huán)轉(zhuǎn)子與滑環(huán)定子配合，滑環(huán)轉(zhuǎn)子引出滑環(huán)轉(zhuǎn)子出線，電解槽卡具與底座通過底座傳動軸和卡具傳動軸螺紋連接，滑環(huán)定子和滑環(huán)轉(zhuǎn)子安裝在電解槽卡具下端的卡具傳動軸上，滑環(huán)定子出線、參比電極導(dǎo)線和輔助電極導(dǎo)線分別連接到電化學(xué)工作站，電解槽與電解槽端蓋通過端蓋緊固螺釘連接，電解槽與下方的電解槽卡具通過緊定螺釘連接；工作電極安置于電解槽中心底部的工作電極槽內(nèi)，輔助電極、玻璃魯金毛細(xì)管和玻璃導(dǎo)管通過支架懸掛于工作電極上方，導(dǎo)線牽引管安置于電解槽側(cè)壁牽引孔一和電解槽端蓋牽引孔二中，工作電極導(dǎo)線通過電解槽中導(dǎo)線牽引槽和導(dǎo)線牽引管與滑環(huán)轉(zhuǎn)子出線相連；參比電極安置于玻璃魯金毛細(xì)管中，玻璃導(dǎo)管通過橡膠導(dǎo)管與氮氣瓶相連；磨球位于磨頭下端，磨頭上部連接加載桿，磨球與工作電極接觸，滑環(huán)定子通過滑環(huán)止轉(zhuǎn)片和止轉(zhuǎn)螺釘與滑環(huán)固定座相連。

其中，電解槽、導(dǎo)線牽引管、磨球和磨頭均采用絕緣材料制成；導(dǎo)線牽引管為硅膠管。

電解槽卡具包括卡具傳動軸、卡具沉孔、底部通孔、側(cè)面通孔、導(dǎo)線槽和側(cè)面螺孔。

導(dǎo)電滑環(huán)的滑環(huán)轉(zhuǎn)子出線通過電解槽卡具底部通孔、導(dǎo)線槽和側(cè)面通孔與工作電極導(dǎo)線相連。

滑環(huán)定子出線與電化學(xué)工作站的WE端相連，輔助電極導(dǎo)線和參比電極導(dǎo)線分別與電化學(xué)工作站的CE端口和RE端口相連。

測試時，測試溶液浸沒工作電極和輔助電極，同時，測試溶液浸沒玻璃魯金毛細(xì)管的下端和玻璃導(dǎo)管的下端。

玻璃魯金毛細(xì)管下端距離工作電極上表面的距離小于2mm；輔助電極的下端距離工作電極上表面的距離小于3mm。

電解槽內(nèi)盛有測試溶液。

摩擦磨損試驗機摩擦副對偶方式為球盤式。

工作電極槽兩側(cè)留有取樣口。

本實用新型的上述技術(shù)方案的有益效果如下：

該裝置結(jié)構(gòu)簡單，裝卸方便，可靠性好，運行平穩(wěn)，測試溶液不會滲漏、飛濺，可以實現(xiàn)對材料的旋轉(zhuǎn)式摩擦磨損性能和電化學(xué)性能同步測量，研究腐蝕與磨損的交互作用。可以研究材料在腐蝕介質(zhì)中的摩擦磨損行為與電極電位和電流的關(guān)系，以及外加電位和電流對材料摩擦磨損行為的影響，可以研究材料表面氧化膜、涂層、鍍層以及其它表面改性膜的摩擦電化學(xué)行為。

附圖說明

圖1為本實用新型的旋轉(zhuǎn)式摩擦電化學(xué)測試裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型的旋轉(zhuǎn)式摩擦電化學(xué)測試裝置夾具及傳動機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實用新型的旋轉(zhuǎn)式摩擦電化學(xué)測試裝置電解槽結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本實用新型的旋轉(zhuǎn)式摩擦電化學(xué)測試裝置電解槽端蓋結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：1—旋轉(zhuǎn)臺，2—底座，3—底座傳動軸，4—卡具傳動軸，5—滑環(huán)定子，6—滑環(huán)固定座，7—滑環(huán)定子出線，8—滑環(huán)轉(zhuǎn)子，9—滑環(huán)轉(zhuǎn)子出線，10—電解槽卡具，11—電化學(xué)工作站，12—工作電極，13—工作電極導(dǎo)線，14—電解槽端蓋，15—導(dǎo)線牽引管，16—參比電極導(dǎo)線，17—玻璃魯金毛細(xì)管，18—參比電極，19—磨球，20—磨頭，21—加載桿，22—輔助電極導(dǎo)線，23—輔助電極，24—玻璃導(dǎo)管，25—橡膠導(dǎo)管，26—端蓋緊固螺釘，27—電解槽，28—緊定螺釘，29—氮氣瓶，30—滑環(huán)止轉(zhuǎn)片，31—止轉(zhuǎn)螺釘，32—螺釘，33—底座沉孔，34—側(cè)面螺孔，35—底部通孔，36—側(cè)面通孔，37—導(dǎo)線槽，38—卡具沉孔，39—工作電極槽，40—牽引孔一，41—導(dǎo)線牽引槽，42—取樣口，43—螺孔一，44—牽引孔二，45—螺孔二。

具體實施方式

為使本實用新型要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實施例進行詳細(xì)描述。

本實用新型提供一種旋轉(zhuǎn)式摩擦電化學(xué)測試裝置。

如圖1所示，該裝置包括摩擦磨損試驗機、電化學(xué)測試系統(tǒng)、摩擦電化學(xué)反應(yīng)槽、夾具及傳動機構(gòu)；

其中，摩擦磨損試驗機包括摩擦磨損試驗機旋轉(zhuǎn)臺1、加載桿21、摩擦系數(shù)測試系統(tǒng)、磨頭20和磨球19；

電化學(xué)測試系統(tǒng)包括電化學(xué)工作站11、工作電極12、參比電極18、輔助電極23、除氧系統(tǒng)、導(dǎo)電滑環(huán)和玻璃魯金毛細(xì)管17，導(dǎo)電滑環(huán)包括滑環(huán)定子5、滑環(huán)定子出線7、滑環(huán)轉(zhuǎn)子8和滑環(huán)轉(zhuǎn)子出線9，滑環(huán)定子5通過滑環(huán)止轉(zhuǎn)片30和止轉(zhuǎn)螺釘31與滑環(huán)固定座6相連，測試時，滑環(huán)轉(zhuǎn)子8隨電解槽卡具10同步旋轉(zhuǎn)，滑環(huán)定子5處于靜止?fàn)顟B(tài)，即滑環(huán)轉(zhuǎn)子8相對于滑環(huán)定子5旋轉(zhuǎn)，同時滑環(huán)定子5和滑環(huán)轉(zhuǎn)子8之間保持高導(dǎo)電性；

除氧系統(tǒng)包括玻璃導(dǎo)管24、橡膠導(dǎo)管25和氮氣瓶29；

如圖3所示，摩擦電化學(xué)反應(yīng)槽包括電解槽27和電解槽端蓋14，電解槽27與電解槽端蓋14通過端蓋緊固螺釘26連接，電解槽27內(nèi)盛有測試溶液，工作電極12安置于電解槽27中心底部的工作電極槽39內(nèi)，輔助電極23、玻璃魯金毛細(xì)管17和玻璃導(dǎo)管24通過支架懸掛于工作電極12上方，導(dǎo)線牽引管15安置于電解槽27側(cè)壁牽引孔一40和電解槽端蓋14牽引孔二44中，工作電極導(dǎo)線13通過電解槽27中導(dǎo)線牽引槽41和導(dǎo)線牽引管15與滑環(huán)轉(zhuǎn)子出線9相連；滑環(huán)定子出線7與電化學(xué)工作站11的WE端相連，輔助電極導(dǎo)線22和參比電極導(dǎo)線16分別與電化學(xué)工作站11的CE端口和RE端口相連；參比電極18安置于玻璃魯金毛細(xì)管17中，玻璃導(dǎo)管24通過橡膠導(dǎo)管25與氮氣瓶29相連；測試時，測試溶液浸沒工作電極12和輔助電極23，同時，測試溶液浸沒玻璃魯金毛細(xì)管17的下端和玻璃導(dǎo)管24的下端。如圖4所示，電解槽27及電解槽端蓋14上分別開有螺孔一43和螺孔二45。

如圖2所示，夾具及傳動機構(gòu)包括底座2、底座傳動軸3、電解槽卡具10和卡具傳動軸4；底座2上部連接底座傳動軸3，底座2上設(shè)置底座沉孔33，使用螺釘32通過底座沉孔33將底座2固定在摩擦磨損試驗機旋轉(zhuǎn)臺1上，電解槽卡具10與底座2通過底座傳動軸3和卡具傳動軸4螺紋連接，從而保證旋轉(zhuǎn)摩擦磨損過程中傳動的平穩(wěn)性，進而保證工作電極12表面形成均勻的磨痕，電解槽卡具10包括卡具傳動軸4、卡具沉孔38、底部通孔35、側(cè)面通孔36、導(dǎo)線槽37和側(cè)面螺孔34，滑環(huán)定子5和滑環(huán)轉(zhuǎn)子8安裝在電解槽卡具10下端的卡具傳動軸4上，保證了滑環(huán)轉(zhuǎn)子8隨電解槽卡具10和電解槽27同步旋轉(zhuǎn)，滑環(huán)轉(zhuǎn)子出線9通過電解槽卡具底部通孔35、導(dǎo)線槽37和側(cè)面通孔36與工作電極導(dǎo)線13相連；電解槽27安置于電解槽卡具10內(nèi)部，同時使用緊定螺釘28通過卡具側(cè)面螺孔34固定電解槽27，從而保證電解槽27在旋轉(zhuǎn)過程中相對于電解槽卡具10靜止。

電解槽27、導(dǎo)線牽引管15、磨球19和磨頭20均采用絕緣材料制成，以保證工作電極不會產(chǎn)生額外的電偶腐蝕；導(dǎo)線牽引管15為硅膠管，一方面起到絕緣作用，另一方面所述硅膠管能夠與牽引孔一40和牽引孔二44實現(xiàn)緊密配合，起到密封作用，防止測試溶液通過牽引孔飛濺出來。

玻璃魯金毛細(xì)管17下端距離工作電極12上表面的距離小于2mm；所述輔助電極23的下端距離工作電極12上表面的距離小于3mm。

該摩擦磨損試驗機摩擦副對偶方式為球盤式。

工作電極槽39兩側(cè)留有取樣口42。

該電化學(xué)測試系統(tǒng)可以將承受載荷的旋轉(zhuǎn)工作電極12的電化學(xué)信號高質(zhì)量的輸出到電化學(xué)工作站11的WE端，從而實現(xiàn)模擬大氣或者低氧含量下，對工作電極在旋轉(zhuǎn)摩擦磨損條件下的極化曲線、恒電位曲線、恒電流曲線等電化學(xué)測試。

在一個優(yōu)選實施方式中，摩擦電化學(xué)反應(yīng)槽底設(shè)有一個工作電極槽39，工作電極12背面引出一根工作電極導(dǎo)線13，使用PVC管包覆環(huán)氧樹脂，只露出工作表面，工作電極導(dǎo)線13、輔助電極導(dǎo)線22和參比電極導(dǎo)線16均采用包裹絕緣層的銅導(dǎo)線，從而實現(xiàn)密封、減小外界噪音干擾。

在一個優(yōu)選實施方式中，旋轉(zhuǎn)式摩擦磨損試驗機通過旋轉(zhuǎn)臺1帶動底座2、電解槽卡具10和電解槽27以設(shè)定速度旋轉(zhuǎn)，摩擦磨損試驗機加載系統(tǒng)對工作電極12表面施加載荷，實現(xiàn)對工作電極12在測試溶液中的摩擦磨損測試。

進一步工作電極12底部需打磨平整，工作電極12使用的PVC管外徑與工作電極槽39內(nèi)徑存在適度的過盈配合，使工作電極12在測試過程中保持穩(wěn)定。

在一個優(yōu)選實施方式中，電解槽卡具10使用螺釘通過卡具沉孔38與滑環(huán)轉(zhuǎn)子8相連，電解槽卡具10使用緊定螺釘28固定電解槽27，從而保證摩擦磨損試驗機旋轉(zhuǎn)臺1的扭矩能夠平穩(wěn)地傳遞到工作電極12，同時工作電極12在摩擦磨損過程中產(chǎn)生的電化學(xué)信號高質(zhì)量的輸入滑環(huán)轉(zhuǎn)子出線8。

進一步所述導(dǎo)電滑環(huán)的止轉(zhuǎn)片30通過螺釘31固定在滑環(huán)固定座6上，一方面保證測試過程中滑環(huán)定子5相對于電化學(xué)工作站11保持靜止，另一方面滑環(huán)固定座6可以避免滑環(huán)定子出線7接觸摩擦磨損試驗機旋轉(zhuǎn)臺1和底座2。

玻璃導(dǎo)管24下端浸沒在測試溶液中，玻璃導(dǎo)管24下端距離電解槽底部距離小于3mm。測試前，先通入氮氣除氧，測試時，可以保持通氣狀態(tài)，模擬低氧含量測試環(huán)境。

本實用新型的工作過程如下：

該測試裝置采用PVC管和環(huán)氧樹脂包裹試樣制成的工作電極12，要保證露出工作表面，同時環(huán)氧樹脂密封良好。測試前，先將工作電極12表面依次使用不同目數(shù)的砂紙打磨，然后研磨膏拋光、去離子水和無水乙醇依次清洗，最后置于干燥箱中待測。

將工作電極12放置在工作電極槽39中，并將工作電極導(dǎo)線13通過電解槽27底部導(dǎo)線牽引槽41和導(dǎo)線牽引管15接出，滑環(huán)轉(zhuǎn)子出線9通過卡具底部通孔35、導(dǎo)線槽37和側(cè)面通孔36接出，并與工作電極導(dǎo)線13相連。安置參比電極18的玻璃魯金毛細(xì)管17、輔助電極23和玻璃導(dǎo)管24通過支架分別懸掛安置好。

將配好的測試溶液注入電解槽27中，直到浸沒工作電極12、輔助電極23、玻璃魯金毛細(xì)管17下端和玻璃導(dǎo)管24下端。隨后，通入氮氣30分鐘，一方面保證盡可能降低測試溶液中的氧含量，另一方面確保工作電極12表面電化學(xué)狀態(tài)穩(wěn)定。在測試過程中，工作電極12在摩擦磨損試驗機旋轉(zhuǎn)臺1的帶動下以設(shè)定好的速率旋轉(zhuǎn)，加載系統(tǒng)在工作電極12表面加載形成磨痕，同時電化學(xué)工作站11和摩擦系數(shù)測試系統(tǒng)分別獲取工作電極12在摩擦磨損過程中產(chǎn)生的電化學(xué)信號和摩擦系數(shù)。測試結(jié)束，摩擦磨損試驗機加載系統(tǒng)卸載，關(guān)閉電化學(xué)工作站11和摩擦磨損試驗機，斷開工作電極導(dǎo)線13和滑環(huán)轉(zhuǎn)子出線9，通過電解槽取樣口42取出工作電極12，隨后使用丙酮清洗去除表面的腐蝕產(chǎn)物及磨屑，去離子水沖洗，干燥后，使用掃描電鏡觀察磨痕表面形貌，使用輪廓儀和激光三維共聚焦顯微鏡分別觀察磨痕的二維和三維形貌，結(jié)合電化學(xué)測試數(shù)據(jù)，計算材料在摩擦磨損和電化學(xué)共同作用下的磨損速率以及二者的單獨貢獻，再結(jié)合其它測試手段深入研究材料的摩擦電化學(xué)行為。

以上所述的旋轉(zhuǎn)式摩擦電化學(xué)性能測試裝置充分考慮到旋轉(zhuǎn)過程中防止測試溶液的飛濺以及滲漏，同時對摩擦電化學(xué)反應(yīng)槽內(nèi)接觸測試溶液的電極導(dǎo)線做了絕緣處理，減弱了外界噪音干擾，提高了電化學(xué)信號的信噪比。

以上所述是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型所述原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本實用新型的保護范圍。