[发明专利]监测表面改性零件在液体环境介质中磨损失效过程的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种监测表面改性处理后的零件在液体介质中磨损失效过程的方法。 

背景技术

随着高新技术的发展，对材料性能的要求越来越高，特别是对于广泛使用的金属材料，在耐磨损、耐腐蚀以及耐高温方面都提出了更高的要求，而单纯的金属材料已经难以满足越来越严格的性能要求。在金属材料表面制备高性能的改性层或者薄膜材料，是解决工程应用中金属零件存在的不耐磨损、易腐蚀等问题的最现实的技术方案。目前通过等离子体氮化、离子注入、渗碳、渗氮等在金属零件表面形成耐磨、防腐改性层或者各种改性薄膜（氮化物、氧化物、碳化物等陶瓷薄膜）的表面改性零件，已经在机械、石油化工、航空航天等领域得到了广泛的应用，大幅度提高了金属零件的耐磨损及耐腐蚀性能。 

对经过表面处理（在表面形成改性层或者改性薄膜）的零件的磨损失效过程进行监测、分析是预测结构零件寿命的主要依据。目前，对表面改性零件的磨损失效过程进行研究及评价的方法主要有球盘式摩擦磨损性能测试（王长生，齐毓霖，真空高低温球盘式摩擦磨损试验机的研制，机械工程师，2010年第3期，P50-52）和环块式摩擦磨损测试（黄金亮,田保红,常连智，CeO₂对NiCrBSi-WC合金激光熔敷层组织和摩擦磨损行为的影响,热加工工艺,1999年第4期，P3-6）两种方法。这两种方法均通过监测零件摩擦磨损过程中摩擦系数的变化以及观测零件表面磨痕形貌来评价薄膜的失效过程，但是这两种方法存在着两个问题：一、有时摩擦系数对表面改性层或者薄膜的失效过程并不敏感，即表面改性层或者薄膜失效并不一定导致摩擦系数发生明显的变化，例如，经氮化钛薄膜表面改性的GCr15对磨时摩擦系数为0.5左右，当氮化钛薄膜失效时，GCr15对磨的摩擦系数也在0.5左右，薄膜失效并没有导致摩擦系数的变化。因此，通过检测摩擦系数的变化并不能准确、可靠的实时监测薄膜的磨损失效过程。二、通过监测摩擦系数及磨痕形貌来评价表面改性层或者薄膜的失效过程的方法主要用于实验室研究，不适用于评价实际服役中的零件表面改性层及薄膜的失效过程。零件实际服役过程中，无法测量摩擦系数，而要观测 磨损形貌，也必须停止设备运转，取下零件，这在实际工业应用中很难实现。 

此外，对于泵、轴承以及齿轮等在溶液介质环境中使用的零件，由于溶液介质的润滑作用，减弱了摩擦过程中摩擦界面材料的变化对摩擦系数的影响，其服役过程中的摩擦系数及磨损形貌更加难以监测，无法通过实时监测摩擦系数的变化来监测表面改性层或者改性薄膜的失效过程。 

在实际生产中，为了避免零件突然失效造成灾难性后果，迫切需要实时监测经过表面处理的零件的工作过程及零件表面状态，提前或者及时发现、判断其失效节点。因此，为了更为有效的了解零件表面改性层或者零件表面薄膜在液体环境中的磨损失效过程，需要建立一种新的、实时的、对表面改性零件的表面改性层或者薄膜失效敏感的失效过程监测方法。 

发明内容

本发明的目的是提供一种监测表面改性零件在液体环境介质中磨损失效过程的方法，该方法能实时监测零件在实际服役过程中的磨损失效过程，提前或者及时发现、判断其失效节点，以避免零件突然失效造成的灾难性后果。 

本发明实现其发明目的所采用的技术方案是，一种监测表面改性零件在液体环境介质中磨损失效过程的方法，其步骤是： 

A、将表面改性零件置于实际服役的导电的液体环境介质中，在零件运转时相对发生位移小或不发生位移的部位连接一根导线，导线的另一端接到电化学工作站的工作电极端口； 

B、电化学工作站的辅助电极端口通过导线与石墨电极或者铂电极相连，石墨电极或者铂电极插入液体环境介质中，石墨电极或者铂电极与零件之间相隔的距离，应保证其不影响零件的运转； 

C、将标准甘汞电极插入零件服役的液体环境介质中，标准甘汞电极与零件之间相隔的距离，应保证其不影响零件的运转，通过导线把标准甘汞电极和电化学工作站的参比电极端口相连； 

D、当零件在液体环境介质中实际服役的同时，电化学工作站工作，实时采集与工作电极端口相连的零件表面的开路电位，并绘制出反映表面改性零件在液体环境中磨损失效过程的开路电位实时变化曲线；当开路电位实时变化曲线从高电位的初始稳定阶段到电位逐渐降低的中电位阶段后，开路电位降低速度 明显加快，降至设定阈值时，判定零件开始发生失效，此时即为其失效节点。 

与现有技术相比，本发明的有益效果是：