[发明专利]一种动态电化学腐蚀磨损试验装置

说明书

本发明公开了一种动态电化学腐蚀磨损测试装置，将电化学工作站与摩擦磨损功能集于一体，可进行腐蚀与磨损交互作用原位和动态测试。摩擦磨损试验机为旋转式，采用“销‑盘”摩擦接触方式和三电极电化学测试系统，其中下试件作为工作电极，通过水银滑环与电化学工作站连接，对旋转摩擦状态下的电化学参数进行动态测试。该装置可对单纯的磨损失重量、腐蚀失重量及腐蚀磨损交互作用量进行测定，并对单纯的腐蚀及腐蚀磨损共同作用下的腐蚀率分别进行测定，实现不同工况(载荷、转速、介质)下的电化学参数与摩擦学性能的实时监测，能准确地实现材料腐蚀磨损的同步测试与原位研究，进一步实现腐蚀磨损交互作用机理的动态研究，有广泛的应用价值。

技术领域

本发明属于金属材料腐蚀磨损与电化学测试研究领域，特别是提供了一种新型摩擦磨损- 电化学测试与数据采集装置。适用于对不同溶液中摩擦学性能和电化学参数测试，不仅可完成腐蚀量、磨损量测定，还可完成腐蚀对材料磨损的改变量以及磨损对腐蚀的改变量的测定，实现对腐蚀磨损体系进行电化学原位控制和监测。

背景技术

腐蚀磨损通常是指固体在别的固体机械摩擦作用下，同时又有腐蚀介质参与下，发生的表面破坏现象，是力学因素、化学因素及电化学因素交互作用的结果。腐蚀磨损交互作用对材料的腐蚀磨损造成的材料损耗具有极其重要的促进作用，因此必须要研究清楚二者交互作用的机制才能在材料选取与防护手段方面有所突破。海水环境是腐蚀性最高的环境，常见的关键摩擦副材料在海水环境下表现出不同程度的磨损，还表现为材料的腐蚀、电化学腐蚀以及腐蚀和磨损作用下的耦合行为。通过分析发现腐蚀磨损过程中的腐蚀和磨损往往与单独的腐蚀或磨损有较大的不同，其并不是简单的腐蚀与磨损量的相加，而是由二者的交互作用引起的更严重的材料损失。究其原因是因为材料在腐蚀磨损条件下，介质腐蚀作用使材料表面性能恶化，增加材料的机械磨损，而机械磨损又会使腐蚀速度大为增大，因此腐蚀磨损的交互作用对液压元件的影响更加严重，大大降低了其可靠性。

近年来，随着海洋进一步开发，要求海洋装备的关键摩擦副能在恶劣工况下持续安全稳定地工作，此对关键摩擦副材料的性能提出了更高的要求。又因为腐蚀磨损现象广泛存在海洋装备中，是使水液压元件失效损坏的主要原因之一，因此海水环境中金属材料的腐蚀磨损是一个重要的研究领域。为探明这类腐蚀磨损及其交互作用控制机理、影响因素，首要问题就是要开发一套多功能摩擦磨损-电化学综合测试装置，开展海水液压关键摩擦副材料试验研究。传统的测试装置大部分不能实现对材料的摩擦磨损性能以及电化学性能的同步测试，也无法更准确的模拟海洋环境中各种材料摩擦与腐蚀的情况，然而获得材料摩擦磨损过程中的电化学信息，如腐蚀速率等，对材料的腐蚀磨损特性研究，同时对有效地减少材料的腐蚀磨损造成的材料损失有重要作用。

要对金属材料的腐蚀磨损及其交互作用进行深入研究，需要实时检测摩擦过程电化学参数变化情况，故需要相应的测试装置。此前有中国专利“一种腐蚀和磨损同步测量装置” (CN87214788)，其公开了一种研究金属材料腐蚀和磨损同步测量的装置，将固定金属试样的研究电极做成空心旋转轴，能够同时测量磨损速度和腐蚀速度，但由于没有设计加载系统，无法考察载荷对腐蚀和磨损的影响。另有一种腐蚀产物磨损性能与腐蚀电化学测试装置 (CN200910076139.3)，由于缺乏加载系统，也无法考察载荷对腐蚀和磨损的影响。还有一种腐蚀与磨损交互作用动态的测量装置(CN200620111395.3)，此装置不能实现对材料磨损性能信号的同步输出，例如摩擦系数的表征，使腐蚀磨损性能的同步研究受到限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可同时对材料摩擦磨损性能及电化学参数进行综合测试的新型装置，该装置操作简单，采用“销-盘”摩擦接触方式，可对金属材料电化学和摩擦磨损进行同步测试，并实时输出材料的摩擦系数等磨损信号，实现腐蚀磨损体系电化学原位控制和监测，从而对材料的单纯磨损量、单纯腐蚀量、腐蚀对磨损的改变量以及磨损对腐蚀的改变量进行对比分析，并可进一步研究腐蚀电化学因素、力学因素分别对协同效应的影响程度，确定各因素在协同效应中所起作用的相对大小，有助于深入认识腐蚀磨损机理，探索海水环境下的材料腐蚀磨损交互作用。