可控环境的摩擦磨损与电化学联合试验机

技术领域

本申请涉及材料摩擦磨损和腐蚀领域，尤其涉及一种可控环境的摩擦磨损与电化学联合试验机。

背景技术

随着社会和科技的发展，机械设备的应用领域不断扩展。和在一般环境下相比，材料在不同温度、压力、介质和气氛环境下的摩擦磨损和腐蚀性质通常表现出不同的规律，影响机械设备的性能，因此需要对材料在不同环境下的摩擦磨损和腐蚀性能开展实验研究。然而目前常用的摩擦磨损试验机通常只能开展常温、常压、大气环境下的摩擦磨损实验，不能满足对压力、温度、介质和气氛环境的需求，也无法开展摩擦和电化学联合测试。

个别试验机具有一定的压力、介质环境的控制能力，但是无法控制温度、气氛等，也无法开展在该环境下的电化学测试。例如，申请号为US15838326，公开号为US20180202912A1的美国专利申请提到了具有环境控制模块的摩擦磨损试验机，具有在一定温度、一定湿度的大气、真空、气体、液体环境下开展摩擦磨损试验的能力，但是无法控制温度和压力环境，无法开展电化学测试。申请号为CN201910198034.9，公开号为CN109883870A的中国专利申请提出了一种海水环境下的摩擦磨损试验机，能够开展压力和介质环境下的摩擦磨损实验，但是无法控制温度和气氛，无法开展电化学测试。

参考文献1提出了一种模拟海水环境的摩擦磨损试验机，能够模拟压力和介质环境，但无法控制温度，也无法开展电化学测试。

参考文献2提出了一种模拟海水环境的摩擦磨损试验机，同样无法控制温度和气氛，无法开展电化学测试。

参考文献3提出了一种针对海水泵的模拟海水环境的摩擦磨损试验机，能够模拟压力和介质环境，但摩擦副种类和形式受限，无法控制温度和气氛，也无法开展电化学测试。

参考文献4提出了一种模拟海水环境的摩擦磨损试验机，能够模拟压力和介质环境，但无法控制温度，采用机械传动存在泄露的问题。

参考文献：

参考文献1：陈松.水环境中材料摩擦学性能研究[D].机械科学研究总院,2014.

参考文献2：LIU H,WANG J,JIANG P,et al.Accelerated degradation ofpolyetheretherketone and its composites in the deep sea[J].Royal Society OpenScience,2018,5(4):171775.

参考文献3：张齐.高背压多功能海水液压摩擦磨损试验台研发[D].中国海洋大学,2014.

参考文献4：VERICHEV S N,MISHAKIN V V,NUZHDIN D A,et al.Experimentalstudy of abrasive wear of structural materials under the high hydrostaticpressure[J].Ocean Engineering,2015,99:9-13.

发明内容

为了改善或解决背景技术提到的至少一个问题，本申请提供了一种可控环境的摩擦磨损与电化学联合试验机。

本申请提供的可控环境的摩擦磨损与电化学联合试验机用于第一试样和第二试样的摩擦磨损试验，所述可控环境的摩擦磨损与电化学联合试验机包括：

压力系统，所述压力系统包括压力容器，所述压力容器包括腔体和端盖，所述端盖抵接于所述腔体，所述腔体用于提供试验环境；

摩擦系统，所述摩擦系统用于固定所述第一试样和所述第二试样；

驱动系统，所述驱动系统包括主轴，所述主轴的一端穿过所述端盖，所述主轴的另一端伸入所述腔体，所述可控环境的摩擦磨损与电化学联合试验机通过所述主轴向所述第一试样和所述第二试样施加载荷；

控制系统，所述控制系统包括温控装置，所述温控装置包括温度控制器、循环管路和油浴槽，所述油浴槽设置于所述腔体外侧，所述油浴槽用于容纳换热介质，所述循环管路的一端连通于所述油浴槽，所述循环管路的另一端连通于所述温度控制器，所述温度控制器能够通过所述循环管路控制所述油浴槽中的换热介质的温度；

电化学测试系统，所述电化学测试系统包括电化学工作站和连接于所述电化学工作站的电极体系，所述电化学工作站用于接收分析所述电极体系传来的信号，所述电极体系包括工作电极、参比电极、辅助电极中的至少工作电极，所述电极体系的电极从所述端盖伸入所述腔体中，实现所述可控环境的摩擦磨损与电化学联合试验机的摩擦和电化学联合测试。

在至少一个实施方式中，所述压力系统包括加压装置，所述加压装置包括多通管、进气阀和排空阀，所述多通管用于连通于外界的压力源，所述多通管连通于所述进气阀，所述进气阀和所述排空阀通过管道连接所述腔体。

在至少一个实施方式中，所述压力系统包括压力测量装置，所述压力测量装置包括压力表、爆破阀和压力变送器，所述压力测量装置通过穿过所述端盖的管道连接于所述腔体，所述压力表用于显示所述腔体内的压力数值，所述爆破阀用于实现所述腔体的紧急释压，所述压力变送器用于将压力数据转换为电信号。

在至少一个实施方式中，所述控制系统包括控制台，所述控制台包括实时显示压力容器内部压力、实时显示压力容器内部温度、设定报警温度和压力、超温超压自动报警、实时显示温度压力曲线、显示最近一段时间的温度压力曲线、保存温度压力曲线数据中的至少一项功能，

所述压力变送器用于将压力数据传到所述控制台。

在至少一个实施方式中，所述摩擦系统包括固定装置，所述固定装置固定于所述腔体的内面上，所述固定装置用于固定第二试样，

所述摩擦系统还包括加载装置，所述加载装置固定于所述主轴，所述加载装置用于连接第一试样，

通过所述主轴轴向移动或周向旋转，所述加载装置带动所述第一试样压向所述第二试样或在所述第二试样上移动。

在至少一个实施方式中，所述驱动系统包括电机、传动件和磁力传动装置，

所述电机通过传动件连接所述磁力传动装置，所述磁力传动装置包括外环、密封体和内环，

所述密封体具有圆柱形空腔，所述密封体能够密封所述主轴的暴露出所述端盖的部分，

所述外环安装于所述密封体的外侧，所述内环安装于所述密封体的内侧，且所述内环安装在所述主轴上，所述外环和所述内环之间磁力耦合，所述电机能够通过所述传动件带动所述外环绕所述密封体的轴向转动，所述外环带动所述内环绕所述密封体的轴向转动，所述内环带动所述主轴旋转，从而实现所述加载装置的旋转，实现所述第一试样在所述第二试样上的移动。

在至少一个实施方式中，所述驱动系统包括升降与转动装置，所述升降与转动装置包括液压升降器、旋转臂和悬挂装置，

所述旋转臂连接于所述液压升降器，所述液压升降器用于实现所述旋转臂沿所述端盖的轴向的升降，且所述旋转臂能够围绕所述液压升降器的轴线旋转，所述悬挂装置的一端连接于所述旋转臂，所述悬挂装置的另一端连接于所述端盖，通过所述升降与转动装置能够实现所述端盖的升降与旋转。

在至少一个实施方式中，所述悬挂装置包括连接杆和连接头，所述连接杆的一端连接于所述端盖，所述连接杆的另一端连接于所述连接头，所述连接头能够绕着所述连接头的轴线旋转。

在至少一个实施方式中，所述温控装置包括测温探头，所述控制系统包括控制台，

所述控制台包括实时显示压力容器内部压力、实时显示压力容器内部温度、设定报警温度和压力、超温超压自动报警、实时显示温度压力曲线、显示最近一段时间的温度压力曲线、保存温度压力曲线数据中的至少一项功能，

所述测温探头穿过所述端盖伸入所述腔体中，所述测温探头用于将所述腔体中的温度信息传递给所述控制台。

在至少一个实施方式中，所述主轴具有阶梯状凸起，所述阶梯状凸起位于所述主轴的位于所述腔体一端，所述阶梯状凸起抵接于所述端盖。

本申请将包括油浴槽的温控装置和包括电极体系的电化学测试系统集成于摩擦磨损试验机，能够模拟各种温度环境，具有电化学测试功能。

附图说明

图1示出了根据本申请实施方式的可控环境的摩擦磨损与电化学联合试验机的结构示意图。

图2示出了根据本申请实施方式的可控环境的摩擦磨损与电化学联合试验机的端盖的俯视示意图。

图3示出了图1的局部放大图。

附图标记说明

1控制台；2电化学工作站；3测温探头；4端盖；5多通管；6进气阀；7腔体；8压力源；9主轴；10加载装置；11第一试样；12第二试样；13固定装置；14油浴槽；15台架；16温度控制器；17循环管路；18电机支架；19电机；20压力表；21爆破阀；22压力变送器；23三电极体系；24密封体；25皮带；26外环；27内环；28连接杆；29连接头；30旋转臂；31液压升降器；32排空阀。

具体实施方式

下面参照附图描述本申请的示例性实施方式。应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本申请，而不用于穷举本申请的所有可行的方式，也不用于限制本申请的范围。

本申请提供了一种可控环境的摩擦磨损与电化学联合试验机，用于第一试样11和第二试样12的摩擦磨损与电化学联合试验。

如图1、2所示，摩擦磨损试验机可以包括压力系统、摩擦系统、驱动系统、控制系统和电化学测试系统。

压力系统可以包括压力容器、加压装置和压力测量装置。

压力容器包括腔体7和端盖4。腔体7具有圆柱形空腔，作为可控环境的摩擦磨损与电化学联合试验机的试验空间。端盖4抵接于腔体7，且抵接位置可以呈锥形，起到密封作用。腔体7和端盖4之间可以通过螺栓连接(图中未示出)。例如，端盖4抵接于腔体7后，可以使用双头螺柱沿端盖4的厚度方向穿过端盖4，拧入腔体7。双头螺柱暴露于端盖4的一端，可以用螺母拧紧，实现端盖4与腔体7之间的密封。

加压装置可以包括多通管5、进气阀6和排空阀32。如图1、2所示，可以将外界的压力源8连接于多通管5，多通管5连接于进气阀6。进气阀6和排空阀32可以设置在端盖4的周面上，进气阀6和排空阀32可以通过管道连接腔体7，实现腔体7的进气和排空。压力源8可以为与多通管5连通的多个气体提供源，通过压力源8和多通管5可以实现压力环境下摩擦磨损试验的单一或混合气氛控制。可以理解，压力源8可以作为该可控环境的摩擦磨损与电化学联合试验机的一部分，或者作为与可控环境的摩擦磨损与电化学联合试验机配合使用的附件装置。

压力测量装置可以包括压力表20、爆破阀21和压力变送器22。压力测量装置通过穿过端盖4的管道连接于腔体7，实现腔体7内压力环境的测量。通过压力表20显示腔体7内的压力数值，通过爆破阀21实现腔体7内的紧急释压，并可以通过压力变送器22将压力数据实时传入控制台1(后面介绍)。

可以理解，本申请中提到的管道应作最宽泛之解释，例如，本申请意义上的管道不仅包括单独的管体，而且包括部件或构件内或之间形成的槽或通道。

摩擦系统可以包括固定装置13和加载装置10。

第一试样11可以为例如销状，第二试样12可以为例如盘状，实现销-盘摩擦磨损试验。固定装置13可以固定在腔体7的内面上，为第二试样12提供固定空间。

加载装置10可以为盘状，且固定在主轴9上。加载装置10的下端面可以与第一试样11固定连接，通过主轴9在轴向上的移动或在周向上旋转，加载装置10带动第一试样11压向第二试样12或在第二试样12上移动。

驱动系统可以包括电机支架18、电机19、传动件、磁力传动装置、主轴9和升降与转动装置。电机支架18可以固定在台架15(后面介绍)，电机19固定在电极支架18上。传动件可以为皮带25、链条、甚至齿轮等，在本申请的一个实施例中，电机19通过皮带25连接磁力传动装置。

参照图1和图3，磁力传动装置可以包括外环26、密封体24和内环27。密封体24为端盖4上方的具有圆柱形空腔的圆柱形密封体，起到密封主轴9与端盖4之间的间隙的作用。主轴9可以有阶梯状凸起，该阶梯状凸起可以抵接端盖4。通过端盖4的轴向向下移动，向主轴9施加载荷，从而使加载装置10带动第一试样11压向第二试样12。

外环26安装在密封体24外侧，内环27位于密封体24内侧，且内环27安装在主轴9的上端。外环26和内环27之间可以磁力耦合。电机19通过皮带25带动外环26绕密封体24的轴线转动，由于外环26和内环27之间的磁力耦合，外环26带动内环27绕主轴9的轴向旋转，内环27带动主轴9旋转，从而实现加载装置10的旋转，实现第一试样11在第二试样12上的移动。

升降与转动装置包括台架15、液压升降器31、旋转臂30和悬挂装置。液压升降器31可以为圆柱形长柱，安装于台架15，可以在轴向实现升降。旋转臂30安装在液压升降器31上，可绕液压升降器31转动。旋转臂30主要用于试验开始或结束时，将悬挂装置及与悬挂装置连接的端盖4置入相应位置。例如拆卸时，将双头螺柱的螺母拧掉，通过悬挂装置、旋转臂30、液压升降器31等抬升，这时旋转臂30可旋转，并带动端盖4向外旋转，目的是使端盖4远离腔体7，方便其他操作。

悬挂装置包括连接杆28和连接头29。连接头29安装在旋转臂30上，连接杆28一端固定安装在连接头29上，另一端固定安装在端盖4上。通过液压升降器31的轴向升降，可以实现端盖4的轴向运动。进一步地，连接头29可以为圆柱状，连接头29的轴线平行于端盖4的轴线，连接头29能够绕着连接头29的轴线转动，使得端盖4可旋转调节位置，便于拆装设备时，提供合适角度。连接杆28可以仅有一根，或者如图所示的轴向两根，径向一根，通过径向的连接杆28连接连接头29。

控制系统可以包括温控装置和控制台1。

温控装置包括温度控制器16、油浴槽14、循环管路17和测温探头3。油浴槽14设置于腔体7外侧，油浴槽14用于容纳换热介质，通过换热介质为腔体7提供试验用温度环境。温度控制器16具有设定目标温度、显示实时油浴温度、自动加热冷却等功能。温度控制器16可以通过循环管路17改变油浴槽14中的换热介质的种类及状态，控制温度环境，尤其能实现低温环境。例如，换热介质可以为乙二醇，氯化钙水溶液和液氮等。测温探头3可以通过端盖4伸入腔体7中，探测腔体7中的温度环境。

控制台1具有实时显示压力容器内部压力、实时显示压力容器内部温度、设定报警温度和压力、超温超压自动报警、实时显示温度压力曲线、显示最近一段时间的温度压力曲线、保存温度压力曲线数据等功能。控制台1可以通过和前述的压力变送器22和测温探头3连接，实现监测试验环境。

电化学测试系统可以包括电化学工作站2和连接于电化学工作站2的电极体系。电化学工作站2用于接收分析电极体系传来的信号，例如电化学工作站可以具有极化曲线、电化学阻抗谱、电化学噪声等测试功能。电极体系可以为包括工作电极、参比电极、辅助电极的三电极体系23或包括工作电极的单电极体系或同时包括工作电极、辅助电极的二电极体系。这三种电极体系均具有在高低温、常压和高压环境工作的能力。电化学工作站2连接于三电极体系23后，可以将三电极体系23的电极从端盖4的顶部伸入腔体7中，实现摩擦和电化学的联合测试。可以理解，本申请对电化学测试系统的具体组成和连接方式不限制，电极体系也不限于三电极体系23。

与现有方案相比，本发明具有以下有益效果：

压力系统和温控系统可以实现摩擦磨损试验中的高低温、各种压力、介质和气氛的环境。通过电化学测试系统实现了电化学测试的功能。通过升降与转动装置实现了端盖的升降和移动功能，方便省力。

以上所述是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本领域技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。