一種高溫高壓原位復(fù)合微動(dòng)磨損試驗(yàn)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及耐蝕材料微動(dòng)磨損技術(shù)，具體為一種高溫高壓原位復(fù)合微動(dòng)磨損試驗(yàn)裝置，解決高溫高壓下復(fù)合微動(dòng)磨損難以實(shí)現(xiàn)、微動(dòng)振幅和頻率難以精確測(cè)量和控制、徑向載荷難以精確測(cè)量并實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)、摩擦副之間摩擦力的難以測(cè)量以及微動(dòng)磨損過(guò)程中電化學(xué)信號(hào)難以測(cè)量等問(wèn)題。該裝置設(shè)有：壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器、拉壓力傳感器、激振器、位移傳感器、直線導(dǎo)軌、高壓釜體、高壓釜蓋、工作電極/輔助電極座、參比電極座、液壓缸、熱電偶、立柱、定位板、第一試樣夾持裝置、豎直運(yùn)動(dòng)軸、水平運(yùn)動(dòng)軸、運(yùn)動(dòng)軸導(dǎo)向支架、輔助電極、參比電極、工作電極、導(dǎo)向平臺(tái)板、導(dǎo)向桿等，能實(shí)現(xiàn)高溫高壓下對(duì)試樣表面進(jìn)行原位切向微動(dòng)磨損、徑向微動(dòng)磨損和雙向復(fù)合微動(dòng)磨損。
【專利說(shuō)明】一種高溫高壓原位復(fù)合微動(dòng)磨損試驗(yàn)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及耐蝕材料微動(dòng)磨損技術(shù)，具體為一種高溫高壓原位復(fù)合微動(dòng)磨損試驗(yàn)
>J-U ρ?α裝直。

【背景技術(shù)】
[0002]蒸汽發(fā)生器作為核電站連接一回路和二回路的樞紐，其內(nèi)部有數(shù)千根傳熱管，在傳熱管內(nèi)部為高溫高壓高流速的一回路水，外側(cè)為高溫高壓高流速的二回路水汽，在汽水兩相的交互作用下傳熱管與防震條之間、傳熱管與管板之間以及傳熱管與管板支撐板之間均會(huì)發(fā)生微動(dòng)磨損，隨著服役時(shí)間的不斷增長(zhǎng)最終導(dǎo)致傳熱管的失效。微動(dòng)磨損作為蒸汽發(fā)生器傳熱管的主要失效模式之一，深入開(kāi)展高溫高壓水中的微動(dòng)磨損研究將為相關(guān)部件的設(shè)計(jì)和維護(hù)提供可靠的理論依據(jù)，提高傳熱管的服役壽命具有重要意義。
[0003]由于受到高溫高壓原位微動(dòng)磨損系統(tǒng)復(fù)雜，不僅要實(shí)現(xiàn)高溫高壓下摩擦副材料之間微動(dòng)磨損，還要考慮高溫高壓下運(yùn)動(dòng)軸和高壓釜內(nèi)、外的壓力平衡、密封、摩擦副徑向載荷的精確實(shí)時(shí)加載、摩擦副之間摩擦力的測(cè)量、試樣與金屬容器之間的絕緣、信號(hào)線的引出等一系列問(wèn)題。正是因?yàn)檫@些實(shí)驗(yàn)設(shè)備上的技術(shù)困難，限制了對(duì)核電等高溫高壓環(huán)境中所用的耐蝕材料微動(dòng)磨損能力的原位表征。目前，相關(guān)微動(dòng)磨損設(shè)備主要在常壓條件下使用，不能很好地模擬核電站實(shí)際水化學(xué)工況，高溫高壓水中原位復(fù)合微動(dòng)磨損設(shè)備還未見(jiàn)報(bào)道。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種高溫高壓原位復(fù)合微動(dòng)磨損試驗(yàn)裝置，解決現(xiàn)有技術(shù)中高溫高壓下切向微動(dòng)磨損、徑向微動(dòng)磨損和雙向(切向和徑向)復(fù)合微動(dòng)磨損難以實(shí)現(xiàn)、微動(dòng)振幅和頻率難以精確測(cè)量和控制、摩擦副徑向載荷難以精確測(cè)量并實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)、摩擦副之間摩擦力的難以測(cè)量以及微動(dòng)磨損過(guò)程中電化學(xué)信號(hào)難以測(cè)量等問(wèn)題。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]一種高溫高壓原位復(fù)合微動(dòng)磨損試驗(yàn)裝置，該裝置設(shè)有:壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器、拉壓力傳感器、激振器、位移傳感器、直線導(dǎo)軌、高壓釜體、高壓釜蓋、工作電極/輔助電極座、參比電極座、液壓缸、熱電偶、立柱、定位板、第一試樣夾持裝置、豎直運(yùn)動(dòng)軸、水平運(yùn)動(dòng)軸、運(yùn)動(dòng)軸導(dǎo)向支架、輔助電極、參比電極、工作電極、導(dǎo)向平臺(tái)板、導(dǎo)向桿，具體結(jié)構(gòu)如下:
[0007]高壓釜采用高壓釜蓋和高壓釜體倒立式結(jié)構(gòu)，高壓釜蓋在下，高壓釜體在上，高壓釜體側(cè)壁開(kāi)孔并安裝水平運(yùn)動(dòng)軸；高壓釜蓋上設(shè)置熱電偶、豎直運(yùn)動(dòng)軸、工作電極/輔助電極座、參比電極座及外置參比電極，高壓釜體內(nèi)設(shè)置輔助電極、工作電極，輔助電極和工作電極分別通過(guò)導(dǎo)線穿過(guò)工作電極/輔助電極座；參比電極安裝于參比電極座上，參比電極的導(dǎo)液管伸至高壓釜體內(nèi)；豎直運(yùn)動(dòng)軸為上部導(dǎo)向桿和下部導(dǎo)向桿之間通過(guò)拉壓力傳感器I分段連接構(gòu)成，其中:豎直運(yùn)動(dòng)軸的上部導(dǎo)向桿穿過(guò)上導(dǎo)向平臺(tái)板中心的上直線導(dǎo)軌，弓丨導(dǎo)豎直運(yùn)動(dòng)軸上下運(yùn)動(dòng)，上導(dǎo)向平臺(tái)板通過(guò)其上的固定孔與高壓釜體內(nèi)的豎直運(yùn)動(dòng)軸導(dǎo)向支架連接，豎直運(yùn)動(dòng)軸的上部導(dǎo)向桿裝有摩擦副第一試樣夾持裝置于高壓釜體內(nèi)，下部導(dǎo)向桿和高壓釜體之間設(shè)有壓力平衡機(jī)構(gòu)，并通過(guò)密封圈進(jìn)行密封，激振器外側(cè)設(shè)置激振器導(dǎo)向支架桿，激振器導(dǎo)向支架桿的頂部安裝下導(dǎo)向平臺(tái)板，連接桿穿過(guò)下導(dǎo)向平臺(tái)板中心的下直線導(dǎo)軌，激振器的激振頭引導(dǎo)連接桿上下運(yùn)動(dòng)，通過(guò)連接桿帶動(dòng)豎直運(yùn)動(dòng)軸上下運(yùn)動(dòng)；水平運(yùn)動(dòng)軸為左部導(dǎo)向桿和右部導(dǎo)向桿通過(guò)拉壓力傳感器II分段連接構(gòu)成，其中:水平運(yùn)動(dòng)軸的左部導(dǎo)向桿和右部導(dǎo)向桿分別穿過(guò)水平運(yùn)動(dòng)軸導(dǎo)向支架中心的左直線導(dǎo)軌和高壓釜內(nèi)的右直線導(dǎo)軌，引導(dǎo)水平運(yùn)動(dòng)軸左右運(yùn)動(dòng)，水平運(yùn)動(dòng)軸導(dǎo)向支架固定在高壓釜升降定位板上，水平運(yùn)動(dòng)軸的右端裝有摩擦副第二試樣夾持裝置于高壓釜內(nèi)，右部導(dǎo)向桿與高壓釜體之間設(shè)有壓力平衡機(jī)構(gòu)，并通過(guò)密封圈進(jìn)行密封，左部導(dǎo)向桿與壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器通過(guò)螺紋相連接。
[0008]所述的高溫高壓原位復(fù)合微動(dòng)磨損試驗(yàn)裝置，工作電極相當(dāng)于摩擦副第一試樣，工作電極與第二試樣夾持裝置一端安裝的摩擦副第二試樣相對(duì)接觸設(shè)置，通過(guò)水平運(yùn)動(dòng)軸施加摩擦副第一試樣和摩擦副第二試樣之間的徑向載荷，豎直運(yùn)動(dòng)軸帶動(dòng)摩擦副第一試樣上下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)摩擦副第一試樣、摩擦副第二試樣之間的相對(duì)摩擦運(yùn)動(dòng)；其中，摩擦副第一試樣和摩擦副第二試樣采用不銹鋼、鎳基合金、鋯合金、硬質(zhì)合金或氧化鋁加工而成，摩擦副第一試樣和摩擦副第一試樣夾持裝置以及摩擦副第二試樣與摩擦副第二試樣夾持裝置均采用表面覆蓋有ZrO2的Zr-4合金進(jìn)行絕緣。
[0009]所述的高溫高壓原位復(fù)合微動(dòng)磨損試驗(yàn)裝置，豎直運(yùn)動(dòng)軸上設(shè)置位移傳感器和拉壓力傳感器，使用位移傳感器對(duì)微動(dòng)磨損過(guò)程中微動(dòng)振幅進(jìn)行高頻實(shí)時(shí)測(cè)量，使用拉壓力傳感器對(duì)豎直運(yùn)動(dòng)軸的推力和拉力進(jìn)行高頻實(shí)時(shí)測(cè)量，并通過(guò)信號(hào)采集處理控制系統(tǒng)對(duì)微動(dòng)磨損過(guò)程的微動(dòng)振幅和微動(dòng)頻率進(jìn)行精確控制；摩擦副第一試樣在豎直運(yùn)動(dòng)軸的驅(qū)動(dòng)下做微動(dòng)振幅為2 μ m至1000 μ m,振動(dòng)頻率小于100Hz的振動(dòng)。
[0010]所述的高溫高壓原位復(fù)合微動(dòng)磨損試驗(yàn)裝置，水平運(yùn)動(dòng)軸上設(shè)置拉壓力傳感器，使用拉壓力傳感器對(duì)水平運(yùn)動(dòng)軸的推力進(jìn)行高頻實(shí)時(shí)測(cè)量，通過(guò)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器在摩擦副第一試樣與摩擦副第二試樣之間產(chǎn)生徑向恒定載荷和交變載荷，并使用信號(hào)采集處理控制系統(tǒng)對(duì)微動(dòng)磨損過(guò)程中徑向載荷的交變頻率和載荷峰值進(jìn)行精確控制；在壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)下，摩擦副第一試樣與摩擦副第二試樣之間施加載荷峰值小于800N、交變頻率小于100Hz的徑向載荷，交變載荷形式為正弦波振動(dòng)、方波振動(dòng)或三角波。
[0011]所述的高溫高壓原位復(fù)合微動(dòng)磨損試驗(yàn)裝置，輔助電極采用以鉬絲為導(dǎo)線的鉬片，鉬絲外部套有聚四氟乙烯熱縮管，工作電極通過(guò)外部套有聚四氟乙烯熱縮管的鋯絲、鎳絲或不銹鋼絲作為導(dǎo)線點(diǎn)焊在摩擦副第一試樣上；工作電極和輔助電極通過(guò)工作電極/輔助電極座引出，配合電化學(xué)工作站檢測(cè)微動(dòng)磨損過(guò)程中的電化學(xué)信號(hào)，電化學(xué)工作站上的工作電極、輔助電極和參比電極的引線夾頭分別與工作電極的導(dǎo)線、輔助電極的導(dǎo)線和參比電極的導(dǎo)線連接，通過(guò)電化學(xué)工作站快速采集和記錄試樣原位復(fù)合微動(dòng)磨損過(guò)程中的電流變化，將微動(dòng)磨損過(guò)程中試樣表面膜不斷發(fā)生破壞這一過(guò)程的電化學(xué)信號(hào)檢測(cè)出來(lái)。
[0012]所述的高溫高壓原位復(fù)合微動(dòng)磨損試驗(yàn)裝置，在豎直運(yùn)動(dòng)軸下部和水平運(yùn)動(dòng)軸左側(cè)分別設(shè)有運(yùn)動(dòng)軸軸套，運(yùn)動(dòng)軸軸套外部設(shè)有運(yùn)動(dòng)軸冷卻水套，豎直運(yùn)動(dòng)軸冷卻水套和水平運(yùn)動(dòng)軸冷卻水套之間通過(guò)管路連接，豎直運(yùn)動(dòng)軸冷卻水套上設(shè)有運(yùn)動(dòng)軸冷卻水進(jìn)水口，水平運(yùn)動(dòng)軸冷卻水套上設(shè)有運(yùn)動(dòng)軸冷卻水出水口，有效防止壓力平衡機(jī)構(gòu)溫度過(guò)高。
[0013]所述的高溫高壓原位復(fù)合微動(dòng)磨損試驗(yàn)裝置，高壓釜內(nèi)導(dǎo)向平臺(tái)板采用缺口式設(shè)計(jì)，水平運(yùn)動(dòng)軸隨高壓釜體一起上下運(yùn)動(dòng)；水平運(yùn)動(dòng)軸由左部導(dǎo)向桿和右部導(dǎo)向桿組成，豎直運(yùn)動(dòng)軸由上部導(dǎo)向桿和下部導(dǎo)向桿組成，即水平運(yùn)動(dòng)軸和豎直運(yùn)動(dòng)軸均采用分段式連接。
[0014]所述的高溫高壓原位復(fù)合微動(dòng)磨損試驗(yàn)裝置，高壓釜外設(shè)置兩個(gè)立柱形成雙立柱支架，雙立柱支架兩側(cè)分別設(shè)有液壓缸，液壓泵的輸出端與液壓缸連接；兩個(gè)立柱穿過(guò)定位板上的開(kāi)孔內(nèi)側(cè)分別設(shè)置滑塊，定位板通過(guò)滑塊與立柱滑動(dòng)配合；水平運(yùn)動(dòng)軸導(dǎo)向支架均通過(guò)螺紋連接固定在定位板上，帶動(dòng)水平運(yùn)動(dòng)軸隨定位板和高壓釜體一起上下運(yùn)動(dòng)。
[0015]所述的高溫高壓原位復(fù)合微動(dòng)磨損試驗(yàn)裝置，第一試樣夾持裝置包括第一試樣定位套筒、第一試樣錐頭定位螺栓、摩擦副第一試樣、第一試樣壓緊螺栓，具體結(jié)構(gòu)如下:第一試樣定位套筒內(nèi)側(cè)和第一試樣壓緊螺栓采用變截面構(gòu)造，第一試樣定位套筒兩端開(kāi)口，其一端開(kāi)口為由內(nèi)到外的喇叭形，摩擦副第一試樣位于該開(kāi)口端的內(nèi)底部，摩擦副第一試樣與第一試樣定位套筒內(nèi)腔滑動(dòng)配合，第一試樣定位套筒的側(cè)面對(duì)稱安裝第一試樣錐頭定位螺栓，第一試樣錐頭定位螺栓于摩擦副第一試樣兩側(cè)、與摩擦副第一試樣頂觸，使摩擦副第一試樣固定；第一試樣定位套筒另一端開(kāi)口為內(nèi)螺紋構(gòu)造，并通過(guò)第一試樣壓緊螺栓壓緊摩擦副第一試樣；摩擦副第一試樣與摩擦副第二試樣正對(duì)，并相互接觸，形成摩擦副。
[0016]所述的高溫高壓原位復(fù)合微動(dòng)磨損試驗(yàn)裝置，摩擦副第二試樣夾持裝置包括定位套筒緊固螺栓、第二試樣定位套筒、套筒錐頭定位螺栓、摩擦副第二試樣定位螺栓、摩擦副第二試樣、摩擦副第二試樣套管，具體結(jié)構(gòu)如下:第二試樣定位套筒內(nèi)側(cè)和定位套筒緊固螺栓采用變截面構(gòu)造，摩擦副第二試樣套管的一端為活塞端，該活塞端與第二試樣定位套筒內(nèi)腔滑動(dòng)配合，摩擦副第二試樣套管的另一端伸至第二試樣定位套筒的一端外側(cè)，所述摩擦副第二試樣套管另一端開(kāi)設(shè)的盲孔中插裝摩擦副第二試樣，所述摩擦副第二試樣套管另一端的側(cè)面對(duì)稱安裝摩擦副第二試樣錐頭定位螺栓，摩擦副第二試樣錐頭定位螺栓于摩擦副第二試樣兩側(cè)、與摩擦副第二試樣頂觸，使摩擦副第二試樣固定；摩擦副第二試樣采用一端為圓柱形，另一端為半球形；第二試樣定位套筒側(cè)面對(duì)稱安裝套筒錐頭定位螺栓，套筒錐頭定位螺栓于摩擦副第二試樣套管兩側(cè)、與摩擦副第二試樣套管頂觸，使摩擦副第二試樣套管固定；
[0017]摩擦副第二試樣套管的活塞端背面、于第二試樣定位套筒的另一端通過(guò)螺紋安裝定位套筒緊固螺栓，定位套筒緊固螺栓與摩擦副第二試樣套管頂觸，使摩擦副第二試樣套管進(jìn)一步固定；在定位套筒緊固螺栓的另一端通過(guò)內(nèi)螺紋與右部導(dǎo)向桿緊固連接。
[0018]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果是:
[0019]1、本發(fā)明裝置能實(shí)現(xiàn)試樣在高溫高壓下原位切向微動(dòng)、徑向微動(dòng)以及切向微動(dòng)和徑向微動(dòng)的復(fù)合微動(dòng)磨損，配合電化學(xué)工作站并利用安裝在高壓釜上的高溫高壓工作電極、高溫高壓參比和輔助電極，將微動(dòng)磨損過(guò)程中試樣表面膜不斷發(fā)生破壞這一過(guò)程的電化學(xué)信號(hào)檢測(cè)出來(lái)。
[0020]2、本發(fā)明采用高能激振器作為驅(qū)動(dòng)裝置，通過(guò)高精度位移傳感器對(duì)微動(dòng)振幅進(jìn)行高頻測(cè)量，并通過(guò)信號(hào)采集處理控制系統(tǒng)對(duì)微動(dòng)振幅進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，具有控制精度高的特點(diǎn)。
[0021]3、本發(fā)明采用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器作為徑向加載裝置，通過(guò)在水平運(yùn)動(dòng)軸上拉壓力傳感器對(duì)摩擦副之間徑向載荷進(jìn)行實(shí)時(shí)的精確測(cè)量，并通過(guò)數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)摩擦副之間保持徑向恒定載荷和交變載荷。
[0022]4、本發(fā)明通過(guò)信號(hào)采集處理控制系統(tǒng)對(duì)微動(dòng)頻率進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，具有控制簡(jiǎn)單、精度高的特點(diǎn)。
[0023]5、本發(fā)明采用安裝在豎直運(yùn)動(dòng)軸上的拉壓力傳感器精確測(cè)量施加徑向載荷前后豎直方向上的拉壓力變化，間接測(cè)量在不同微動(dòng)磨損振幅、頻率、徑向載荷和不同水化學(xué)環(huán)境下摩擦副之間的摩擦力大小。
[0024]6、本發(fā)明通過(guò)壓力平衡機(jī)構(gòu)解決了水平運(yùn)動(dòng)軸和豎直運(yùn)動(dòng)軸的壓力平衡和密封的問(wèn)題。
[0025]7、本發(fā)明在激振器的豎直運(yùn)動(dòng)軸和水平運(yùn)動(dòng)軸上分別設(shè)置兩個(gè)直線導(dǎo)軌，保證豎直運(yùn)動(dòng)軸和水平運(yùn)動(dòng)軸僅在軸向方向運(yùn)動(dòng)，具有運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)的特點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1為高溫高壓原位復(fù)合微動(dòng)磨損試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，I液壓泵；2液壓泵放氣閥；3液壓泵手搖桿；4工作電極/輔助電極座；5排氣閥；6液壓缸；7豎直運(yùn)動(dòng)軸；8導(dǎo)液管；9安全閥；10壓力傳感器；11壓力表；12摩擦副第一試樣夾持裝置；13豎直運(yùn)動(dòng)軸導(dǎo)向支架；14滑塊；15立柱；16定位板；17上導(dǎo)向平臺(tái)板；18上部導(dǎo)向桿；19上直線導(dǎo)軌；
20高壓釜體；21工作電極；22釜體加熱套；23摩擦副第二試樣夾持裝置；24右直線導(dǎo)軌；25冷卻水出水口 ；26右部導(dǎo)向桿；27水平運(yùn)動(dòng)軸冷卻水套；28拉壓力傳感器II ；29水平運(yùn)動(dòng)軸導(dǎo)向支架；30左直線導(dǎo)軌；31左部導(dǎo)向桿；32壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器；33壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器緊固裝置；34水平運(yùn)動(dòng)軸；35輔助電極；36進(jìn)液閥；37高壓釜蓋；38參比電極座；39豎直運(yùn)動(dòng)軸冷卻水套；40參比電極；41拉壓力傳感器I ;42下直線導(dǎo)軌；43激振器；44冷卻水進(jìn)水口 ；45熱電偶；46位移傳感器；47下部導(dǎo)向桿；48下導(dǎo)向平臺(tái)板；49激振器導(dǎo)向支架桿。
[0027]圖2為上導(dǎo)向平臺(tái)板結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，13豎直運(yùn)動(dòng)軸導(dǎo)向支架；17上導(dǎo)向平臺(tái)板；18上部導(dǎo)向桿；19上直線導(dǎo)軌；50導(dǎo)向支架固定螺母。
[0028]圖3(a)_(b)為第一試樣摩擦副夾持裝置示意圖。其中，圖3(a)為主視圖；圖3(13)為側(cè)視圖。圖中，12摩擦副第一試樣夾持裝置；51第一試樣定位套筒；52第一試樣錐頭定位螺栓；53摩擦副第一試樣；54第一試樣壓緊螺栓。
[0029]圖4(a)-(b)為摩擦副第二試樣夾持裝置示意圖。其中，圖4(a)為主視圖；圖4(13)為側(cè)視圖。圖中，23摩擦副第二試樣夾持裝置；26右部導(dǎo)向桿；55定位套筒緊固螺栓；56第二試樣定位套筒;57套筒錐頭定位螺栓；58摩擦副第二試樣定位螺栓；59摩擦副第二試樣；60摩擦副第二試樣套管。

【具體實(shí)施方式】
[0030]本發(fā)明高溫高壓原位復(fù)合微動(dòng)磨損試驗(yàn)裝置，由壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器、拉壓力傳感器、激振器、位移傳感器、直線導(dǎo)軌、高壓釜體、高壓釜蓋、工作電極/輔助電極座、參比電極座、液壓缸、熱電偶、立柱、定位板、第一試樣夾持裝置、豎直運(yùn)動(dòng)軸、水平運(yùn)動(dòng)軸、運(yùn)動(dòng)軸導(dǎo)向支架、輔助電極、參比電極、工作電極、導(dǎo)向平臺(tái)板、導(dǎo)向桿等構(gòu)成，能實(shí)現(xiàn)高溫高壓下對(duì)試樣表面進(jìn)行原位切向微動(dòng)磨損、徑向微動(dòng)磨損和雙向(切向和徑向)復(fù)合微動(dòng)磨損。本發(fā)明通過(guò)安裝水平方向的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器和拉壓力傳感器實(shí)現(xiàn)試樣徑向恒定載荷和交變載荷的精確控制，通過(guò)豎直方向的高能激振器、位移傳感器、拉壓力傳感器控制切向微動(dòng)振幅、微動(dòng)頻率和摩擦力的精確測(cè)量和調(diào)節(jié)，此外通過(guò)高壓釜上的參比電極、工作電極和輔助電極，并配合電化學(xué)工作站將微動(dòng)磨損過(guò)程中的電化學(xué)信號(hào)檢測(cè)出來(lái)。本發(fā)明裝置的高溫高壓是指，最高工作溫度可以達(dá)到350°C，最大工作壓力可以達(dá)到20MPa。
[0031]如圖1、圖2、圖3(a)-(b)、圖4(a)-(b)所示，本發(fā)明高溫高壓原位復(fù)合微動(dòng)磨損試驗(yàn)裝置主要包括:液壓泵1、液壓泵放氣閥2、液壓泵手搖桿3、工作電極/輔助電極座4、排氣閥5、液壓缸6、豎直運(yùn)動(dòng)軸7、導(dǎo)液管8、安全閥9、壓力傳感器10、壓力表11、摩擦副第一試樣夾持裝置12、豎直運(yùn)動(dòng)軸導(dǎo)向支架13、滑塊14、立柱15、定位板16、上導(dǎo)向平臺(tái)板17、上部導(dǎo)向桿18、上直線導(dǎo)軌19、高壓釜體20、工作電極21、釜體加熱套22、摩擦副第二試樣夾持裝置23、右直線導(dǎo)軌24、冷卻水出水口 25、右部導(dǎo)向桿26、水平運(yùn)動(dòng)軸冷卻水套27、拉壓力傳感器II 28、水平運(yùn)動(dòng)軸導(dǎo)向支架29、左直線導(dǎo)軌30、左部導(dǎo)向桿31、壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器32、壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器緊固裝置33、水平運(yùn)動(dòng)軸34、輔助電極35、進(jìn)液閥36、高壓釜蓋37、參比電極座38、豎直運(yùn)動(dòng)軸冷卻水套39、參比電極40、拉壓力傳感器I 41、下直線導(dǎo)軌42、激振器43、冷卻水進(jìn)水口 44、熱電偶45、位移傳感器46、下部導(dǎo)向桿47、下導(dǎo)向平臺(tái)板48、激振器導(dǎo)向支架桿49、導(dǎo)向支架固定螺母50、第一試樣定位套筒51、第一試樣錐頭定位螺栓52、摩擦副第一試樣53、第一試樣壓緊螺栓54、定位套筒緊固螺栓55、第二試樣定位套筒56、套筒錐頭定位螺栓57、摩擦副第二試樣定位螺栓58、摩擦副第二試樣59、摩擦副第二試樣套管60等，具體結(jié)構(gòu)如下:
[0032]高壓釜采用高壓釜蓋37和高壓釜體20倒立式結(jié)構(gòu)，高壓釜蓋37在下，高壓釜體20在上，高壓釜體20側(cè)壁開(kāi)孔并安裝水平運(yùn)動(dòng)軸34 ；高壓釜蓋37上設(shè)置熱電偶45、豎直運(yùn)動(dòng)軸7、工作電極/輔助電極座4、參比電極座38及外置參比電極40，高壓釜體內(nèi)設(shè)置輔助電極35、工作電極21，輔助電極35和工作電極21分別通過(guò)導(dǎo)線穿過(guò)工作電極/輔助電極座4 ;參比電極40安裝于參比電極座38上，參比電極40的導(dǎo)液管8伸至高壓釜體20內(nèi)；豎直運(yùn)動(dòng)軸7為上部導(dǎo)向桿18和下部導(dǎo)向桿47之間通過(guò)拉壓力傳感器I 41分段連接構(gòu)成，其中:豎直運(yùn)動(dòng)軸7的上部導(dǎo)向桿18穿過(guò)上導(dǎo)向平臺(tái)板17中心的上直線導(dǎo)軌19，引導(dǎo)豎直運(yùn)動(dòng)軸7上下運(yùn)動(dòng)，上導(dǎo)向平臺(tái)板17通過(guò)其上的固定孔與高壓釜體20內(nèi)的豎直運(yùn)動(dòng)軸導(dǎo)向支架13通過(guò)導(dǎo)向支架固定螺母50連接(圖2)，豎直運(yùn)動(dòng)軸7的上部導(dǎo)向桿18裝有摩擦副第一試樣夾持裝置12于高壓釜體20內(nèi)，下部導(dǎo)向桿47和高壓釜蓋37之間設(shè)有壓力平衡機(jī)構(gòu)，并通過(guò)密封圈進(jìn)行密封，激振器43外側(cè)設(shè)置激振器導(dǎo)向支架桿49，激振器導(dǎo)向支架桿49的頂部安裝下導(dǎo)向平臺(tái)板48,激振器43上的連接桿穿過(guò)下導(dǎo)向平臺(tái)板48中心的下直線導(dǎo)軌42，激振器43的激振頭引導(dǎo)下部導(dǎo)向桿47上下運(yùn)動(dòng)，通過(guò)下部導(dǎo)向桿47帶動(dòng)豎直運(yùn)動(dòng)軸7上下運(yùn)動(dòng)；水平運(yùn)動(dòng)軸34為左部導(dǎo)向桿31和右部導(dǎo)向桿26通過(guò)拉壓力傳感器II 28分段連接構(gòu)成，其中:水平運(yùn)動(dòng)軸34的左部導(dǎo)向桿31和右部導(dǎo)向桿26分別穿過(guò)水平運(yùn)動(dòng)軸導(dǎo)向支架29中心的左直線導(dǎo)軌30和高壓釜內(nèi)的右直線導(dǎo)軌24，引導(dǎo)水平運(yùn)動(dòng)軸34左右運(yùn)動(dòng)，水平運(yùn)動(dòng)軸導(dǎo)向支架29固定在高壓釜升降定位板16上，水平運(yùn)動(dòng)軸34的右端裝有摩擦副第二試樣夾持裝置23于高壓釜體20內(nèi)，右部導(dǎo)向桿26與高壓釜體20之間設(shè)有壓力平衡機(jī)構(gòu)，并通過(guò)密封圈進(jìn)行密封，左部導(dǎo)向桿31與壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器32通過(guò)螺紋相連接，壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器緊固裝置33穿過(guò)水平運(yùn)動(dòng)軸導(dǎo)向支架29與壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器32連接固定。
[0033]在豎直運(yùn)動(dòng)軸7下部和水平運(yùn)動(dòng)軸34左側(cè)分別設(shè)有運(yùn)動(dòng)軸軸套，運(yùn)動(dòng)軸軸套外部分別設(shè)有豎直運(yùn)動(dòng)軸冷卻水套39和水平運(yùn)動(dòng)軸冷卻水套27，豎直運(yùn)動(dòng)軸冷卻水套39和水平運(yùn)動(dòng)軸冷卻水套27之間通過(guò)管路連接，水平運(yùn)動(dòng)軸冷卻水套27上設(shè)有運(yùn)動(dòng)軸冷卻水出水口 25，豎直運(yùn)動(dòng)軸冷卻水套39上設(shè)有運(yùn)動(dòng)軸冷卻水進(jìn)水口 44，通過(guò)運(yùn)動(dòng)軸冷卻水進(jìn)水口44向豎直運(yùn)動(dòng)軸冷卻水套39和水平運(yùn)動(dòng)軸冷卻水套27通入冷卻水，經(jīng)過(guò)熱交換后的冷卻水通過(guò)水平運(yùn)動(dòng)軸冷卻水出水口 25排出，可有效防止壓力平衡機(jī)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)軸套溫度過(guò)高。
[0034]本發(fā)明中，高壓釜中的高溫高壓溶液會(huì)對(duì)豎直運(yùn)動(dòng)軸7產(chǎn)生一個(gè)向下的作用力，而豎直運(yùn)動(dòng)軸7軸套下部與高壓釜相連通的腔內(nèi)高壓液體則會(huì)對(duì)豎直運(yùn)動(dòng)軸7產(chǎn)生一個(gè)向上的作用力，下部導(dǎo)向桿47和高壓釜蓋37之間的壓力平衡機(jī)構(gòu)主要是指這兩個(gè)力之間的平衡。此外，豎直運(yùn)動(dòng)軸7還受其與密封圈之間的摩擦力以及自身重力作用，豎直運(yùn)動(dòng)軸7的平衡主要是受這四個(gè)力的共同作用。
[0035]本發(fā)明中，高壓釜中的高溫高壓溶液會(huì)對(duì)水平運(yùn)動(dòng)軸34產(chǎn)生一個(gè)向左的作用力，而水平運(yùn)動(dòng)軸34軸套左側(cè)與高壓釜相連通的腔內(nèi)高壓液體則會(huì)對(duì)水平運(yùn)動(dòng)軸34產(chǎn)生一個(gè)向右的作用力，右部導(dǎo)向桿26與高壓釜體20之間的壓力平衡機(jī)構(gòu)主要是指這兩個(gè)力之間的平衡。此外，水平運(yùn)動(dòng)軸34還受其與密封圈之間的摩擦力以及自身重力作用，水平運(yùn)動(dòng)軸34的平衡主要是受這四個(gè)力的共同作用。
[0036]本發(fā)明中，圖1中的工作電極21相當(dāng)于圖3(a)中的摩擦副第一試樣53，工作電極
21與第二試樣夾持裝置23 —端安裝的摩擦副第二試樣59相對(duì)接觸設(shè)置，通過(guò)水平運(yùn)動(dòng)軸34施加摩擦副第一試樣53和摩擦副第二試樣59之間的徑向載荷，豎直運(yùn)動(dòng)軸7帶動(dòng)摩擦副第一試樣53上下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)摩擦副第一試樣53、摩擦副第二試樣59之間的相對(duì)摩擦運(yùn)動(dòng)；其中，摩擦副第一試樣53和摩擦副第二試樣59采用不銹鋼、鎳基合金、鋯合金、硬質(zhì)合金或氧化鋁加工而成，摩擦副第一試樣53和摩擦副第一試樣夾持裝置12以及摩擦副第二試樣59與摩擦副第二試樣夾持裝置23均采用表面覆蓋有ZrO2的Zr_4合金進(jìn)行絕緣。
[0037]豎直運(yùn)動(dòng)軸7上設(shè)置位移傳感器46和拉壓力傳感器41，使用位移傳感器46對(duì)微動(dòng)磨損過(guò)程中微動(dòng)振幅進(jìn)行高頻實(shí)時(shí)測(cè)量，使用拉壓力傳感器I 41對(duì)豎直運(yùn)動(dòng)軸7的推力和拉力進(jìn)行高頻實(shí)時(shí)測(cè)量，并通過(guò)信號(hào)采集處理控制系統(tǒng)對(duì)微動(dòng)磨損過(guò)程的微動(dòng)振幅和微動(dòng)頻率進(jìn)行精確控制；摩擦副第一試樣53在豎直運(yùn)動(dòng)軸7的驅(qū)動(dòng)下做微動(dòng)振幅為2 μ m至1000 μ m，振動(dòng)頻率小于100Hz的振動(dòng)。
[0038]水平運(yùn)動(dòng)軸34上設(shè)置拉壓力傳感器II 28，使用拉壓力傳感器II 28對(duì)水平運(yùn)動(dòng)軸34的推力進(jìn)行高頻實(shí)時(shí)測(cè)量，通過(guò)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器32在摩擦副第一試樣53與摩擦副第二試樣之間59產(chǎn)生徑向恒定載荷和交變載荷，并使用信號(hào)采集處理控制系統(tǒng)對(duì)微動(dòng)磨損過(guò)程中徑向載荷的交變頻率和載荷峰值進(jìn)行精確控制；在壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器32的驅(qū)動(dòng)下，摩擦副第一試樣53與摩擦副第二試樣59之間可以施加載荷峰值小于800N、交變頻率小于100Hz的徑向載荷，交變載荷形式可以為正弦波振動(dòng)、方波振動(dòng)或三角波。
[0039]輔助電極35采用以鉬絲為導(dǎo)線的鉬片，鉬絲外部套有聚四氟乙烯熱縮管，工作電極21通過(guò)外部套有聚四氟乙烯熱縮管的鋯絲、鎳絲或不銹鋼絲作為導(dǎo)線點(diǎn)焊在摩擦副第一試樣53上；工作電極21和輔助電極35通過(guò)工作電極/輔助電極座4引出，配合電化學(xué)工作站檢測(cè)微動(dòng)磨損過(guò)程中的電化學(xué)信號(hào)，電化學(xué)工作站上的工作電極、輔助電極和參比電極的引線夾頭分別與工作電極21的導(dǎo)線、輔助電極35的導(dǎo)線和參比電極40的導(dǎo)線連接，通過(guò)電化學(xué)工作站快速采集和記錄試樣原位復(fù)合微動(dòng)磨損過(guò)程中的電流變化，將微動(dòng)磨損過(guò)程中試樣表面膜不斷發(fā)生破壞這一過(guò)程的電化學(xué)信號(hào)檢測(cè)出來(lái)。
[0040]高壓釜內(nèi)的上導(dǎo)向平臺(tái)板17采用缺口式設(shè)計(jì)，保證水平運(yùn)動(dòng)軸34隨高壓釜體20一起上下運(yùn)動(dòng)，使高壓釜安裝和拆卸更為方便；水平運(yùn)動(dòng)軸34由左部導(dǎo)向桿31和右部導(dǎo)向桿26通過(guò)拉壓力傳感器II 28連接組成，豎直運(yùn)動(dòng)軸7由上部導(dǎo)向桿18和下部導(dǎo)向桿47通過(guò)拉壓力傳感器I 41組成，即水平運(yùn)動(dòng)軸34和豎直運(yùn)動(dòng)軸7均采用分段式連接，便于拆卸和維護(hù)。
[0041]高壓釜體20上方設(shè)置定位板16，高壓釜體20頂部通過(guò)高壓釜提升螺栓與定位板16相連，高壓釜體20的外側(cè)設(shè)置釜體加熱套22。高壓釜外設(shè)置兩個(gè)立柱15形成雙立柱支架，雙立柱支架兩側(cè)分別設(shè)有液壓缸6，液壓泵I的輸出端與液壓缸6連接，通過(guò)液壓泵I為液壓缸6提供液壓動(dòng)力。液壓泵I上設(shè)置液壓泵手搖桿3和液壓泵放氣閥2，通過(guò)液壓泵手搖桿3驅(qū)動(dòng)液壓缸6，從而帶動(dòng)連接高壓釜體20的定位板16上下移動(dòng)。兩個(gè)立柱15穿過(guò)定位板上的開(kāi)孔內(nèi)側(cè)分別設(shè)置滑塊14，定位板16通過(guò)滑塊14與立柱15滑動(dòng)配合；水平運(yùn)動(dòng)軸導(dǎo)向支架29均通過(guò)螺紋連接固定在定位板16上，帶動(dòng)水平運(yùn)動(dòng)軸34隨定位板16和高壓爸體20 —起上下運(yùn)動(dòng)。
[0042]高壓釜蓋37側(cè)面穿設(shè)有進(jìn)液管和排氣管，在所述進(jìn)液管上安裝安全閥9、壓力表11、壓力傳感器10和進(jìn)液閥36，在所述排氣管上安裝排氣閥5。
[0043]如圖3(a)_(b)所不,第一試樣夾持裝置12包括第一試樣定位套筒51、第一試樣錐頭定位螺栓52、摩擦副第一試樣53、第一試樣壓緊螺栓54等，具體結(jié)構(gòu)如下:第一試樣定位套筒51內(nèi)側(cè)和第一試樣壓緊螺栓54采用變截面構(gòu)造，第一試樣定位套筒51兩端開(kāi)口，其一端開(kāi)口為由內(nèi)到外的喇叭形，摩擦副第一試樣53位于該開(kāi)口端的內(nèi)底部，摩擦副第一試樣53與第一試樣定位套筒51內(nèi)腔滑動(dòng)配合，第一試樣定位套筒51的側(cè)面對(duì)稱安裝第一試樣錐頭定位螺栓52，第一試樣錐頭定位螺栓52于摩擦副第一試樣53兩側(cè)、與摩擦副第一試樣53頂觸，使摩擦副第一試樣53固定；第一試樣定位套筒51另一端開(kāi)口為內(nèi)螺紋構(gòu)造，并通過(guò)第一試樣壓緊螺栓54的變截面端(直徑變小)伸至第一試樣定位套筒51的變截面端(直徑變小)壓緊摩擦副第一試樣53 ;摩擦副第一試樣53與摩擦副第二試樣59正對(duì)，并相互接觸，形成摩擦副。
[0044]如圖4(a)_(b)所示，摩擦副第二試樣夾持裝置23包括定位套筒緊固螺栓55、第二試樣定位套筒56、套筒錐頭定位螺栓57、摩擦副第二試樣定位螺栓58、摩擦副第二試樣59、摩擦副第二試樣套管60等，具體結(jié)構(gòu)如下:第二試樣定位套筒56內(nèi)側(cè)和定位套筒緊固螺栓55采用變截面構(gòu)造，摩擦副第二試樣套管60的一端為活塞端，該活塞端與第二試樣定位套筒56內(nèi)腔滑動(dòng)配合，摩擦副第二試樣套管60的另一端伸至第二試樣定位套筒56的一端外側(cè)，所述摩擦副第二試樣套管60另一端開(kāi)設(shè)的盲孔中插裝摩擦副第二試樣59，所述摩擦副第二試樣套管60另一端的側(cè)面對(duì)稱安裝摩擦副第二試樣錐頭定位螺栓58，摩擦副第二試樣錐頭定位螺栓58于摩擦副第二試樣59兩側(cè)、與摩擦副第二試樣59頂觸，使摩擦副第二試樣59固定；摩擦副第二試樣59采用一端為圓柱形,另一端為半球形設(shè)計(jì)；第二試樣定位套筒56側(cè)面對(duì)稱安裝套筒錐頭定位螺栓57，套筒錐頭定位螺栓57于摩擦副第二試樣套管60兩側(cè)、與摩擦副第二試樣套管60頂觸，使摩擦副第二試樣套管60固定；
[0045]摩擦副第二試樣套管60的活塞端背面、于第二試樣定位套筒56的另一端通過(guò)螺紋安裝定位套筒緊固螺栓55，定位套筒緊固螺栓55的變截面端(直徑變小)伸至第二試樣定位套筒56的變截面端(直徑變小)與摩擦副第二試樣套管60頂觸，使摩擦副第二試樣套管60進(jìn)一步固定；在定位套筒緊固螺栓55的另一端通過(guò)內(nèi)螺紋與右部導(dǎo)向桿26緊固連接。
[0046]本發(fā)明在高壓釜外設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)接口，可通過(guò)卡套與外部具有自動(dòng)控制功能的高溫高壓水循環(huán)腐蝕實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)(參見(jiàn)中國(guó)發(fā)明專利:201010275276.2，申請(qǐng)日:2010年09月08日、中國(guó)實(shí)用新型專利:201020521040.8，申請(qǐng)日:2010年09月08日，授權(quán)日:2011年06月01日)連接，從而可精確控制高壓釜內(nèi)的水化學(xué)環(huán)境。本發(fā)明中，激振器的生產(chǎn)廠家和規(guī)格型號(hào)是:南京佛能科技實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn)的HEV-500型高能電動(dòng)式激振器。
[0047]如圖1-圖4所示，本發(fā)明高溫高壓原位復(fù)合微動(dòng)磨損試驗(yàn)裝置的使用方法如下:
[0048]1、將鎳絲、不銹鋼絲或鋯絲外表面套一層聚四氟熱縮管，用熱風(fēng)槍熱縮后作為導(dǎo)線焊接在摩擦副第一試樣53表面；
[0049]2、將摩擦副第一試樣53安裝在表面覆蓋ZrO2的第一試樣夾持裝置12中，抒緊摩擦副第一試樣53背部的第一試樣壓緊螺栓54 ；
[0050]3、將參比電極40安裝在高壓釜蓋37上的參比電極座38，并保持參比電極40上部的出氣開(kāi)關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)；
[0051]4、前后擺動(dòng)液壓泵手搖桿3，雙立柱支架兩側(cè)液壓缸6彈出，從而帶動(dòng)連接高壓釜體20的定位板16上移，打開(kāi)高壓釜；
[0052]5、將輔助電極35安裝在高壓釜中，并保持與工作電極21正對(duì)；
[0053]6、將第一試樣夾持裝置12安裝在上部導(dǎo)向桿18上,并抒緊摩擦副第一試樣53兩側(cè)對(duì)稱分布的第一試樣錐頭定位螺栓52 ；
[0054]7、打開(kāi)液壓缸6的液壓泵放氣閥2，緩慢降落高壓釜體20，將高壓釜體20和釜體加熱套22依次調(diào)節(jié)到合適的高度，并擰緊高壓釜蓋37上的螺栓，使高壓釜蓋37和高壓釜體20組合而成密閉的高壓釜；
[0055]8、調(diào)節(jié)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器緊固裝置33，保證摩擦副第一試樣53、摩擦副第二試樣59在微動(dòng)過(guò)程中接觸并壓緊；
[0056]9、向高壓釜中充入體積為高壓釜容積1/2到2/3的溶液，并保證工作電極21、輔助電極35、和參比電極導(dǎo)液管8的末端能完全浸沒(méi)在溶液中；
[0057]10、根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要，通過(guò)進(jìn)液閥36向高壓釜中通入氬氣除氧，然后通過(guò)排氣閥5將氣體排出，除氣結(jié)束后，將進(jìn)液閥36和排氣閥5依次關(guān)閉；
[0058]11、打開(kāi)參比電極40上部的出氣開(kāi)關(guān)，待參比電極40的出液口連續(xù)出水后，將參比電極40的出液口處出氣開(kāi)關(guān)擰緊關(guān)閉；
[0059]12、打開(kāi)運(yùn)動(dòng)軸冷卻水進(jìn)水口 44的開(kāi)關(guān)，往運(yùn)動(dòng)軸冷卻水進(jìn)水口 44處通入冷卻水；
[0060]13、設(shè)定高壓釜的目標(biāo)加熱溫度、加熱調(diào)節(jié)電壓、超溫自動(dòng)斷電的溫度上限，設(shè)定壓力控制器低壓自動(dòng)斷電的壓力下限、微動(dòng)磨損的振幅和頻率、摩擦副之間的徑向載荷峰值和交變頻率等參數(shù)；
[0061]14、關(guān)閉低壓報(bào)警開(kāi)關(guān)，打開(kāi)釜體加熱套22的加熱電源開(kāi)關(guān)，對(duì)高壓釜進(jìn)行升溫；
[0062]15、待溫度達(dá)到設(shè)定值，打開(kāi)低壓報(bào)警開(kāi)關(guān)并趨于穩(wěn)定24小時(shí)后，打開(kāi)激振器控制開(kāi)關(guān)，驅(qū)動(dòng)豎直運(yùn)動(dòng)軸7運(yùn)動(dòng)，同時(shí)打開(kāi)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器控制開(kāi)關(guān)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求施加預(yù)定載荷和交變頻率，從而使摩擦副第一試樣53、摩擦副第二試樣59之間出現(xiàn)切向微動(dòng)磨損、徑向微動(dòng)磨損和復(fù)合微動(dòng)磨損。
[0063]16、根據(jù)試驗(yàn)需要利用恒電位儀給摩擦副第一試樣53上加一恒電位，使其處于鈍化狀態(tài)，通過(guò)電化學(xué)工作站快速采集和記錄微動(dòng)磨損過(guò)程中引起的暫態(tài)電流變化，便可獲知材料抗微動(dòng)磨損能力。
[0064]實(shí)施例結(jié)果表明，采用本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)高溫高壓下對(duì)試樣表面進(jìn)行原位切向微動(dòng)磨損、徑向微動(dòng)磨損和切向、徑向復(fù)合微動(dòng)磨損，解決高溫高壓下切向微動(dòng)磨損、徑向微動(dòng)磨損和切向、徑向復(fù)合微動(dòng)磨損難以實(shí)現(xiàn)、微動(dòng)振幅和微動(dòng)頻率難以精確測(cè)量和控制、徑向載荷難以精確測(cè)量并實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)、微動(dòng)磨損過(guò)程中電化學(xué)信號(hào)和摩擦副之間摩擦力難以測(cè)量等問(wèn)題。本發(fā)明通過(guò)安裝水平方向的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器和拉壓力傳感器實(shí)現(xiàn)試樣徑向恒定載荷和交變載荷的精確控制，通過(guò)豎直方向的高能激振器、位移傳感器、拉壓力傳感器控制切向微動(dòng)振幅、微動(dòng)頻率和摩擦力的精確測(cè)量和調(diào)節(jié)，此外通過(guò)高壓釜上的參比電極、工作電極和輔助電極，并配合電化學(xué)工作站將微動(dòng)磨損過(guò)程中的電化學(xué)信號(hào)檢測(cè)出來(lái)。
【權(quán)利要求】
1.一種高溫高壓原位復(fù)合微動(dòng)磨損試驗(yàn)裝置，其特征在于，該裝置設(shè)有:壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器、拉壓力傳感器、激振器、位移傳感器、直線導(dǎo)軌、高壓釜體、高壓釜蓋、工作電極/輔助電極座、參比電極座、液壓缸、熱電偶、立柱、定位板、第一試樣夾持裝置、豎直運(yùn)動(dòng)軸、水平運(yùn)動(dòng)軸、運(yùn)動(dòng)軸導(dǎo)向支架、輔助電極、參比電極、工作電極、導(dǎo)向平臺(tái)板、導(dǎo)向桿，具體結(jié)構(gòu)如下: 高壓釜采用高壓釜蓋和高壓釜體倒立式結(jié)構(gòu)，高壓釜蓋在下，高壓釜體在上，高壓釜體側(cè)壁開(kāi)孔并安裝水平運(yùn)動(dòng)軸；高壓釜蓋上設(shè)置熱電偶、豎直運(yùn)動(dòng)軸、工作電極/輔助電極座、參比電極座及外置參比電極，高壓釜體內(nèi)設(shè)置輔助電極、工作電極，輔助電極和工作電極分別通過(guò)導(dǎo)線穿過(guò)工作電極/輔助電極座；參比電極安裝于參比電極座上，參比電極的導(dǎo)液管伸至高壓釜體內(nèi)；豎直運(yùn)動(dòng)軸為上部導(dǎo)向桿和下部導(dǎo)向桿之間通過(guò)拉壓力傳感器I分段連接構(gòu)成，其中:豎直運(yùn)動(dòng)軸的上部導(dǎo)向桿穿過(guò)上導(dǎo)向平臺(tái)板中心的上直線導(dǎo)軌，引導(dǎo)豎直運(yùn)動(dòng)軸上下運(yùn)動(dòng)，上導(dǎo)向平臺(tái)板通過(guò)其上的固定孔與高壓釜體內(nèi)的豎直運(yùn)動(dòng)軸導(dǎo)向支架連接，豎直運(yùn)動(dòng)軸的上部導(dǎo)向桿裝有摩擦副第一試樣夾持裝置于高壓釜體內(nèi)，下部導(dǎo)向桿和高壓釜體之間設(shè)有壓力平衡機(jī)構(gòu)，并通過(guò)密封圈進(jìn)行密封，激振器外側(cè)設(shè)置激振器導(dǎo)向支架桿，激振器導(dǎo)向支架桿的頂部安裝下導(dǎo)向平臺(tái)板，連接桿穿過(guò)下導(dǎo)向平臺(tái)板中心的下直線導(dǎo)軌，激振器的激振頭引導(dǎo)連接桿上下運(yùn)動(dòng)，通過(guò)連接桿帶動(dòng)豎直運(yùn)動(dòng)軸上下運(yùn)動(dòng)；水平運(yùn)動(dòng)軸為左部導(dǎo)向桿和右部導(dǎo)向桿通過(guò)拉壓力傳感器II分段連接構(gòu)成，其中:水平運(yùn)動(dòng)軸的左部導(dǎo)向桿和右部導(dǎo)向桿分別穿過(guò)水平運(yùn)動(dòng)軸導(dǎo)向支架中心的左直線導(dǎo)軌和高壓釜內(nèi)的右直線導(dǎo)軌，引導(dǎo)水平運(yùn)動(dòng)軸左右運(yùn)動(dòng)，水平運(yùn)動(dòng)軸導(dǎo)向支架固定在高壓釜升降定位板上，水平運(yùn)動(dòng)軸的右端裝有摩擦副第二試樣夾持裝置于高壓釜內(nèi)，右部導(dǎo)向桿與高壓釜體之間設(shè)有壓力平衡機(jī)構(gòu)，并通過(guò)密封圈進(jìn)行密封，左部導(dǎo)向桿與壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器通過(guò)螺紋相連接。
2.按照權(quán)利要求1所述的高溫高壓原位復(fù)合微動(dòng)磨損試驗(yàn)裝置，其特征在于，工作電極相當(dāng)于摩擦副第一試樣，工作電極與第二試樣夾持裝置一端安裝的摩擦副第二試樣相對(duì)接觸設(shè)置，通過(guò)水平運(yùn)動(dòng)軸施加摩擦副第一試樣和摩擦副第二試樣之間的徑向載荷，豎直運(yùn)動(dòng)軸帶動(dòng)摩擦副第一試樣上下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)摩擦副第一試樣、摩擦副第二試樣之間的相對(duì)摩擦運(yùn)動(dòng)；其中，摩擦副第一試樣和摩擦副第二試樣采用不銹鋼、鎳基合金、鋯合金、硬質(zhì)合金或氧化鋁加工而成，摩擦副第一試樣和摩擦副第一試樣夾持裝置以及摩擦副第二試樣與摩擦副第二試樣夾持裝置均采用表面覆蓋有ZrO2的Zr-4合金進(jìn)行絕緣。
3.按照權(quán)利要求1所述的高溫高壓原位復(fù)合微動(dòng)磨損試驗(yàn)裝置，其特征在于，豎直運(yùn)動(dòng)軸上設(shè)置位移傳感器和拉壓力傳感器，使用位移傳感器對(duì)微動(dòng)磨損過(guò)程中微動(dòng)振幅進(jìn)行高頻實(shí)時(shí)測(cè)量，使用拉壓力傳感器對(duì)豎直運(yùn)動(dòng)軸的推力和拉力進(jìn)行高頻實(shí)時(shí)測(cè)量，并通過(guò)信號(hào)采集處理控制系統(tǒng)對(duì)微動(dòng)磨損過(guò)程的微動(dòng)振幅和微動(dòng)頻率進(jìn)行精確控制；摩擦副第一試樣在豎直運(yùn)動(dòng)軸的驅(qū)動(dòng)下做微動(dòng)振幅為2 μ m至1000 μ m，振動(dòng)頻率小于1000Hz的振動(dòng)。
4.按照權(quán)利要求1所述的高溫高壓原位復(fù)合微動(dòng)磨損試驗(yàn)裝置，其特征在于，水平運(yùn)動(dòng)軸上設(shè)置拉壓力傳感器，使用拉壓力傳感器對(duì)水平運(yùn)動(dòng)軸的推力進(jìn)行高頻實(shí)時(shí)測(cè)量，通過(guò)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器在摩擦副第一試樣與摩擦副第二試樣之間產(chǎn)生徑向恒定載荷和交變載荷，并使用信號(hào)采集處理控制系統(tǒng)對(duì)微動(dòng)磨損過(guò)程中徑向載荷的交變頻率和載荷峰值進(jìn)行精確控制；在壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)下，摩擦副第一試樣與摩擦副第二試樣之間施加載荷峰值小于800N、交變頻率小于100Hz的徑向載荷，交變載荷形式為正弦波振動(dòng)、方波振動(dòng)或三角波。
5.按照權(quán)利要求1所述的高溫高壓原位復(fù)合微動(dòng)磨損試驗(yàn)裝置，其特征在于，輔助電極采用以鉬絲為導(dǎo)線的鉬片，鉬絲外部套有聚四氟乙烯熱縮管，工作電極通過(guò)外部套有聚四氟乙烯熱縮管的鋯絲、鎳絲或不銹鋼絲作為導(dǎo)線點(diǎn)焊在摩擦副第一試樣上；工作電極和輔助電極通過(guò)工作電極/輔助電極座引出，配合電化學(xué)工作站檢測(cè)微動(dòng)磨損過(guò)程中的電化學(xué)信號(hào)，電化學(xué)工作站上的工作電極、輔助電極和參比電極的引線夾頭分別與工作電極的導(dǎo)線、輔助電極的導(dǎo)線和參比電極的導(dǎo)線連接，通過(guò)電化學(xué)工作站快速采集和記錄試樣原位復(fù)合微動(dòng)磨損過(guò)程中的電流變化，將微動(dòng)磨損過(guò)程中試樣表面膜不斷發(fā)生破壞這一過(guò)程的電化學(xué)信號(hào)檢測(cè)出來(lái)。
6.按照權(quán)利要求1所述的高溫高壓原位復(fù)合微動(dòng)磨損試驗(yàn)裝置，其特征在于，在豎直運(yùn)動(dòng)軸下部和水平運(yùn)動(dòng)軸左側(cè)分別設(shè)有運(yùn)動(dòng)軸軸套，運(yùn)動(dòng)軸軸套外部設(shè)有運(yùn)動(dòng)軸冷卻水套，豎直運(yùn)動(dòng)軸冷卻水套和水平運(yùn)動(dòng)軸冷卻水套之間通過(guò)管路連接，豎直運(yùn)動(dòng)軸冷卻水套上設(shè)有運(yùn)動(dòng)軸冷卻水進(jìn)水口，水平運(yùn)動(dòng)軸冷卻水套上設(shè)有運(yùn)動(dòng)軸冷卻水出水口，有效防止壓力平衡機(jī)構(gòu)溫度過(guò)高。
7.按照權(quán)利要求1所述的高溫高壓原位復(fù)合微動(dòng)磨損試驗(yàn)裝置，其特征在于，高壓釜內(nèi)導(dǎo)向平臺(tái)板采用缺口式設(shè)計(jì)，水平運(yùn)動(dòng)軸隨高壓釜體一起上下運(yùn)動(dòng)；水平運(yùn)動(dòng)軸由左部導(dǎo)向桿和右部導(dǎo)向桿組成，豎直運(yùn)動(dòng)軸由上部導(dǎo)向桿和下部導(dǎo)向桿組成，即水平運(yùn)動(dòng)軸和豎直運(yùn)動(dòng)軸均采用分段式連接。
8.按照權(quán)利要求1所述的高溫高壓原位復(fù)合微動(dòng)磨損試驗(yàn)裝置，其特征在于，高壓釜外設(shè)置兩個(gè)立柱形成雙立柱支架，雙立柱支架兩側(cè)分別設(shè)有液壓缸，液壓泵的輸出端與液壓缸連接；兩個(gè)立柱穿過(guò)定位板上的開(kāi)孔內(nèi)側(cè)分別設(shè)置滑塊，定位板通過(guò)滑塊與立柱滑動(dòng)配合；水平運(yùn)動(dòng)軸導(dǎo)向支架均通過(guò)螺紋連接固定在定位板上，帶動(dòng)水平運(yùn)動(dòng)軸隨定位板和高壓釜體一起上下運(yùn)動(dòng)。
9.按照權(quán)利要求1所述的高溫高壓原位復(fù)合微動(dòng)磨損試驗(yàn)裝置，其特征在于，第一試樣夾持裝置包括第一試樣定位套筒、第一試樣錐頭定位螺栓、摩擦副第一試樣、第一試樣壓緊螺栓，具體結(jié)構(gòu)如下:第一試樣定位套筒內(nèi)側(cè)和第一試樣壓緊螺栓采用變截面構(gòu)造，第一試樣定位套筒兩端開(kāi)口，其一端開(kāi)口為由內(nèi)到外的喇叭形，摩擦副第一試樣位于該開(kāi)口端的內(nèi)底部，摩擦副第一試樣與第一試樣定位套筒內(nèi)腔滑動(dòng)配合，第一試樣定位套筒的側(cè)面對(duì)稱安裝第一試樣錐頭定位螺栓，第一試樣錐頭定位螺栓于摩擦副第一試樣兩側(cè)、與摩擦副第一試樣頂觸，使摩擦副第一試樣固定；第一試樣定位套筒另一端開(kāi)口為內(nèi)螺紋構(gòu)造，并通過(guò)第一試樣壓緊螺栓壓緊摩擦副第一試樣；摩擦副第一試樣與摩擦副第二試樣正對(duì)，并相互接觸，形成摩擦副。
10.按照權(quán)利要求1所述的高溫高壓原位復(fù)合微動(dòng)磨損試驗(yàn)裝置，其特征在于，摩擦副第二試樣夾持裝置包括定位套筒緊固螺栓、第二試樣定位套筒、套筒錐頭定位螺栓、摩擦副第二試樣定位螺栓、摩擦副第二試樣、摩擦副第二試樣套管，具體結(jié)構(gòu)如下:第二試樣定位套筒內(nèi)側(cè)和定位套筒緊固螺栓采用變截面構(gòu)造，摩擦副第二試樣套管的一端為活塞端，該活塞端與第二試樣定位套筒內(nèi)腔滑動(dòng)配合，摩擦副第二試樣套管的另一端伸至第二試樣定位套筒的一端外側(cè)，所述摩擦副第二試樣套管另一端開(kāi)設(shè)的盲孔中插裝摩擦副第二試樣，所述摩擦副第二試樣套管另一端的側(cè)面對(duì)稱安裝摩擦副第二試樣錐頭定位螺栓，摩擦副第二試樣錐頭定位螺栓于摩擦副第二試樣兩側(cè)、與摩擦副第二試樣頂觸，使摩擦副第二試樣固定；摩擦副第二試樣采用一端為圓柱形，另一端為半球形；第二試樣定位套筒側(cè)面對(duì)稱安裝套筒錐頭定位螺栓，套筒錐頭定位螺栓于摩擦副第二試樣套管兩側(cè)、與摩擦副第二試樣套管頂觸，使摩擦副第二試樣套管固定； 摩擦副第二試樣套管的活塞端背面、于第二試樣定位套筒的另一端通過(guò)螺紋安裝定位套筒緊固螺栓，定位套筒緊固螺栓與摩擦副第二試樣套管頂觸，使摩擦副第二試樣套管進(jìn)一步固定；在定位套筒緊固螺栓的另一端通過(guò)內(nèi)螺紋與右部導(dǎo)向桿緊固連接。
【文檔編號(hào)】G01N3/02GK104374661SQ201410708739
【公開(kāi)日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月28日
【發(fā)明者】王家貞, 王儉秋, 杜科偉, 韓恩厚 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所