本發(fā)明涉及深海環(huán)境模擬及摩擦磨損試驗，具體為一種基于深海環(huán)境模擬的摩擦腐蝕試驗系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著深海資源的不斷開發(fā)和利用，對深海設(shè)備的性能要求也越來越高。深海環(huán)境具有高壓、低溫、低氧、高腐蝕等特殊條件，相比于淺海，對材料的摩擦磨損性能有著顯著的影響。目前，模擬深海環(huán)境下的摩擦磨損行為已經(jīng)成為未來材料科學(xué)研究的重要方向之一。目前市場上的海水摩擦磨損試驗機主要面向常壓海水環(huán)境。盡管這些設(shè)備在模擬海水環(huán)境下的摩擦磨損行為方面已經(jīng)取得了一定的進展，但在模擬深海高壓環(huán)境方面仍存在局限性。

2、中國專利cn201910198034.9公開了一種高壓海水環(huán)境下的摩擦磨損試驗裝置，采用盛裝高壓海水的容器向摩擦磨損試驗裝置注入高壓海水，開展壓力和介質(zhì)環(huán)境下的摩擦磨損實驗。然而，該技術(shù)不能實時調(diào)控高壓海水環(huán)境，且海水腐蝕環(huán)境工況較為單一。中國專利cn202310265383.4公開了一種實海動態(tài)摩擦腐蝕在線監(jiān)測試驗系統(tǒng)與試驗方法，該技術(shù)用于實海環(huán)境下不同材質(zhì)、不同粗糙度、不同潤濕性與表面特性涂層的的耐磨防腐與粘附匹配行為，為實海環(huán)境動態(tài)摩擦磨損腐蝕提供新的在線監(jiān)測試驗系統(tǒng)與試驗方法。但是，實海測試需要投入大量的人力、物力和財力，且實際海洋環(huán)境具有高度的不可預(yù)測性和不可控性，如天氣變化、海浪大小、海水溫度等因素，這些因素可能影響測試結(jié)果的準(zhǔn)確性和一致性。此外，實海測試通常需要較長的時間周期，以充分暴露材料在海洋環(huán)境下的磨損情況，這可能會影響研究進度和試驗效率。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，目的在于提供一種基于深海環(huán)境模擬的摩擦腐蝕試驗系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠在動態(tài)模擬深海環(huán)境的同時，進行摩擦腐蝕試驗的研究。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供一種基于深海環(huán)境模擬的摩擦腐蝕試驗系統(tǒng)，包括深海環(huán)境模擬子系統(tǒng)、摩擦腐蝕試驗子系統(tǒng)；

4、所述深海環(huán)境模擬子系統(tǒng)包括配氣單元、儲液單元、水化學(xué)監(jiān)控單元、低溫高壓控制單元、pc數(shù)據(jù)處理與控制單元；配氣單元與儲液單元連接，水化學(xué)監(jiān)控單元、低溫高壓控制單元分別與儲液單元通過管路回路連接，儲液單元用于模擬海水的配制及儲存，配氣單元向儲液單元注入合適配比的氧氣和氮氣，水化學(xué)監(jiān)控單元用于實時監(jiān)測儲液單元內(nèi)模擬海水的水化學(xué)參數(shù)，低溫高壓控制單元用于實時調(diào)節(jié)儲液單元流出的模擬海水的溫度及壓力，pc數(shù)據(jù)處理及控制單元分別與配氣單元、水化學(xué)監(jiān)控單元、低溫高壓控制單元電性連接；

5、所述摩擦腐蝕試驗子系統(tǒng)包括摩擦腐蝕試驗機，摩擦腐蝕試驗機通過管路與低溫高壓控制單元連接，低溫高壓控制單元為摩擦腐蝕試驗機供給模擬深海海水。

6、進一步地，所述儲液單元包括儲液罐，儲液罐頂部設(shè)置有進液管、壓力表、排氣管，儲液罐底部設(shè)置排液管，進液管、排液管、排氣管上分別設(shè)置第一球閥、第二球閥、第一安全閥，儲液罐外側(cè)安裝上下限液位計。

7、優(yōu)選地，所述儲液罐頂部還連接有配氣調(diào)節(jié)指示管路，配氣調(diào)節(jié)指示管路上設(shè)置第二止回閥、針閥，配氣調(diào)節(jié)指示管路的出液端伸入配氣調(diào)節(jié)冒泡指示器內(nèi)盛裝的水中。

8、進一步地，所述配氣單元包括氮氣管線、氧氣管線，氮氣管線進氣端連接氮氣瓶，氧氣管線進氣端連接氧氣瓶，氮氣管線及氧氣管線的出氣端并線后與儲液罐內(nèi)下部設(shè)置的曝氣管連接；所述氮氣管線上設(shè)置有第一截止閥、第一減壓閥、第一電磁閥，氧氣管線山設(shè)置有第二截止閥、第二減壓閥、第二電磁閥，氮氣管線與氧氣管線并線管路上設(shè)置第一止回閥。

9、進一步地，所述水化學(xué)監(jiān)控單元包括水化學(xué)回路干管，水化學(xué)回路干管進液端連接儲液罐底部，其出液端連接儲液罐頂部，水化學(xué)回路干管上依次連接有溫度調(diào)節(jié)支管、溶氧檢測支管、ph檢測支管、電導(dǎo)率檢測支管，各支管的出液端連接儲液罐上部，所述水化學(xué)回路干管上依次設(shè)置第三球閥、離心混合泵、第四球閥、第六球閥、第九球閥、第十一球閥，溫度調(diào)節(jié)支管上設(shè)置第一流量計、第一換熱器，溫度調(diào)節(jié)支管進液端位于離心混合泵與第四球閥之間的水化學(xué)回路干管管段上，溶氧檢測支管上設(shè)置第二流量計、溶氧電極、第五球閥，溶氧檢測支管進液端位于第四球閥和第六球閥之間的水化學(xué)回路干管管段上，ph檢測支管第三流量計、ph電極、第七球閥，電導(dǎo)率檢測支管上設(shè)置第四流量計、電導(dǎo)率電極、第八球閥，ph檢測支管與電導(dǎo)率檢測支管的進液端均位于第六球閥與第九球閥之間的水化學(xué)回路干管管段上，第一流量計、第二流量計、第三流量計、第四流量計均采用可調(diào)流量計。

10、進一步地，所述低溫高壓控制單元包括低溫高壓控制回路管線，低溫高壓控制回路管線進液端與儲液罐底部連接，其出液端與第十一球閥進液端連接，低溫高壓控制回路管線上依次設(shè)置有第十球閥、過濾器、高壓隔膜泵、壓力緩沖器、第二換熱器、第一溫度傳感器、第五截止閥、第三換熱器、第二溫度傳感器、背壓調(diào)節(jié)器、第五流量計，壓力緩沖器上安裝壓力變送器，所述高壓隔膜泵上設(shè)有隔膜故障報警器、第二壓力表，第二壓力表為帶限位壓力表，第五截止閥兩端并聯(lián)摩擦腐蝕試驗海水輸送管路，摩擦腐蝕試驗海水輸送管路上設(shè)置第三截止閥、第四截止閥，摩擦腐蝕試驗機連接于第三截止閥、第四截止閥之間。

11、優(yōu)選地，所述高壓隔膜泵與壓力緩沖器之間的低溫高壓控制回路管線上設(shè)置第一外排管，第一外排管上設(shè)置第二安全閥；背壓調(diào)節(jié)器與第五流量計之間的低溫高壓控制回路管線上設(shè)置第二外排管，第二外排管上設(shè)置第三安全閥。

12、進一步地，所述pc數(shù)據(jù)處理與控制單元包括配氣pid控制器、第一溫度pid控制器、第二溫度pid控制器、pc機，配氣pid控制器、第一溫度pid控制器、第二溫度pid控制器均與pc機電性連接，配氣pid控制器分別與第一電磁閥、第二電磁閥電性連接，第一溫度pid控制器與第一溫度傳感器電性連接，第二溫度pid控制器與第二溫度傳感器電性連接，壓力變送器與pc機電性連接。

13、進一步地，所述摩擦試驗機包括釜體、釜體頂部可拆卸連接的釜蓋，釜體底部設(shè)置注液管，釜蓋上設(shè)有出液管，注液管的入口與第三截止閥出水端連接，出液管的出口與第四截止閥的進水端連接，釜蓋頂部中間安裝磁力驅(qū)動器，釜體底部中間通過機架安裝步進電機驅(qū)動器，釜體內(nèi)部設(shè)置下腔架、上腔架，上腔架固定于釜蓋頂壁上，下腔架與上腔架可拆卸連接，上腔架中間轉(zhuǎn)動安裝銷釘支架，銷釘支架上安裝摩擦銷釘，磁力驅(qū)動器的磁力軸通過彈性聯(lián)軸節(jié)與銷釘支架的中心軸同軸連接，下腔架中間通過滑動軸承安裝托架，托架的盤狀頂面上設(shè)置絕緣墊，絕緣墊上設(shè)置摩擦盤，托架的中心軸通過彈簧加載器連接加載桿，加載桿下端通過旋轉(zhuǎn)聯(lián)軸器連接步進電機驅(qū)動器的輸出軸，工作時，磁力驅(qū)動器驅(qū)動銷釘支架旋轉(zhuǎn)運動，步進電機驅(qū)動器驅(qū)動托架豎直向上或向下運動使摩擦盤頂面與摩擦銷釘下端接觸或分離。

14、進一步地，所述步進電機驅(qū)動器輸出軸上安裝載荷傳感器，加載桿上安裝力矩傳感器。

15、進一步地，所述彈簧加載器包括拉桿聯(lián)軸器、彈簧，彈簧套設(shè)于拉桿聯(lián)軸器上部，彈簧上端抵觸托架，彈簧下端抵觸拉桿聯(lián)軸器下部，拉桿聯(lián)軸器上端滑動連接托架，拉桿聯(lián)軸器下端連接加載桿。

16、進一步地，所述釜體內(nèi)還設(shè)有工作電極、輔助電極、參比電極，工作電極嵌設(shè)于摩擦盤上表面且位于摩擦銷釘正下方，輔助電極位于下腔架內(nèi)壁，與工作電極、輔助電極分別連接的兩根導(dǎo)線分別通過釜蓋頂部設(shè)置的兩個高壓穿線管穿出釜蓋外后連接電化學(xué)工作站，參比電極設(shè)置于釜體(4902)下部，參比電極通過導(dǎo)線與電化學(xué)工作站連接。

17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益技術(shù)效果：

18、1.本發(fā)明的一種基于深海環(huán)境模擬的摩擦腐蝕試驗系統(tǒng)能夠精確動態(tài)模擬深海高壓環(huán)境。深海是耦合了高壓、腐蝕、低溫、低氧等多環(huán)境因素耦合的環(huán)境，現(xiàn)有的深海模擬設(shè)備僅能通過氣壓或者水壓的形式模擬海水壓力，而不能調(diào)控與監(jiān)測海水的溫度、溶氧、ph、電導(dǎo)率等海水指標(biāo)。本發(fā)明所涉及的深海環(huán)境模擬系統(tǒng)可以從海水壓力、溫度、溶氧、ph、電導(dǎo)率全方位模擬深海環(huán)境，實現(xiàn)全海域、全海深高保真模擬。

19、2.本發(fā)明的一種基于深海環(huán)境模擬的摩擦腐蝕試驗系統(tǒng)能夠進行模擬深海高壓環(huán)境下的原位摩擦磨損與腐蝕電化學(xué)測試。深海裝備的關(guān)鍵運動部件直接在深海高壓海水中服役，材料產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕-磨損耦合損傷，因此，評價材料的腐蝕磨損性能對于深海裝備的安全性與可靠性至關(guān)重要。目前，關(guān)于深海環(huán)境材料腐蝕磨損性能的評價均在常壓海水環(huán)境開展，但是深海是不同于常壓海水環(huán)境的苛刻復(fù)雜環(huán)境，測試環(huán)境不同，材料的性能評價結(jié)果的可信度可能使得相關(guān)研究誤入歧途。本發(fā)明所涉及的基于深海環(huán)境模擬的摩擦腐蝕試驗系統(tǒng)能夠在精確模擬的深海環(huán)境下進行原位的摩擦磨損與腐蝕電化學(xué)測試，精確再現(xiàn)了深海裝備關(guān)鍵運動部件材料的腐蝕磨損工況，所獲得的結(jié)果可信度高，對深海裝備的選材與防護指導(dǎo)性強。

20、3.本發(fā)明的一種基于深海環(huán)境模擬的摩擦腐蝕試驗系統(tǒng)能夠在進行摩擦磨損的同時進行原位電化學(xué)測試，同步獲得摩擦學(xué)與電化學(xué)信息，進行深海環(huán)境下腐蝕-磨損交互作用研究。深海裝備的關(guān)鍵運動部件直接在深海高壓海水中主要發(fā)生腐蝕-磨損耦合損傷，其損傷的本質(zhì)是腐蝕與磨損的交互作用。因此，評價深海裝備材料在深海高壓環(huán)境的腐蝕磨損交互作用對科學(xué)研究與工程應(yīng)用都具有重大價值。通常，腐蝕-磨損交互作用的評價在常壓下將摩擦副作為工作電極接入電化學(xué)三電極系統(tǒng)，相關(guān)的測試方法相對比較成熟。但是，在深海高壓環(huán)境下的腐蝕磨損交互作用的評價仍然是一個亟需突破的關(guān)鍵技術(shù)。本發(fā)明所涉及的基于深海環(huán)境模擬的摩擦腐蝕試驗系統(tǒng)能夠在精確模擬的深海環(huán)境下同步開展摩擦磨損與腐蝕電化學(xué)測試，基于摩擦磨損與腐蝕電化學(xué)結(jié)果，可以實現(xiàn)腐蝕-磨損交互作用的定量解析，具有顯著的創(chuàng)新性和先進性。