本发明专利技术公开了一种全海深模拟摩擦腐蚀试验测试装置，主要包括工作电极、参比电极等封装与密封结构、参比电极的制作工艺。全固态结构的参比电极通过参比电极组件密封安装在高压釜内，电极受力平衡、耐压强度高，解决了常用参比电极玻璃外壳易碎、多孔陶瓷易堵等问题，能适应苛刻的深海环境；工作电极采用先封装后密封的结构形式，并对封装后的工作表面进行磨削，可以获得精确的电极工作面积；参比电极组件内电极采用高强度铜合金，阶梯陶瓷外衬既承担高压海水产生的轴向力，也起隔离作用，避免高压釜、电极、海水构成闭合回路；综上所述，本发明专利技术能解决压力条件下的腐蚀测试试验，实现全海深摩擦磨损试验台同步进行动态腐蚀试验与摩擦磨损试验。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于摩擦磨损试验系统设计领域，具体涉及一种模拟超高压海洋环境下的摩擦腐蚀试验测试装置，可原位同步进行摩擦磨损和动态腐蚀测试。
技术介绍
海洋是高新技术发展的前沿领域，海洋的开发对工程技术有高度的依赖性。2011年《国家“十二五”科学和技术发展规划》将高端海洋工程装备列为大力培育和发展的战略性新兴产业。通过前沿技术的发展，以形成海上高技术作业能力为目标，强化核心技术开发和装备研制，推进海洋技术由近浅海向深远海的战略转移。由近浅海向深远海的转移，不仅具有重要的战略意义更具有海洋经济利益，因为75％水域是海深大于3000米的深海。由于天然海水是一种含有多种盐类的电解质溶液，具有强腐蚀性，大深度的高压环境对腐蚀特性的影响，以及摩擦与腐蚀相互作用的机理等基础问题的研究，是是海洋装备研制的基础。目前现有摩擦学理论尚未延伸至深海领域，人们缺乏对新型材料)在深海水环境中的摩擦、腐蚀性能、相互作用机理的系统认识。摩擦副的设计仍沿用陆地经验，可能导致深海装备磨损加剧，耐蚀性能下降。因而搭建“全海深模拟摩擦腐蚀试验测试装置”，探索材料在极端海洋环境下的摩擦磨损行为、规律以及服役失效机理，具有重要的现实意义。然而，摩擦磨损试验大多采用球-盘式或销-盘式标准试验机，在常压条件下，进行相关摩擦学试验，难以真实反映材料在深海环境下的摩擦学行为。用于动态腐蚀测量的电化学装置，其参比电极大多采用甘汞电极、银/氯化银电极。这类参比电极通常都是以某一溶液(如饱和KCL溶液)为内参比液，经多孔陶瓷与被测体系接界，内参比溶液能够以一定的速度通过液接装置泄漏到介质中，以便减小和稳定液接电位。这类电极应用在海洋环境中，常因海水介质中的悬浮物、海底沉积物、海洋生物堵塞多孔陶瓷而使电极性能不稳定。同时，内参比液和内电极封装在易碎玻璃外壳中。若增加特殊的耐压装置，不仅使得电极结构变得复杂，且液接电势难以估算。显然，这类电极难以适用于深海高压环境下的电化学测量。此外，以销-盘式摩擦试验机为例，通常下试件为盘状，做旋转运动；上试件为圆柱状，通过轴向移动完成法向力的加载。其移动过程中，首先需要克服高压密封产生的动摩擦力，而后才能完成试件间的法向加载。同时密封件在试验机工作过程中的磨损、热膨胀等会造成摩擦力不规则变化，这将导致加载力难以精确传递与准确测量。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种深海摩擦和腐蚀的模拟实验装置，能够解决压力环境下的电化学测量，实现材料在模拟深海环境下，同步进行摩擦磨损和动态腐蚀测量，进而更加真实的反应海洋材料的摩擦学行为。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种全海深模拟摩擦腐蚀试验测试装置，包括：高压釜、密封组件、电化学工作站、参比电极组件、工作电极封装、对电极组件、旋转加载轴；高压釜包括下罐体、上罐体、卡箍，下罐体、上罐体由卡箍扣合在一起；下罐体和上罐体相互对接的端面处由密封组件密封，在高压釜内部形成密闭容腔；上罐体内部向下凸起一个凸台，凸台上开设有通向上罐体外的第一通孔，工作电极封装安装在凸台下端，且工作电极封装的电极从第一通孔伸出上罐体外；上罐体上还开设有通向上罐体外部的第二通孔和第三通孔，分别对应安装参比电极组件、对电极组件，参比电极组件的电极从第二通孔伸出上罐体外、对电极组件的电极从第三通孔伸出上罐体外；电化学工作站分别连接参比电极组件、工作电极封装和对电极组件；旋转加载轴从下罐体伸入高压釜内，旋转加载轴上端正对工作电极封装，以与工作电极封装配合夹紧实验材料。进一步地，参比电极组件包括：密封压板、阶梯陶瓷外衬、O形圈、阶梯内电极、J形密封环、参比电极；阶梯内电极为阶梯轴结构，上部小圆柱端伸出上罐体外与电化学工作站连接，下部大圆柱端伸入上罐体内，J形密封环、阶梯陶瓷外衬从上至下依次套在阶梯内电极上且均固定在第二通孔内，阶梯陶瓷外衬内部的阶梯孔与阶梯内电极的阶梯面紧密配合；O形圈套在J形密封环下端的凹陷上，且下表面与阶梯陶瓷外衬抵接；密封压板抵挡在阶梯陶瓷外衬的下端面并固定在上罐体上，以将阶梯陶瓷外衬、O形圈、J形密封环压紧固定在第二通孔内；参比电极与阶梯内电极下端固定连接。进一步地，阶梯内电极的小圆柱端与上罐体之间留有足以使阶梯内电极和上罐体绝缘的间隙。进一步地，阶梯内电极的小圆柱端上部缠绕绝缘胶带。进一步地，参比电极组件还包括电极隔离垫，电极隔离垫固定在第一通孔内，且紧密抵挡在J形密封环上方。进一步地，阶梯内电极与阶梯陶瓷外衬的接触表面涂胶粘接。进一步地，参比电极为全固态结构的氯化银电极或者高纯锌电极。进一步地，对电极组件的结构是将参比电极组件的参比电极替换成对电极得到，对电极组件与第三通孔的安装方式和参比电极组件与第二通孔的安装方式相同。进一步地，工作电极封装包括：环氧树脂固化件、导线、聚甲醛圆柱销、内六角螺钉、密封压环、上试件、O形圈、J形密封环；上试件和导线通过焊接或者螺纹连接构成试件组件；试件组件与圆柱销通过环氧树脂固化封装得到的环氧树脂固化件封装成一个整体；圆柱销采用绝缘材料制作，通过圆柱销将环氧树脂固化件固定在凸台下端，使环氧树脂固化件的上表面与凸台的下表面紧密接触；J形密封环、O形圈、密封压环自上而下套在环氧树脂固化件外部，O形圈套在J形密封环下端的凹陷内；密封压环固定在凸台下端，其上表面紧压在O形圈下表面。进一步地，环氧树脂固化件是以环氧树脂E-44和低分子聚酰650为固化体系，质量配比1:0.8，并增加10％的添加促进剂(DMP-30)、15％的增韧剂(DBP)、及8％的硅微粉(SiO2)，加热再冷却固化后得到。与现有技术相比，本专利技术具有如下技术效果：1.该装置具备压力环境下，尤其是超高压环境下的电化学测量、电化学保护功能，较之传统摩擦磨损试验装置，能够同步进行摩擦磨损和动态腐蚀测量，从而评估磨损和腐蚀在材料失效中所占的比重，进而探索材料在海洋环境下磨损和腐蚀之间的交互作用规律及失效特征。2.全固态参比电极取代常用的甘汞电极，这类电极耐压强度高，具有良好的化学稳定性和电化学稳定性且不存在电势漂移现象，能满足深海环境下的特殊工况，可以克服传统参比电极玻璃外壳易碎、多孔陶瓷易堵塞的缺点。3.参比电极和对电极通过参比电极组件密封安装在高压釜内，参比电极和对电极受力平衡，性能稳定，有利于实现电极的快速拆装。4.参比电极组件的电极制成阶梯状，相比传统紫铜电极，具有更高的耐压强度。阶梯电极大圆柱端用于承受高压海水作用于电极产生的轴向力，小圆柱端用于密封高压海水。阶梯电极大端外衬为氧化铝陶瓷套，利用氧化铝陶瓷的绝缘性隔离电极与高压釜体，避免高压釜、电极、海水构成闭合回路，影响电化学测量的准确性。5.上试件与高压釜体固定封装，与传统摩擦试验机相比，避免了滑动摩擦力对加载力准确性的影响。6.工作电极为复合结构，内衬为上试件，外衬为固化后的环氧树脂。上试件经固化封装后，对其工作端面进行磨削加工，以便获得准确的电极工作面积。环氧树脂外衬的端面用于隔离高压釜与上试件，外衬的圆柱面用于密封高压釜体内的压力海水。附图说明附图1所示为全海深模拟摩擦磨损试验系统附图2所示为参比电极组件剖视图附图3所示为工作电极封装结构剖视图在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：电化学工作站1、参比电极组件2、工作电极封本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种全海深模拟摩擦腐蚀试验测试装置，其特征在于，包括：高压釜、电化学工作站、参比电极组件、工作电极封装、对电极组件、旋转加载轴；高压釜包括下罐体、上罐体、卡箍，下罐体、上罐体由卡箍扣合在一起；下罐体和上罐体相互对接的端面处密封，在高压釜内部形成密闭容腔；上罐体内部向下凸起一个凸台，凸台上开设有通向上罐体外的第一通孔，工作电极封装安装在凸台下端，且工作电极封装的电极从第一通孔伸出上罐体外；上罐体上还开设有通向上罐体外部的第二通孔和第三通孔，分别对应安装参比电极组件、对电极组件，参比电极组件的电极从第二通孔伸出上罐体外、对电极组件的电极从第三通孔伸出上罐体外；电化学工作站分别连接参比电极组件、工作电极封装和对电极组件；旋转加载轴从下罐体伸入高压釜内，旋转加载轴上端正对工作电极封装，以与工作电极封装配合夹紧实验材料。
【技术特征摘要】
1.一种全海深模拟摩擦腐蚀试验测试装置，其特征在于，包括：高压釜、电化学工作站、参比电极组件、工作电极封装、对电极组件、旋转加载轴；高压釜包括下罐体、上罐体、卡箍，下罐体、上罐体由卡箍扣合在一起；下罐体和上罐体相互对接的端面处密封，在高压釜内部形成密闭容腔；上罐体内部向下凸起一个凸台，凸台上开设有通向上罐体外的第一通孔，工作电极封装安装在凸台下端，且工作电极封装的电极从第一通孔伸出上罐体外；上罐体上还开设有通向上罐体外部的第二通孔和第三通孔，分别对应安装参比电极组件、对电极组件，参比电极组件的电极从第二通孔伸出上罐体外、对电极组件的电极从第三通孔伸出上罐体外；电化学工作站分别连接参比电极组件、工作电极封装和对电极组件；旋转加载轴从下罐体伸入高压釜内，旋转加载轴上端正对工作电极封装，以与工作电极封装配合夹紧实验材料。2.如权利要求1所述的一种全海深模拟摩擦腐蚀试验测试装置，其特征在于，参比电极组件包括：密封压板、阶梯陶瓷外衬、O形圈、阶梯内电极、J形密封环、参比电极；阶梯内电极为阶梯轴结构，上部小圆柱端伸出上罐体外与电化学工作站连接，下部大圆柱端伸入上罐体内，J形密封环、阶梯陶瓷外衬从上至下依次套在阶梯内电极上且均固定在第二通孔内，阶梯陶瓷外衬内部的阶梯孔与阶梯内电极的阶梯面紧密配合；O形圈套在J形密封环下端的凹陷上，且下表面与阶梯陶瓷外衬抵接；密封压板抵挡在阶梯陶瓷外衬的下端面并固定在上罐体上，以将阶梯陶瓷外衬、O形圈、J形密封环压紧固定在第二通孔内；参比电极与阶梯内电极下端固定连接。3.如权利要求2所述的一种全海深模拟摩擦腐蚀试验测试装置，其特征在于，阶梯内电极的小圆柱端与上罐体之间留有足以使阶梯内电极和上罐体绝缘的间隙。4.如权利要求3所述的一种全海深模拟摩擦腐蚀试验...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘勇，吴德发，刘银水，李超，苗娜，李辉，王杰，牛国贤，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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