一種高溫高壓原位微動磨損試驗裝置制造方法
【專利摘要】本發明涉及微動磨損試驗裝置，具體為一種高溫高壓原位微動磨損試驗裝置，解決高溫高壓下原位微動磨損難以實現、微動振幅和頻率難以精確控制、微動磨損過程中電化學信號難以測量等問題。該裝置設有：激振器、熱電偶、工作電極/輔助電極座、高壓釜蓋、液壓缸、高壓釜體、立柱、定位板、第一試樣夾持加載裝置、運動軸、上直線導軌、工作電極、運動軸導向支架、輔助電極、連接螺母Ⅰ、參比電極座、參比電極、下直線導軌、上導向平臺板、上部導向桿、下部導向桿、下導向平臺板、連接螺母Ⅱ等，能實現高溫高壓下對試樣表面進行原位微動磨損。本發明通過安裝高壓釜上的參比電極、工作電極和輔助電極，并配合電化學工作站將微動磨損過程中的電化學信號檢測出來。
【專利說明】一種高溫高壓原位微動磨損試驗裝置

【技術領域】
[0001]本發明涉及微動磨損試驗裝置，具體為一種高溫高壓原位微動磨損試驗裝置。

【背景技術】
[0002]蒸汽發生器作為核電站連接一回路和二回路的樞紐，其內部有數千根傳熱管，在傳熱管內部為高溫高壓高流速的一回路水，外側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發生微動磨損，隨著服役時間的不斷增長最終導致傳熱管的失效。微動磨損作為蒸汽發生器傳熱管的主要失效模式之一，深入開展高溫高壓水中的微動磨損研究將對相關部件的設計和維護提供可靠的理論依據，提高傳熱管的服役壽命具有重要意義。
[0003]由于受到高溫高壓水環境的特殊性，實現在高溫高壓條件下原位微動磨損的非常困難。因此，目前研究傳熱管材料的微動磨損設備主要在常壓條件下使用，不能很好地模擬核電站實際水化學工況，對深入理解傳熱管微動磨損失效機理指導意義有限。


【發明內容】

[0004]本發明的目的在于提供一種高溫高壓原位微動磨損試驗裝置，解決現有技術中高溫高壓下原位微動磨損難以實現、微動磨損過程中電化學信號難以測量等問題。
[0005]本發明的技術方案如下:
[0006]一種高溫高壓原位微動磨損試驗裝置，該裝置設有:激振器、熱電偶、工作電極/輔助電極座、高壓釜蓋、液壓缸、高壓釜體、立柱、定位板、第一試樣夾持加載裝置、運動軸、上直線導軌、工作電極、運動軸導向支架、輔助電極、連接螺母1、參比電極座、參比電極、下直線導軌、上導向平臺板、上部導向桿、下部導向桿、下導向平臺板、連接螺母II，具體結構如下:
[0007]高壓釜采用高壓釜蓋和高壓釜體倒立式結構，高壓釜蓋在下，高壓釜體在上；高壓釜蓋穿上設置熱電偶、運動軸、工作電極/輔助電極座、參比電極座及外置參比電極，高壓釜體內設置輔助電極、工作電極，輔助電極和工作電極分別通過導線穿過工作電極/輔助電極座；參比電極安裝于參比電極座上，參比電極的導液管伸至高壓釜體內；運動軸為上部導向桿和下部導向桿之間通過連接螺母I分段連接構成，其中:運動軸的上部導向桿穿過上導向平臺板中心的上直線導軌，引導運動軸上下運動，上導向平臺板通過其上的固定孔與高壓釜體內的運動軸導向支架連接，運動軸的上部導向桿裝有第一試樣夾持加載裝置于高壓釜體內，下部導向桿和高壓釜之間設有壓力平衡機構，并通過密封圈進行密封，運動軸的下部導向桿與激振器上連接桿通過連接螺母II相連接。
[0008]所述的高溫高壓原位微動磨損試驗裝置，激振器外側設置激振器導向支架桿，激振器導向支架桿的頂部安裝下導向平臺板，連接桿穿過下導向平臺板中心的下直線導軌，激振器的激振頭引導連接桿上下運動，通過連接桿帶動運動軸上下運動。
[0009]所述的高溫高壓原位微動磨損試驗裝置，工作電極相當于摩擦副第二試樣，工作電極與第一試樣夾持加載裝置一端安裝的摩擦副第一試樣相對接觸設置，通過運動軸帶動摩擦副第一試樣，實現摩擦副第一試樣、摩擦副第二試樣之間的相對摩擦運動；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加載裝置以及摩擦副第二試樣與摩擦副第二試樣的第二試樣夾持裝置均采用表面覆蓋有ZrO2的Zr-4合金進行絕緣。
[0010]所述的高溫高壓原位微動磨損試驗裝置，在運動軸下部設有運動軸軸套，運動軸軸套外部設有運動軸冷卻水套，運動軸冷卻水套上分別設有運動軸冷卻水入口和運動軸冷卻水出口。
[0011]所述的高溫高壓原位微動磨損試驗裝置，高壓釜體上方設置定位板，高壓釜體頂部與定位板相連，高壓釜體的外側設置兩個半環形的陶瓷加熱套。
[0012]所述的高溫高壓原位微動磨損試驗裝置，高壓釜外設置兩個立柱形成雙立柱支架，雙立柱支架兩側分別設有液壓缸，液壓泵的輸出端與液壓缸連接；兩個立柱穿過定位板上的開孔內側分別設置滑塊，定位板通過滑塊與立柱滑動配合。
[0013]所述的高溫高壓原位微動磨損試驗裝置，運動軸上設置位移傳感器，使用位移傳感器對微動磨損過程中微動振幅進行高頻實時測量，并通過信號采集處理控制系統對微動磨損過程的微動振幅進行精確控制；摩擦副第一試樣在運動軸的驅動下做幅值為微米級、頻率小于500Hz的正弦振動，并且通過信號采集處理控制系統對微動頻率進行精確調節。
[0014]所述的高溫高壓原位微動磨損試驗裝置，輔助電極采用以鉬絲為導線的鉬片，鉬絲外部套有聚四氟乙烯熱縮管，工作電極通過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線點焊在摩擦副第一試樣上；工作電極和輔助電極通過工作電極/輔助電極座引出，配合電化學工作站檢測微動磨損過程中的電化學信號，電化學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線、輔助電極的導線和參比電極的導線連接，通過電化學工作站快速采集和記錄試樣原位微動磨損過程中的電流變化，將微動磨損過程中試樣表面膜不斷發生破壞這一過程的電化學信號檢測出來。
[0015]所述的高溫高壓原位微動磨損試驗裝置，第一試樣夾持加載裝置包括壓緊螺栓、定位套筒、錐頭定位螺栓、試樣套管、壓緊彈簧，具體結構如下:
[0016]定位套筒中設置試樣套管，試樣套管的一端為活塞端，該活塞端與定位套筒滑動配合；試樣套管的另一端伸至試樣套管的一端外側，該端開設的盲孔中插裝摩擦副第一試樣，該端的側面對稱安裝錐頭定位螺栓，錐頭定位螺栓于摩擦副第一試樣兩側、與摩擦副第一試樣頂觸，使摩擦副第一試樣固定；摩擦副第一試樣與摩擦副第二試樣正對，并相互接觸，形成摩擦副；
[0017]試樣套管的活塞端背面、于定位套筒中設置壓緊彈簧，試樣套管的另一端通過螺紋安裝壓緊螺栓，壓緊彈簧位于壓緊螺栓與試樣套管之間，調節壓緊螺栓的旋緊量改變壓緊彈簧的壓縮量，改變壓緊彈簧對試樣套管的壓力，從而改變摩擦副第一試樣與摩擦副第二試樣的徑向載荷，并形成平穩加載的機構。
[0018]所述的高溫高壓原位微動磨損試驗裝置，摩擦副第一試樣采用一端為圓柱形，另一端為半球形設計，并且在摩擦副第一試樣表面對稱加工兩個錐形孔，通過第一試樣夾持加載裝置的錐頭定位螺栓進行固定；摩擦副第二試樣背部設有壓緊螺栓，通過壓緊螺栓片狀摩擦副第二試樣固定在摩擦副第二試樣的第二試樣夾持裝置中，通過調節壓緊彈簧的壓縮量改變第二被測試樣和第一被測試樣之間的徑向載荷。
[0019]本發明的優點及有益效果是:
[0020]1、本發明裝置能實現試樣在高溫高壓下原位的微動磨損研究，配合電化學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，將微動磨損過程中試樣表面膜不斷發生破壞這一過程的電化學信號檢測出來。
[0021]2、本發明采用高能激振器作為驅動裝置，通過高精度位移傳感器對微動振幅進行高頻測量，并通過信號采集處理控制系統對微動振幅進行實時調節，具有控制精度高的特點。
[0022]3、本發明在第一試樣表面加工兩個錐形孔，通過第一試樣夾持加載裝置的錐頭緊固螺栓進行固定，夾持可靠、安裝方便，可通過調節壓緊彈簧的壓縮量改變第二被測試樣和第一被測試樣之間的徑向載荷。
[0023]4、本發明通過信號采集處理控制系統對微動頻率進行實時調節，具有控制簡單、精度高的特點。
[0024]5、本發明通過壓力平衡機構解決了運動軸的壓力平衡和密封的問題。
[0025]6、本發明在激振器的連接桿上和高壓釜內的導向平臺板中心孔均設置直線導軌，保證運動軸僅在軸向方向運動，具有運動平穩的特點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為高溫高壓原位微動磨損試驗裝置結構示意圖。圖中，I激振器；2激振器導向支架桿；3位移傳感器；4熱電偶；5運動軸冷卻水入口 ；6運動軸冷卻水套；7工作電極/輔助電極座；8排氣閥；9高壓釜蓋；10液壓缸；11陶瓷加熱套；12高壓釜體；13滑塊；14立柱；15定位板；16第一試樣夾持加載裝置；17上導向平臺板；18上直線導軌；19高壓釜提升螺栓；20工作電極；21第二試樣夾持裝置；22運動軸導向支架；23輔助電極；24安全閥；25壓力表；26上部導向桿；27壓力傳感器；28連接螺母I ;29下部導向桿；30參比電極座；31進液閥；32運動軸冷卻水出口 ；33參比電極排氣閥；34參比電極；35液壓泵手搖桿；36連接螺母II ;37液壓泵放氣閥；38液壓泵；39運動軸軸套；40下導向平臺板；41下直線導軌；42連接桿。
[0027]圖2為摩擦副及第一試樣夾持加載裝置結構示意圖。圖中，16第一試樣夾持加載裝置；43壓緊螺栓；44定位套筒；45錐頭定位螺栓；46摩擦副第一試樣；47摩擦副第二試樣；48試樣套管；49活塞端；50壓緊彈簧。
[0028]圖3為高溫高壓原位微動磨損試驗裝置控制柜示意圖。圖中，51加熱電源開關；52溫度加熱指示燈；53超溫報警燈；54低壓報警燈；55低壓報警開關；56壓力控制器；57溫度控制器；58溫度顯不器；59壓力顯不器。

【具體實施方式】
[0029]本發明高溫高壓原位微動磨損試驗裝置，由激振器、位移傳感器、高壓釜、陶瓷加熱套、徑向加載裝置、運動軸、信號采集處理控制系統、固定支架等組成，能實現高溫高壓下對試樣表面進行原位微動磨損，并可通過信號采集處理控制系統對微動磨損過程的振幅、頻率進行精確控制，通過徑向加載裝置對摩擦副之間的徑向載荷進行調節，通過安裝高壓釜上的參比電極、工作電極和輔助電極并配合電化學工作站將微動磨損過程中的電化學信號檢測出來。
[0030]如圖1-圖2所示，本發明高溫高壓原位微動磨損試驗裝置主要包括:激振器1、激振器導向支架桿2、位移傳感器3、熱電偶4、運動軸冷卻水入口 5、運動軸冷卻水套6、工作電極/輔助電極座7、排氣閥8、高壓釜蓋9、液壓缸10、陶瓷加熱套11、高壓釜體12、滑塊13、立柱14、定位板15、第一試樣夾持加載裝置16、上導向平臺板17、運動軸(上部導向桿26、下部導向桿29)、上直線導軌18、高壓釜提升螺栓19、工作電極20、第二試樣夾持裝置21、運動軸導向支架22、輔助電極23、安全閥24、壓力表25、壓力傳感器27、連接螺母I 28、參比電極座30、進液閥31、運動軸冷卻水出口 32、參比電極排氣閥33、參比電極34、液壓泵手搖桿35、連接螺母II 36、液壓泵放氣閥37、液壓泵38、運動軸軸套39、下導向平臺板40、下直線導軌41、連接桿42、壓緊螺栓43、定位套筒44、錐頭定位螺栓45、摩擦副第一試樣46、摩擦副第二試樣47、試樣套管48、活塞端49、壓緊彈簧50等，具體結構如下:
[0031]如圖1所示，高壓釜采用高壓釜蓋9和高壓釜體12倒立式結構，高壓釜蓋9在下，高壓釜體12在上；高壓釜蓋9穿上設置熱電偶4、運動軸、工作電極/輔助電極座7、參比電極座30及外置參比電極34，高壓釜體內設置輔助電極23、工作電極20、摩擦副(摩擦副第一試樣46、摩擦副第二試樣47)，輔助電極23和工作電極20分別通過導線穿過工作電極/輔助電極座7 ;參比電極34安裝于參比電極座30上，參比電極34的導液管伸至高壓釜體12內；運動軸為上部導向桿26和下部導向桿29之間通過連接螺母I 28分段連接構成，其中:運動軸的上部導向桿26穿過上導向平臺板17中心的上直線導軌18，引導運動軸上下運動，上導向平臺板17通過其上的固定孔與高壓釜體12內的運動軸導向支架22連接，運動軸的上部導向桿26上裝有第一試樣夾持加載裝置16于高壓爸體12內；運動軸的下部導向桿29與激振器I上的連接桿42通過連接螺母II 36相連接，激振器I外側設置激振器導向支架桿2，激振器導向支架桿2的頂部安裝下導向平臺板40，激振器連接桿42穿過下導向平臺板40中心的下直線導軌41，激振器I的輸出端引導激振器連接桿42運動，通過激振器I帶動運動軸上下運動。
[0032]本發明中，圖1中的工作電極20相當于圖2中的摩擦副第二試樣47，圖1中工作電極20與第一試樣夾持加載裝置16 —端安裝的摩擦副第一試樣46相對接觸設置，圖2中，摩擦副第一試樣46、摩擦副第二試樣47相對接觸設置。從而，通過運動軸實現摩擦副第一試樣46、摩擦副第二試樣47之間的相對摩擦運動。
[0033]運動軸和高壓釜之間設有壓力平衡機構，通過壓力平衡系統保證運動軸的平衡，運動軸采用分段連接的方式，便于拆卸和維護；在運動軸下部設有運動軸軸套39，運動軸軸套39外部設有運動軸冷卻水套6，運動軸冷卻水套6上分別設有運動軸冷卻水入口 5和運動軸冷卻水出口 32,通過運動軸冷卻水入口 5向運動軸冷卻水套6通入冷卻水,經過換熱循環后的冷卻水通過運動軸冷卻水出口 32排出，可有效防止壓力平衡機構和運動軸軸套39溫度過高。
[0034]本發明中，高壓釜中的高溫高壓溶液會對運動軸產生一個向下的作用力，而激振器I則會對運動軸產生一個向上的作用力，壓力平衡機構主要是指這兩個力之間的平衡。此外，運動軸還受其與密封圈之間的摩擦力以及自身重力作用，運動軸的平衡主要是這受這四個力的共同作用。
[0035]高壓釜體12上方設置定位板15，高壓釜體12頂部通過高壓釜提升螺栓19與定位板15相連，高壓釜體12的外側設置兩個半環形的陶瓷加熱套11。高壓釜外設置兩個立柱14形成雙立柱支架，雙立柱支架兩側分別設有液壓缸10，液壓泵38的輸出端與液壓缸10連接，通過液壓泵38為液壓缸10提供液壓動力。液壓泵38上設置液壓泵手搖桿35和放氣閥37，通過液壓泵手搖桿35驅動液壓缸10，從而帶動連接高壓釜體12的定位板15上下移動。兩個立柱14穿過定位板15上的開孔內側分別設置滑塊13，定位板15通過滑塊13與立柱14滑動配合。
[0036]高壓釜蓋9側面穿設有進液管和排氣管，在所述進液管上安裝安全閥24、壓力表25、壓力傳感器27和進液閥31，在所述排氣管上安裝排氣閥8。
[0037]運動軸的下部導向桿29上設置位移傳感器3，使用高精度位移傳感器3對微動磨損過程中微動振幅進行高頻實時測量，并通過信號采集處理控制系統對微動磨損過程的微動振幅進行精確控制。摩擦副第一試樣46在運動軸的驅動下做幅值為微米級、頻率小于500Hz的正弦振動，并且通過信號采集處理控制系統對微動頻率進行精確調節。
[0038]輔助電極23采用以鉬絲為導線的鉬片，鉬絲外部套有聚四氟乙烯熱縮管，工作電極20通過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線點焊在摩擦副第一試樣46上；工作電極20和輔助電極23通過工作電極/輔助電極座7引出，配合電化學工作站檢測微動磨損過程中的電化學信號。電化學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20的導線、輔助電極23的導線和參比電極34的導線連接，通過電化學工作站快速采集和記錄試樣原位微動磨損過程中的電流變化，將微動磨損過程中試樣表面膜不斷發生破壞這一過程的電化學信號檢測出來。
[0039]如圖2所示，第一試樣夾持加載裝置16包括壓緊螺栓43、定位套筒44、錐頭定位螺栓45、摩擦副第一試樣46、摩擦副第二試樣47、試樣套管48、活塞端49、壓緊彈簧50等，具體結構如下:
[0040]定位套筒44中設置試樣套管48，試樣套管48的一端為活塞端49，該活塞端49與定位套筒44滑動配合；試樣套管48的另一端伸至定位套筒44的一端外側，該端開設的盲孔中插裝摩擦副第一試樣46，該端的側面對稱安裝錐頭定位螺栓45，錐頭定位螺栓45于摩擦副第一試樣46兩側、與摩擦副第一試樣46頂觸，可將摩擦副第一試樣46固定；摩擦副第一試樣46與摩擦副第二試樣47正對，并相互接觸，形成摩擦副。
[0041]試樣套管48的活塞端49背面、于定位套筒44中設置壓緊彈簧50，試樣套管48的另一端通過螺紋安裝壓緊螺栓43，壓緊彈簧50位于壓緊螺栓43與試樣套管48之間，調節壓緊螺栓43的旋緊量改變壓緊彈簧50的壓縮量，改變壓緊彈簧50對試樣套管48的壓力，從而改變摩擦副第一試樣46與摩擦副第二試樣47的徑向載荷，并形成平穩加載的機構。
[0042]摩擦副第一試樣46采用一端為圓柱形，另一端為半球形設計，并且在摩擦副第一試樣46表面對稱加工兩個錐形孔，通過第一試樣夾持加載裝置16的錐頭定位螺栓45進行固定。摩擦副第二試樣47背部設有壓緊螺栓，通過壓緊螺栓將長寬高分別為13mmX 13mmX Imm的片狀摩擦副第二試樣47固定在摩擦副第二試樣47的第二試樣夾持裝置21中，可以通過調節壓緊彈簧的壓縮量改變第二被測試樣和第一被測試樣之間的徑向載荷。其中，摩擦副第一試樣46和摩擦副第二試樣47可以采用不銹鋼、鎳基合金、鋯合金、硬質合金或氧化鋁等加工而成，摩擦副第一試樣46和摩擦副第一試樣夾持加載裝置16以及摩擦副第二試樣47與摩擦副第二試樣47的第二試樣夾持裝置21均采用表面覆蓋有ZrO2的Zr-4合金進行絕緣。
[0043]本發明在高壓釜外設置標準接口，可通過卡套與外部具有自動控制功能的高溫高壓水循環腐蝕實驗系統(參見中國發明專利=201010275276.2，申請日:2010年09月08日；中國實用新型專利:201020521040.8，申請日:2010年09月08日，授權日:2011年06月01日)連接，從而可精確控制高壓釜內的水化學環境。本發明中，激振器的生產廠家和規格型號是:南京佛能科技實業有限公司生產的HEV-500型高能電動式激振器。
[0044]如圖3所示，還包括溫度和壓力保護控制柜，控制柜內設置加熱電源開關51、溫度加熱指示燈52、超溫報警燈53、低壓報警燈54、低壓報警開關55、壓力控制器56、溫度控制器57、溫度顯不器58、壓力顯不器59等,溫度控制器57分別與溫度顯不器58和超溫報警燈53相連，壓力控制器56分別與低壓報警開關55、壓力顯示器59和低壓報警燈54相連，溫度控制器57和壓力控制器56分別連至控制柜內的繼電器，繼電器通過導線連接陶瓷加熱套11的電爐絲，所述導線上設置加熱電源開關51和溫度加熱指示燈52，形成超溫斷電保護結構和低壓斷電保護結構。本發明通過在控制部分分別設置超溫自動斷電和低壓自動斷電，使該裝置在工作時更加安全可靠。特別是，由于采用超溫低壓報警，對于出現高壓釜體意外泄露等事故時，通過低壓報警能夠自動把加熱裝置切斷，對整個試樣裝置可以起到更好的保護性。
[0045]如圖1-圖2所示，本發明高溫高壓原位微動磨損試驗裝置的使用方法如下:
[0046]1、將鎳絲、不銹鋼絲或鋯絲外表面套一層聚四氟熱縮管，用熱風槍熱縮后作為導線焊接在摩擦副第一試樣46表面；
[0047]2、將摩擦副第一試樣46安裝在表面覆蓋ZrO2的第一試樣夾持加載裝置16中，并將摩擦副第一試樣46背部的壓緊螺栓43擰緊；
[0048]3、將參比電極34安裝在高壓釜蓋9上的參比電極座30，并保持參比電極34上部的出氣開關處于關閉狀態；
[0049]4、前后擺動液壓泵手搖桿35，雙立柱支架兩側液壓缸10彈出，從而帶動連接高壓釜體12的定位板15上移，打開高壓釜；
[0050]5、將輔助電極23安裝在高壓釜中，并保持與試樣(摩擦副第一試樣46、摩擦副第二試樣47)正對；
[0051]6、調節摩擦副第一試樣46背部的壓緊彈簧50，保證摩擦副第一試樣46、摩擦副第二試樣47在微動過程中接觸并壓緊；
[0052]7、打開液壓缸10的放氣閥37，緩慢降落高壓釜體12，將高壓釜體12和陶瓷加熱套11依次調節到合適的高度，并擰緊高壓釜蓋9上的螺栓，使高壓釜蓋9和高壓釜體12組合而成密閉的高壓釜；
[0053]8、向高壓釜中充入體積為高壓釜容積1/2到2/3的溶液，并保證試樣、輔助電極23導液管的末端和參比電極34導液管的末端能完全浸沒在溶液中；
[0054]9、根據實驗需要，通過進液閥31向高壓釜中通入氬氣除氧，然后通過排氣閥8將氣體排出。除氣結束后，將進液閥31和排氣閥8依次關閉；
[0055]1、打開參比電極34上部的出氣開關，待參比電極34的出液口連續出水后，將參比電極34的出液口處參比電極排氣閥33擰緊關閉；
[0056]11、設定溫度控制器57的目標加熱溫度、加熱調節電壓、超溫自動斷電的溫度上限，設定壓力控制器56低壓自動斷電的壓力下限以及微動磨損的振幅和頻率參數；
[0057]12、打開運動軸冷卻水入口 5的開關，往運動軸冷卻水入口 5處通入冷卻水；
[0058]13、關閉低壓報警開關55，打開陶瓷加熱套11的加熱電源開關51，對高壓釜進行升溫；
[0059]14、待溫度達到設定值，打開低壓報警開關55并趨于穩定24小時后，打開激振器控制開關，驅動運動軸運動，使摩擦副第一試樣46、摩擦副第二試樣47之間出現微動磨損。根據試驗需要利用恒電位儀給摩擦副第二試樣47上加一恒電位，使其處于鈍化狀態，通過電化學工作站快速采集和記錄微動磨損過程中引起的暫態電流變化，便可獲知材料抗微動磨損能力。
【權利要求】
1.一種高溫高壓原位微動磨損試驗裝置，其特征在于，該裝置設有:激振器、熱電偶、工作電極/輔助電極座、高壓釜蓋、液壓缸、高壓釜體、立柱、定位板、第一試樣夾持加載裝置、運動軸、上直線導軌、工作電極、運動軸導向支架、輔助電極、連接螺母1、參比電極座、參比電極、下直線導軌、上導向平臺板、上部導向桿、下部導向桿、下導向平臺板、連接螺母II，具體結構如下: 高壓釜采用高壓釜蓋和高壓釜體倒立式結構，高壓釜蓋在下，高壓釜體在上；高壓釜蓋穿上設置熱電偶、運動軸、工作電極/輔助電極座、參比電極座及外置參比電極，高壓釜體內設置輔助電極、工作電極，輔助電極和工作電極分別通過導線穿過工作電極/輔助電極座；參比電極安裝于參比電極座上，參比電極的導液管伸至高壓釜體內；運動軸為上部導向桿和下部導向桿之間通過連接螺母I分段連接構成，其中:運動軸的上部導向桿穿過上導向平臺板中心的上直線導軌，引導運動軸上下運動，上導向平臺板通過其上的固定孔與高壓釜體內的運動軸導向支架連接，運動軸的上部導向桿裝有第一試樣夾持加載裝置于高壓釜體內，下部導向桿和高壓釜之間設有壓力平衡機構，并通過密封圈進行密封，運動軸的下部導向桿與激振器上連接桿通過連接螺母II相連接。
2.按照權利要求1所述的高溫高壓原位微動磨損試驗裝置，其特征在于，激振器外側設置激振器導向支架桿，激振器導向支架桿的頂部安裝下導向平臺板，連接桿穿過下導向平臺板中心的下直線導軌，激振器的激振頭引導連接桿上下運動，通過連接桿帶動運動軸上下運動。
3.按照權利要求1所述的高溫高壓原位微動磨損試驗裝置，其特征在于，工作電極相當于摩擦副第二試樣，工作電極與第一試樣夾持加載裝置一端安裝的摩擦副第一試樣相對接觸設置，通過運動軸帶動摩擦副第一試樣，實現摩擦副第一試樣、摩擦副第二試樣之間的相對摩擦運動；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加載裝置以及摩擦副第二試樣與摩擦副第二試樣的第二試樣夾持裝置均采用表面覆蓋有ZrO2的Zr-4合金進行絕緣。
4.按照權利要求1所述的高溫高壓原位微動磨損試驗裝置，其特征在于，在運動軸下部設有運動軸軸套，運動軸軸套外部設有運動軸冷卻水套，運動軸冷卻水套上分別設有運動軸冷卻水入口和運動軸冷卻水出口。
5.按照權利要求1所述的高溫高壓原位微動磨損試驗裝置，其特征在于，高壓釜體上方設置定位板，高壓釜體頂部與定位板相連，高壓釜體的外側設置兩個半環形的陶瓷加熱套。
6.按照權利要求1所述的高溫高壓原位微動磨損試驗裝置，其特征在于，高壓釜外設置兩個立柱形成雙立柱支架，雙立柱支架兩側分別設有液壓缸，液壓泵的輸出端與液壓缸連接；兩個立柱穿過定位板上的開孔內側分別設置滑塊，定位板通過滑塊與立柱滑動配合。
7.按照權利要求1所述的高溫高壓原位微動磨損試驗裝置，其特征在于，運動軸上設置位移傳感器，使用位移傳感器對微動磨損過程中微動振幅進行高頻實時測量，并通過信號采集處理控制系統對微動磨損過程的微動振幅進行精確控制；摩擦副第一試樣在運動軸的驅動下做幅值為微米級、頻率小于500Hz的正弦振動，并且通過信號采集處理控制系統對微動頻率進行精確調節。
8.按照權利要求1所述的高溫高壓原位微動磨損試驗裝置，其特征在于，輔助電極采用以鉬絲為導線的鉬片，鉬絲外部套有聚四氟乙烯熱縮管，工作電極通過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線點焊在摩擦副第一試樣上；工作電極和輔助電極通過工作電極/輔助電極座引出，配合電化學工作站檢測微動磨損過程中的電化學信號，電化學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線、輔助電極的導線和參比電極的導線連接，通過電化學工作站采集和記錄試樣原位微動磨損過程中的電流變化，將微動磨損過程中試樣表面膜不斷發生破壞這一過程的電化學信號檢測出來。
9.按照權利要求1所述的高溫高壓原位微動磨損試驗裝置，其特征在于，第一試樣夾持加載裝置包括壓緊螺栓、定位套筒、錐頭定位螺栓、試樣套管、壓緊彈簧，具體結構如下: 定位套筒中設置試樣套管，試樣套管的一端為活塞端，該活塞端與定位套筒滑動配合；試樣套管的另一端伸至試樣套管的一端外側，該端開設的盲孔中插裝摩擦副第一試樣，該端的側面對稱安裝錐頭定位螺栓，錐頭定位螺栓于摩擦副第一試樣兩側、與摩擦副第一試樣頂觸，使摩擦副第一試樣固定；摩擦副第一試樣與摩擦副第二試樣正對，并相互接觸，形成摩擦副； 試樣套管的活塞端背面、于定位套筒中設置壓緊彈簧，試樣套管的另一端通過螺紋安裝壓緊螺栓，壓緊彈簧位于壓緊螺栓與試樣套管之間，調節壓緊螺栓的旋緊量改變壓緊彈簧的壓縮量，改變壓緊彈簧對試樣套管的壓力，從而改變摩擦副第一試樣與摩擦副第二試樣的徑向載荷，并形成平穩加載的機構。
10.按照權利要求9所述的高溫高壓原位微動磨損試驗裝置，其特征在于，摩擦副第一試樣采用一端為圓柱形，另一端為半球形設計，并且在摩擦副第一試樣表面對稱加工兩個錐形孔，通過第一試樣夾持加載裝置的錐頭定位螺栓進行固定；摩擦副第二試樣背部設有壓緊螺栓，通過壓緊螺栓片狀摩擦副第二試樣固定在摩擦副第二試樣的第二試樣夾持裝置中，通過調節壓緊彈簧的壓縮量改變第二被測試樣和第一被測試樣之間的徑向載荷。
【文檔編號】G01N3/04GK104359778SQ201410572777
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月23日 優先權日:2014年10月23日
【發明者】王家貞, 王儉秋, 韓恩厚 申請人:中國科學院金屬研究所