一種高溫高壓原位微動(dòng)磨損試驗(yàn)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及微動(dòng)磨損試驗(yàn)裝置，具體為一種高溫高壓原位微動(dòng)磨損試驗(yàn)裝置，解決高溫高壓下原位微動(dòng)磨損難以實(shí)現(xiàn)、微動(dòng)振幅和頻率難以精確控制、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：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(yùn)動(dòng)軸、上直線導(dǎo)軌、工作電極、運(yùn)動(dòng)軸導(dǎo)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(dǎo)軌、上導(dǎo)向平臺(tái)板、上部導(dǎo)向桿、下部導(dǎo)向桿、下導(dǎo)向平臺(tái)板、連接螺母Ⅱ等，能實(shí)現(xiàn)高溫高壓下對(duì)試樣表面進(jìn)行原位微動(dòng)磨損。本發(fā)明通過(guò)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(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)。
【專利說(shuō)明】一種高溫高壓原位微動(dòng)磨損試驗(yàn)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微動(dòng)磨損試驗(yàn)裝置，具體為一種高溫高壓原位微動(dòng)磨損試驗(yàn)裝置。

【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)磨損研究將對(duì)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]由于受到高溫高壓水環(huán)境的特殊性，實(shí)現(xiàn)在高溫高壓條件下原位微動(dòng)磨損的非常困難。因此，目前研究傳熱管材料的微動(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，對(duì)深入理解傳熱管微動(dòng)磨損失效機(jī)理指導(dǎo)意義有限。


【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微動(dòng)磨損試驗(yàn)裝置，解決現(xiàn)有技術(shù)中高溫高壓下原位微動(dòng)磨損難以實(shí)現(xiàn)、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]一種高溫高壓原位微動(dòng)磨損試驗(yàn)裝置，該裝置設(shè)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(yùn)動(dòng)軸、上直線導(dǎo)軌、工作電極、運(yùn)動(dòng)軸導(dǎo)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(dǎo)軌、上導(dǎo)向平臺(tái)板、上部導(dǎo)向桿、下部導(dǎo)向桿、下導(dǎo)向平臺(tái)板、連接螺母II，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；高壓釜蓋穿上設(shè)置熱電偶、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)；運(yùn)動(dòng)軸為上部導(dǎo)向桿和下部導(dǎo)向桿之間通過(guò)連接螺母I分段連接構(gòu)成，其中: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)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)的運(yùn)動(dòng)軸導(dǎo)向支架連接，運(yùn)動(dòng)軸的上部導(dǎo)向桿裝有第一試樣夾持加載裝置于高壓釜體內(nèi)，下部導(dǎo)向桿和高壓釜之間設(shè)有壓力平衡機(jī)構(gòu)，并通過(guò)密封圈進(jìn)行密封，運(yùn)動(dòng)軸的下部導(dǎo)向桿與激振器上連接桿通過(guò)連接螺母II相連接。
[0008]所述的高溫高壓原位微動(dòng)磨損試驗(yàn)裝置，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)運(yùn)動(dòng)軸上下運(yùn)動(dòng)。
[0009]所述的高溫高壓原位微動(dòng)磨損試驗(yàn)裝置，工作電極相當(dāng)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(duì)接觸設(shè)置，通過(guò)運(yùn)動(dòng)軸帶動(dòng)摩擦副第一試樣，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(jìn)行絕緣。
[0010]所述的高溫高壓原位微動(dòng)磨損試驗(yàn)裝置，在運(yùn)動(dòng)軸下部設(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，運(yùn)動(dòng)軸冷卻水套上分別設(shè)有運(yùn)動(dòng)軸冷卻水入口和運(yùn)動(dòng)軸冷卻水出口。
[0011]所述的高溫高壓原位微動(dòng)磨損試驗(yàn)裝置，高壓釜體上方設(shè)置定位板，高壓釜體頂部與定位板相連，高壓釜體的外側(cè)設(shè)置兩個(gè)半環(huán)形的陶瓷加熱套。
[0012]所述的高溫高壓原位微動(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。
[0013]所述的高溫高壓原位微動(dòng)磨損試驗(yàn)裝置，運(yùn)動(dòng)軸上設(shè)置位移傳感器，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，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)振幅進(jìn)行精確控制；摩擦副第一試樣在運(yùn)動(dòng)軸的驅(qū)動(dòng)下做幅值為微米級(jí)、頻率小于500Hz的正弦振動(dòng)，并且通過(guò)信號(hào)采集處理控制系統(tǒng)對(duì)微動(dòng)頻率進(jìn)行精確調(diào)節(jié)。
[0014]所述的高溫高壓原位微動(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)。
[0015]所述的高溫高壓原位微動(dòng)磨損試驗(yàn)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(jié)構(gòu)如下:
[0016]定位套筒中設(shè)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(dòng)配合；試樣套管的另一端伸至試樣套管的一端外側(cè)，該端開(kāi)設(shè)的盲孔中插裝摩擦副第一試樣，該端的側(cè)面對(duì)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(cè)、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(duì)，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(shè)置壓緊彈簧，試樣套管的另一端通過(guò)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(diào)節(jié)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(duì)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(wěn)加載的機(jī)構(gòu)。
[0018]所述的高溫高壓原位微動(dòng)磨損試驗(yàn)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(shè)計(jì)，并且在摩擦副第一試樣表面對(duì)稱加工兩個(gè)錐形孔，通過(guò)第一試樣夾持加載裝置的錐頭定位螺栓進(jìn)行固定；摩擦副第二試樣背部設(shè)有壓緊螺栓，通過(guò)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(guò)調(diào)節(jié)壓緊彈簧的壓縮量改變第二被測(cè)試樣和第一被測(cè)試樣之間的徑向載荷。
[0019]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果是:
[0020]1、本發(fā)明裝置能實(shí)現(xiàn)試樣在高溫高壓下原位的微動(dòng)磨損研究，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)。
[0021]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)。
[0022]3、本發(fā)明在第一試樣表面加工兩個(gè)錐形孔，通過(guò)第一試樣夾持加載裝置的錐頭緊固螺栓進(jìn)行固定，夾持可靠、安裝方便，可通過(guò)調(diào)節(jié)壓緊彈簧的壓縮量改變第二被測(cè)試樣和第一被測(cè)試樣之間的徑向載荷。
[0023]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)。
[0024]5、本發(fā)明通過(guò)壓力平衡機(jī)構(gòu)解決了運(yùn)動(dòng)軸的壓力平衡和密封的問(wèn)題。
[0025]6、本發(fā)明在激振器的連接桿上和高壓釜內(nèi)的導(dǎo)向平臺(tái)板中心孔均設(shè)置直線導(dǎo)軌，保證運(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為高溫高壓原位微動(dòng)磨損試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，I激振器；2激振器導(dǎo)向支架桿；3位移傳感器；4熱電偶；5運(yùn)動(dòng)軸冷卻水入口 ；6運(yùn)動(dòng)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(dǎo)向平臺(tái)板；18上直線導(dǎo)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(yùn)動(dòng)軸導(dǎo)向支架；23輔助電極；24安全閥；25壓力表；26上部導(dǎo)向桿；27壓力傳感器；28連接螺母I ;29下部導(dǎo)向桿；30參比電極座；31進(jìn)液閥；32運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)軸軸套；40下導(dǎo)向平臺(tái)板；41下直線導(dǎo)軌；42連接桿。
[0027]圖2為摩擦副及第一試樣夾持加載裝置結(jié)構(gòu)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(dòng)磨損試驗(yàn)裝置控制柜示意圖。圖中，51加熱電源開(kāi)關(guān)；52溫度加熱指示燈；53超溫報(bào)警燈；54低壓報(bào)警燈；55低壓報(bào)警開(kāi)關(guān)；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(shí)施方式】
[0029]本發(fā)明高溫高壓原位微動(dòng)磨損試驗(yàn)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(yùn)動(dòng)軸、信號(hào)采集處理控制系統(tǒng)、固定支架等組成，能實(shí)現(xiàn)高溫高壓下對(duì)試樣表面進(jìn)行原位微動(dòng)磨損，并可通過(guò)信號(hào)采集處理控制系統(tǒng)對(duì)微動(dòng)磨損過(guò)程的振幅、頻率進(jìn)行精確控制，通過(guò)徑向加載裝置對(duì)摩擦副之間的徑向載荷進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過(guò)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(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)。
[0030]如圖1-圖2所示，本發(fā)明高溫高壓原位微動(dòng)磨損試驗(yàn)裝置主要包括:激振器1、激振器導(dǎo)向支架桿2、位移傳感器3、熱電偶4、運(yùn)動(dòng)軸冷卻水入口 5、運(yùn)動(dòng)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(dǎo)向平臺(tái)板17、運(yùn)動(dòng)軸(上部導(dǎo)向桿26、下部導(dǎo)向桿29)、上直線導(dǎo)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(yùn)動(dòng)軸導(dǎo)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(jìn)液閥31、運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)軸軸套39、下導(dǎo)向平臺(tái)板40、下直線導(dǎo)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，高壓釜蓋9在下，高壓釜體12在上；高壓釜蓋9穿上設(shè)置熱電偶4、運(yùn)動(dòng)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(nèi)設(shè)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(guò)導(dǎo)線穿過(guò)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(dǎo)液管伸至高壓釜體12內(nèi)；運(yùn)動(dòng)軸為上部導(dǎo)向桿26和下部導(dǎo)向桿29之間通過(guò)連接螺母I 28分段連接構(gòu)成，其中:運(yùn)動(dòng)軸的上部導(dǎo)向桿26穿過(guò)上導(dǎo)向平臺(tái)板17中心的上直線導(dǎo)軌18，引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)軸上下運(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12內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軸導(dǎo)向支架22連接，運(yùn)動(dòng)軸的上部導(dǎo)向桿26上裝有第一試樣夾持加載裝置16于高壓爸體12內(nèi)；運(yùn)動(dòng)軸的下部導(dǎo)向桿29與激振器I上的連接桿42通過(guò)連接螺母II 36相連接，激振器I外側(cè)設(shè)置激振器導(dǎo)向支架桿2，激振器導(dǎo)向支架桿2的頂部安裝下導(dǎo)向平臺(tái)板40，激振器連接桿42穿過(guò)下導(dǎo)向平臺(tái)板40中心的下直線導(dǎo)軌41，激振器I的輸出端引導(dǎo)激振器連接桿42運(yùn)動(dòng)，通過(guò)激振器I帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)軸上下運(yùn)動(dòng)。
[0032]本發(fā)明中，圖1中的工作電極20相當(dāng)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(duì)接觸設(shè)置，圖2中，摩擦副第一試樣46、摩擦副第二試樣47相對(duì)接觸設(shè)置。從而，通過(guò)運(yùn)動(dòng)軸實(shí)現(xiàn)摩擦副第一試樣46、摩擦副第二試樣47之間的相對(duì)摩擦運(yùn)動(dòng)。
[0033]運(yùn)動(dòng)軸和高壓釜之間設(shè)有壓力平衡機(jī)構(gòu)，通過(guò)壓力平衡系統(tǒng)保證運(yùn)動(dòng)軸的平衡，運(yùn)動(dòng)軸采用分段連接的方式，便于拆卸和維護(hù)；在運(yùn)動(dòng)軸下部設(shè)有運(yùn)動(dòng)軸軸套39，運(yùn)動(dòng)軸軸套39外部設(shè)有運(yùn)動(dòng)軸冷卻水套6，運(yùn)動(dòng)軸冷卻水套6上分別設(shè)有運(yùn)動(dòng)軸冷卻水入口 5和運(yùn)動(dòng)軸冷卻水出口 32,通過(guò)運(yùn)動(dòng)軸冷卻水入口 5向運(yùn)動(dòng)軸冷卻水套6通入冷卻水,經(jīng)過(guò)換熱循環(huán)后的冷卻水通過(guò)運(yùn)動(dòng)軸冷卻水出口 32排出，可有效防止壓力平衡機(jī)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)軸軸套39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)運(yùn)動(dòng)軸產(chǎn)生一個(gè)向下的作用力，而激振器I則會(huì)對(duì)運(yùn)動(dòng)軸產(chǎn)生一個(gè)向上的作用力，壓力平衡機(jī)構(gòu)主要是指這兩個(gè)力之間的平衡。此外，運(yùn)動(dòng)軸還受其與密封圈之間的摩擦力以及自身重力作用，運(yùn)動(dòng)軸的平衡主要是這受這四個(gè)力的共同作用。
[0035]高壓釜體12上方設(shè)置定位板15，高壓釜體12頂部通過(guò)高壓釜提升螺栓19與定位板15相連，高壓釜體12的外側(cè)設(shè)置兩個(gè)半環(huán)形的陶瓷加熱套11。高壓釜外設(shè)置兩個(gè)立柱14形成雙立柱支架，雙立柱支架兩側(cè)分別設(shè)有液壓缸10，液壓泵38的輸出端與液壓缸10連接，通過(guò)液壓泵38為液壓缸10提供液壓動(dòng)力。液壓泵38上設(shè)置液壓泵手搖桿35和放氣閥37，通過(guò)液壓泵手搖桿35驅(qū)動(dòng)液壓缸10，從而帶動(dòng)連接高壓釜體12的定位板15上下移動(dòng)。兩個(gè)立柱14穿過(guò)定位板15上的開(kāi)孔內(nèi)側(cè)分別設(shè)置滑塊13，定位板15通過(guò)滑塊13與立柱14滑動(dòng)配合。
[0036]高壓釜蓋9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24、壓力表25、壓力傳感器27和進(jìn)液閥31，在所述排氣管上安裝排氣閥8。
[0037]運(yùn)動(dòng)軸的下部導(dǎo)向桿29上設(shè)置位移傳感器3，使用高精度位移傳感器3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，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)振幅進(jìn)行精確控制。摩擦副第一試樣46在運(yùn)動(dòng)軸的驅(qū)動(dòng)下做幅值為微米級(jí)、頻率小于500Hz的正弦振動(dòng)，并且通過(guò)信號(hào)采集處理控制系統(tǒng)對(duì)微動(dòng)頻率進(jìn)行精確調(diào)節(jié)。
[0038]輔助電極23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20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46上；工作電極20和輔助電極23通過(guò)工作電極/輔助電極座7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20的導(dǎo)線、輔助電極23的導(dǎo)線和參比電極34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)。
[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(jié)構(gòu)如下:
[0040]定位套筒44中設(shè)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(dòng)配合；試樣套管48的另一端伸至定位套筒44的一端外側(cè)，該端開(kāi)設(shè)的盲孔中插裝摩擦副第一試樣46，該端的側(cè)面對(duì)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(cè)、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(duì)，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(shè)置壓緊彈簧50，試樣套管48的另一端通過(guò)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(diào)節(jié)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(duì)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(wěn)加載的機(jī)構(gòu)。
[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(shè)計(jì)，并且在摩擦副第一試樣46表面對(duì)稱加工兩個(gè)錐形孔，通過(guò)第一試樣夾持加載裝置16的錐頭定位螺栓45進(jìn)行固定。摩擦副第二試樣47背部設(shè)有壓緊螺栓，通過(guò)壓緊螺栓將長(zhǎng)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(guò)調(diào)節(jié)壓緊彈簧的壓縮量改變第二被測(cè)試樣和第一被測(cè)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(zhì)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(jìn)行絕緣。
[0043]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。
[0044]如圖3所示，還包括溫度和壓力保護(hù)控制柜，控制柜內(nèi)設(shè)置加熱電源開(kāi)關(guān)51、溫度加熱指示燈52、超溫報(bào)警燈53、低壓報(bào)警燈54、低壓報(bào)警開(kāi)關(guān)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(bào)警燈53相連，壓力控制器56分別與低壓報(bào)警開(kāi)關(guān)55、壓力顯示器59和低壓報(bào)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(nèi)的繼電器，繼電器通過(guò)導(dǎo)線連接陶瓷加熱套11的電爐絲，所述導(dǎo)線上設(shè)置加熱電源開(kāi)關(guān)51和溫度加熱指示燈52，形成超溫?cái)嚯姳Ｗo(hù)結(jié)構(gòu)和低壓斷電保護(hù)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明通過(guò)在控制部分分別設(shè)置超溫自動(dòng)斷電和低壓自動(dòng)斷電，使該裝置在工作時(shí)更加安全可靠。特別是，由于采用超溫低壓報(bào)警，對(duì)于出現(xiàn)高壓釜體意外泄露等事故時(shí)，通過(guò)低壓報(bào)警能夠自動(dòng)把加熱裝置切斷，對(duì)整個(gè)試樣裝置可以起到更好的保護(hù)性。
[0045]如圖1-圖2所示，本發(fā)明高溫高壓原位微動(dòng)磨損試驗(yàn)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(fēng)槍熱縮后作為導(dǎo)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(kāi)關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)；
[0049]4、前后擺動(dòng)液壓泵手搖桿35，雙立柱支架兩側(cè)液壓缸10彈出，從而帶動(dòng)連接高壓釜體12的定位板15上移，打開(kāi)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(duì)；
[0051]6、調(diào)節(jié)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(dòng)過(guò)程中接觸并壓緊；
[0052]7、打開(kāi)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(diào)節(jié)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(dǎo)液管的末端和參比電極34導(dǎo)液管的末端能完全浸沒(méi)在溶液中；
[0054]9、根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要，通過(guò)進(jìn)液閥31向高壓釜中通入氬氣除氧，然后通過(guò)排氣閥8將氣體排出。除氣結(jié)束后，將進(jìn)液閥31和排氣閥8依次關(guān)閉；
[0055]1、打開(kāi)參比電極34上部的出氣開(kāi)關(guān)，待參比電極34的出液口連續(xù)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(guān)閉；
[0056]11、設(shè)定溫度控制器57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56低壓自動(dòng)斷電的壓力下限以及微動(dòng)磨損的振幅和頻率參數(shù)；
[0057]12、打開(kāi)運(yùn)動(dòng)軸冷卻水入口 5的開(kāi)關(guān)，往運(yùn)動(dòng)軸冷卻水入口 5處通入冷卻水；
[0058]13、關(guān)閉低壓報(bào)警開(kāi)關(guān)55，打開(kāi)陶瓷加熱套11的加熱電源開(kāi)關(guān)51，對(duì)高壓釜進(jìn)行升溫；
[0059]14、待溫度達(dá)到設(shè)定值，打開(kāi)低壓報(bào)警開(kāi)關(guān)55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)運(yùn)動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)，使摩擦副第一試樣46、摩擦副第二試樣47之間出現(xiàn)微動(dòng)磨損。根據(jù)試驗(yàn)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(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。
【權(quán)利要求】
1.一種高溫高壓原位微動(dòng)磨損試驗(yàn)裝置，其特征在于，該裝置設(shè)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(yùn)動(dòng)軸、上直線導(dǎo)軌、工作電極、運(yùn)動(dòng)軸導(dǎo)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(dǎo)軌、上導(dǎo)向平臺(tái)板、上部導(dǎo)向桿、下部導(dǎo)向桿、下導(dǎo)向平臺(tái)板、連接螺母II，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；高壓釜蓋穿上設(shè)置熱電偶、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)；運(yùn)動(dòng)軸為上部導(dǎo)向桿和下部導(dǎo)向桿之間通過(guò)連接螺母I分段連接構(gòu)成，其中: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)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)的運(yùn)動(dòng)軸導(dǎo)向支架連接，運(yùn)動(dòng)軸的上部導(dǎo)向桿裝有第一試樣夾持加載裝置于高壓釜體內(nèi)，下部導(dǎo)向桿和高壓釜之間設(shè)有壓力平衡機(jī)構(gòu)，并通過(guò)密封圈進(jìn)行密封，運(yùn)動(dòng)軸的下部導(dǎo)向桿與激振器上連接桿通過(guò)連接螺母II相連接。
2.按照權(quán)利要求1所述的高溫高壓原位微動(dòng)磨損試驗(yàn)裝置，其特征在于，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)運(yùn)動(dòng)軸上下運(yùn)動(dòng)。
3.按照權(quán)利要求1所述的高溫高壓原位微動(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(duì)接觸設(shè)置，通過(guò)運(yùn)動(dòng)軸帶動(dòng)摩擦副第一試樣，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(jìn)行絕緣。
4.按照權(quán)利要求1所述的高溫高壓原位微動(dòng)磨損試驗(yàn)裝置，其特征在于，在運(yùn)動(dòng)軸下部設(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，運(yùn)動(dòng)軸冷卻水套上分別設(shè)有運(yùn)動(dòng)軸冷卻水入口和運(yùn)動(dòng)軸冷卻水出口。
5.按照權(quán)利要求1所述的高溫高壓原位微動(dòng)磨損試驗(yàn)裝置，其特征在于，高壓釜體上方設(shè)置定位板，高壓釜體頂部與定位板相連，高壓釜體的外側(cè)設(shè)置兩個(gè)半環(huán)形的陶瓷加熱套。
6.按照權(quán)利要求1所述的高溫高壓原位微動(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。
7.按照權(quán)利要求1所述的高溫高壓原位微動(dòng)磨損試驗(yàn)裝置，其特征在于，運(yùn)動(dòng)軸上設(shè)置位移傳感器，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，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)振幅進(jìn)行精確控制；摩擦副第一試樣在運(yùn)動(dòng)軸的驅(qū)動(dòng)下做幅值為微米級(jí)、頻率小于500Hz的正弦振動(dòng)，并且通過(guò)信號(hào)采集處理控制系統(tǒng)對(duì)微動(dòng)頻率進(jìn)行精確調(diào)節(jié)。
8.按照權(quán)利要求1所述的高溫高壓原位微動(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)工作站采集和記錄試樣原位微動(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)。
9.按照權(quán)利要求1所述的高溫高壓原位微動(dòng)磨損試驗(yàn)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(jié)構(gòu)如下: 定位套筒中設(shè)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(dòng)配合；試樣套管的另一端伸至試樣套管的一端外側(cè)，該端開(kāi)設(shè)的盲孔中插裝摩擦副第一試樣，該端的側(cè)面對(duì)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(cè)、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(duì)，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(shè)置壓緊彈簧，試樣套管的另一端通過(guò)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(diào)節(jié)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(duì)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(wěn)加載的機(jī)構(gòu)。
10.按照權(quán)利要求9所述的高溫高壓原位微動(dòng)磨損試驗(yàn)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(shè)計(jì)，并且在摩擦副第一試樣表面對(duì)稱加工兩個(gè)錐形孔，通過(guò)第一試樣夾持加載裝置的錐頭定位螺栓進(jìn)行固定；摩擦副第二試樣背部設(shè)有壓緊螺栓，通過(guò)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(guò)調(diào)節(jié)壓緊彈簧的壓縮量改變第二被測(cè)試樣和第一被測(cè)試樣之間的徑向載荷。
【文檔編號(hào)】G01N3/04GK104359778SQ201410572777
【公開(kāi)日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月23日
【發(fā)明者】王家貞, 王儉秋, 韓恩厚 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所