Трехэлектродная электрохимическая ячейка для экспериментального исследования процесса коррозионно-механического изнашивания

Полезная модель относится к испытательной технике и может быть использована при определении коррозионно-механических характеристик металлических материалов и для определения параметров упрочнения поверхности трения деталей оборудования, работающего в условиях коррозионно-механического износа.
Известно приспособление для нагружения и коррозионных испытаний образцов по типу рычага [ГОСТ 9.901.2-89, пункт 3.4.1.7, чертеж 1е], содержащее два рычага с пазами для установки образца, нагрузка на который фиксируется винтом. Известное приспособление используется для испытаний на стойкость к коррозионному растрескиванию плоских образцов, нагружаемых с помощью изгиба. Недостатком данного приспособления является то, что при нагружении изгибом появляются неравномерные напряжения по сечению нагруженного образца. К тому же при использовании известного приспособления затруднительно производить расчет значения эквивалентных напряжений, так как они имеют разные значения по сечению образца.
Известно устройство для определения коррозионно-механического изнашивания материалов (Сб. «Проблемы трения и изнашивания», Киев, «Техника, 1975, №8, с. 31-35») содержащий станину, закрепленную на ней ячейку для размещения испытуемого образца и рабочей среды, держатель контрообразца, узлы нагружения и регистрация силы трения, электрод сравнения и закрепленный в ячейке вспомогательный электрод, соединенный с потенциалоизмерительной системой, заборный узел и привод возвратно-поступательного движения ячейки. Недостатком данного устройства является низкая точность в расчетах показателей коррозионно-механического изнашивания материалов, из-за значительного разброса экспериментальных данных.
Известен источник информации Е.А. Памфилов, Я.С. Прозоров, «Изнашивание деталей из железоуглеродистых сплавов при фрикционном контакте с древесиной» («Системы. Методы. Технологии», с. 49-53, 2012 год) согласно которому известна трехэлектродная электрохимическая ячейка для экспериментального исследования коррозионно-механического изнашивания, содержащая ячейку для размещения испытуемого образца и рабочей среды, электрод сравнения и закрепленный в ячейке вспомогательный электрод и привод возвратно-поступательного движения ячейки, вращающийся контробразец, раствор электролитов буферных растворов максимально приближенных до свойствам и химическому составу к естественным жидкостям коррозионной среды в трехэлектродной электрохимической ячейке и позволяет задавать потенциалы и токи при проведении исследований. Недостатком данного устройства является низкая точность показателей коррозионно-механического изнашивания материалов, из-за отсутствия гарантированного контакта между образцом и контробразцом при получении экспериментальных данных.
Задача предлагаемой полезной модели - повышение точности и эффективности исследований при определении коррозионно-механических характеристик металлических материалов, и повышение точности и эффективности исследований при определении параметров упрочнения поверхности трения деталей оборудования, работающего в условиях коррозионно-механического износа.
Указанная задача решается тем, что трехэлектродная электрохимическая ячейка для экспериментального исследования процесса коррозионно-механического изнашивания металлических материалов, содержащая цифровой потенциостат, ячейку для размещения рабочей среды, неподвижно закрепленный испытуемый металлический образец, который может являться рабочим электродом, хлорсеребряный электрод сравнения, вспомогательный электрод, закрепленный на внутренней поверхности ячейки, контробразец, и привод вращательно-поступательного движения контробразца отличающуюся тем, что вращающийся контробразец изготовлен из материала с диэлектрическими свойствами, при этом на торцевой поверхности контробразца с наружной стороны выполнена радиальная проточка диаметром, равным 0,5 S, где S - толщина стенки полого цилиндра, и глубиной 0,5 мм. Материалом контробразца может быть цельная древесина, многокомпонентная клееная древесина, полимеры, текстолиты, углепластики, боропластики, и другие неметаллические композиционные материалы, а так же материалы с диэлектрическими покрытиями на рабочих поверхностях.
Вращающийся контробразец под воздействием силы приводят в гарантированно устойчивый постоянный контакт под воздействием необходимой нагрузки передаваемой через привод вращательно-поступательного движения с неподвижно закрепленным образцом в электролитической среде максимально приближенной по свойствам и химическому составу к естественным жидкостям эксплуатационной коррозионной среды в трехэлектродной электрохимической ячейке что позволяет задавать потенциалы и токи при проведении исследований. Образец при коррозионно-механическом изнашивании может являться рабочим электродом в трехэлектродной электрохимической ячейке, в результате чего появляется возможность измерения поляризационного сопротивления и построения потенциодинамической кривой, а также образец может подвергаться только механическому изнашиванию с наложением на него катодной защиты и измерением массы образца до и после тестов. Радиальная проточка, выполненная с наружной стороны контробразца, дает возможность одновременной оценки электрохимического воздействия электролитической среды на образец при вращении контробразца без приложения на него механического воздействия в зоне радиальной проточки контробразца.
На рис. 1 представлен общий вид трехэлектродной электрохимической ячейки для экспериментального исследования процесса коррозионно-механического изнашивания, а на рис. 2, вид. А представлена увеличенная зона контакта исследуемого образца с контробразцом.
Полезная модель трехэлектродной электрохимической ячейки (рис. 1) для экспериментального исследования процесса коррозионно-механического изнашивания представляет собой полый цилиндр из прозрачного пластика 1 в котором размещен неподвижно закрепленный испытуемый образец 2 который может являться одновременно рабочим электродом, и контробразец 3, через который передается нагрузка на образец 2. Нижний торец цилиндра ячейки 1 закрывается герметичной крышкой из прозрачного пластика 4, верхний торец ячейки 1 остается открытым для свободного перемещения контробразца 3. Исследуемый образец 2 представляет собой цилиндрический металлический диск диаметром 35…65 мм и толщиной 3…4 мм, который может являться одновременно рабочим электродом, фиксируется на внутренней стороне крышки 4 электрохимической ячейки 1 и через соединительный провод подключается к цифровому потенциостату 5 серийного производства. Вспомогательный электрод 6 представляет собой кольцо из платины, установленное на внутренней поверхности корпуса цилиндра ячейки 1 вблизи нижнего основания и подключается к цифровому потенциостату серийного производства 5. Хлорсеребряный электрод сравнения стержневой формы 7 помещается в корпус ячейки 1 без дополнительной фиксации и подключается к цифровому потенциостату серийного производства 5. Электрохимическая ячейка фиксируется на штативе 8 с помощью муфты с крепежным кольцом 9. При проведении испытаний электролитическая среда 10 размещается во внутренней полости ячейки 1 таким образом, чтобы все три электрода 2, 6, 7 были в него погружены. Контробразец 3 изготовленный из материала с диэлектрическими свойствами, имеет форму полого цилиндра с наружным диаметром 45…55 мм, внутренним диаметром - 15…25 мм и высотой 180…200 мм. На торцевой поверхности с наружной стороны контробразца 3 выполнена радиальная проточка диаметром, равным 0,5 S, где S - толщины стенки полого цилиндра и глубиной 0,5 мм. Материалом контробразца может быть цельная древесина, многокомпонентная клееная древесина, полимеры, текстолиты, углепластики, боропластики, и другие неметаллические композиционные материалы, а также материалы с диэлектрическими покрытиями на рабочих поверхностях.
В процессе проведения исследований вращающийся вокруг собственной оси с частотой 180…220 об/мин контробразец 3 под воздействием нагрузки передаваемой через привод вращательно-поступательного движения 11 приводят в гарантированно устойчивый постоянный контакт с неподвижно закрепленным образцом 2 в электролитической среде 10 максимально приближенной по свойствам и химическому составу к естественным жидкостям эксплуатационной коррозионной среды в трехэлектродной электрохимической ячейке что позволяет задавать потенциалы и токи при проведении исследований с возможностью одновременной оценки электрохимического воздействия электролитической среды 10 на образец 2 при вращении контробразца 3 без приложения на него механического воздействия в зоне радиальной проточки контробразца, а также может подвергаться только механическому изнашиванию.