Пристрій для визначення трибоелектрохімічних характеристик матеріалів в умовах корозійного впливу електролітів

Корисна модель відноситься до засобів дослідної техніки, зокрема, для дослідження фізико-механічних характеристик матеріалів при терті та зношуванні. За умов фрикційної взаємодії при імпульсному контактному навантаженні у поверхневих шарах твердих тіл відбуваються локальні мікродеформації, які супроводжуються поглинанням енергії. Внаслідок цього у зоні тертя виникають частинки з підвищеною енергією: збуджені молекули, атоми, іони, електрони, фонони, фотони. Активація поверхні тертя зумовлює протікання специфічних трібохімічних та трібоелектричних процесів, які призводять до зміни структури і властивостей поверхневого шару матеріалів. Енергетичний стан фрикційної поверхні ілюструють її електрохімічні характеристики, зокрема, зміна електродного потенціалу, трібоелектрорушійної сили між металами пари тертя. Тому дослідження особливостей електрохімічних процесів на поверхні тертя є важливою складовою вивчення молекулярних механізмів тертя і зношування, процесів утворення поверхневих структур, їх впливу на параметри контактної взаємодії (коефіцієнт тертя, знос). Відомі конструкції дослідних машин та пристроїв для визначення трібоелектрохімічних характеристик твердих тіл при контактних взаємодіях [1]. Однак, недоліком відомих конструкцій є громіздкість пристроїв, інерційність механічних приладів запису сигналу і низька їх роздільна здатність. В основу даної корисної моделі поставлено задачу створення пристрою для визначення трібоелектрохімічних характеристик твердих тіл при контактних взаємодіях в умовах корозійного впливу електролітів, який би відповідав наступним вимогам: - простота і надійність вузла тертя; - можливість дослідження матеріалів різноманітних геометричних форм; - підвищення частоти реєстрації сигналу та автоматична побудова графіків кінетики зміни поверхневого потенціалу та поляризаційних кривих. Це досягається шляхом використання торцевого вузла тертя авторської конструкції, імпульсного потенціостата ПИ-50.1, программатора ПР-8 та модуля аналогово-цифрового перетворення з ПК. Суть корисної моделі. Загальна блок-схема пристрою наведена на Фіг.1, а деталі вузла тертя з системою навантаження - на Фіг.2. Основні функціональні блоки пристрою (Фіг.1): вузол торцевого тертя; блок реєстрації електрохімічних параметрів і модуль аналогово-цифрового перетворення з реєстрацією сигналу на ПК. Деталі вузла тертя з системою навантаження змонтовані на плиті 1 (Фіг.2). На опорах 2 в поступально-зворотному напрямі рухається шток 3, до якого кріпиться предметний столик 4. Механізм приводу 5 приводиться в рух за допомогою електродвигуна 6 типу РД-9. На столику встановлена виготовлена з діелектрика ванна 10, у якій закріплюється дослідний зразок 8. Довжина пробігу зразка регулюється кривошипом і становить 20÷40мм. Швидкість руху дослідного зразка змінюється за синусоїдальним законом. Амплітудне значення швидкості дискретно змінюється в діапазоні від 0,09 до 0,13м/с. Другий елемент трібопари 9 кріпиться через ізолятор на вертикальний шток 15. Система навантаження 7 розміщена у верхній частині штока. Для електрохімічних вимірювань використовують допоміжний електрод (16) та електрод порівняння (11), вміщений в окрему ванну 17, з'єднану з робочою електрохімічним ключем 12. Блок 13, який складається з імпульсного потенціостата ПИ-50.1 і програматора ПР-8, призначений для задання електродного потенціалу і реєстрації електрохімічних параметрів поверхні. Багатоканальний модуль аналогово-цифрового перетворювача 14 призначений для послідовного опитування стандартних сигналів первинних перетворювачів (потенціостата), одержання відповідної цифрової інформації та її реєстрації у вигляді файлів на твердому диску персонального комп'ютера. Технічні дані вузла тертя з системою навантаження. 1. Режим роботи - поступально-зворотний. 2. Віддаль переміщення тіла тертя: - максимальна, мм - 30; - мінімальна, мм - 10. 3. Напруга живлення електродвигуна, В - 220. 4. Діапазон робочого навантаження, МПа - 0,1÷2. 5. Максимальні розміри тіла тертя, мм - 40×10×10. 6. Максимальні розміри контртіла, мм - 20×20×10. Пристрій для визначення трібоелектрохімічних характеристик матеріалів в умовах корозійного впливу електролітів працює наступним чином. Дослідний зразок закріплюється у діелектричній ванні з розчином електроліту. Другий елемент трібопари кріпиться через ізолятор до вертикального штока. Після прикладення заданого навантаження за допомогою електродвигуна предметний столик зі зразком приводиться у зворотно-поступальний рух. Для реєстрації електрохімічних параметрів поверхні тертя до металевого зразка приєднується провідник, другий кінець якого кріпиться до відповідної клеми потенціостата. Електрод порівняння поміщається в окрему ванну з електролітом, з'єднану з робочою електрохімічним ключем. Для отримання поляризаційних кривих у робочу ванну вводиться допоміжний електрод. Електрохімічні параметри поверхні реєструються за стандартними методиками за допомогою імпульсного потенціостата і подаються на модуль аналогово-цифрового перетворювача. Відповідну цифрову інформацію отримують на твердому диску персонального комп'ютера. Приклади На Фіг.3 наведено фрагмент стрічки самописця, на якому записані кінетичні залежності зміни потенціалу поверхні тертя сталі 45, отримані традиційним способом із використанням механічного самозаписуючого приладу (ПСР-1-02). Максимальна швидкість запису сигналу обмежена швидкістю переміщення стрічки самописця, яка становить 0,1-10см/с. Динамічний діапазон запису приладу не дозволяє неперервно реєструвати сигнали, які відрізняються більше, ніж на порядок. Роздільна здатність приладу становить 0,001 від максимального сигналу. Підключення аналого-цифрового перетворювача до потенціостата дозволяє отримувати у діалогових вікнах персонального комп'ютера кінетичні залежності електрохімічного потенціалу (Фіг.4), потенціостатичні та потенціодинамічні поляризаційні криві. Максимальна частота реєстрації сигналу з потенціостата - 105Гц. Роздільна здатність - 0,00001 від максимального сигналу. Масиви даних зберігаються у відповідних файлах (Фіг.5), що дозволяє опрацьовувати їх з високою точністю за допомогою пакету оригінальних та традиційних прикладних програм. Джерела інформації: 1. Испытательная техника. Справочник в двух книгах. Книга 1. Под ред. В.В. Клюева. - М.: Машиностроение, 1982. - 345с.