模拟测试金属材料在深海环境中磨损性能的试验机及方法与流程

1.本发明属于测试金属材料磨损性能的技术领域，尤其涉及一种模拟测试金属材料在深海环境中磨损性能的试验机及方法。


背景技术：

2.海洋中蕴含着丰富的资源，如矿产资源、石油、天然气、可燃冰等。21世纪是海洋的世纪，深入开发海洋资源具有重要的战略意义。通常，深海一般指水深300m以上的海洋，我国海洋资源丰富，模拟测试深海环境下材料的磨损性能，对于提高我国海洋资源勘探开发等技术进步，具有重要意义。
3.目前国内外研究金属材料磨损性能的试验机很多，但专门研究材料在深海环境中磨损性能的试验机还没有发现报道。
4.现有的金属材料磨损性能的试验机，比如中科院兰州化物所生产的ht-1000摩擦磨损性能试验机，只能研究材料在常压下不同载荷和不同温度条件下的磨损性能，不能模拟研究在高压海水环境下的磨损性能。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种模拟测试金属材料在深海环境中磨损性能的试验机及方法，本发明借助磁力旋转装置和高压的压力仓，可以实现模拟测试金属材料在300～1000米深海环境中的磨损性能，同时本发明还具有结构简单，操作方便等优点。
6.为了实现本发明的目的，本发明采用的技术方案为：
7.本发明的一种模拟测试金属材料在深海环境中磨损性能的试验机，包括压力仓壳体，压力仓壳体形成试验机的压力仓，在压力仓内设置有磁性样品盘和对磨杆，对磨杆设置在磁性样品盘的上方；在压力仓外设置有和磁性样品盘相对应的磁性圆盘。
8.所述的模拟测试金属材料在深海环境中磨损性能的试验机，还包括加压装置，加压装置通过管路和压力仓连通，用于调整压力仓的压力。
9.进一步的，所述的模拟测试金属材料在深海环境中磨损性能的试验机还包括支撑杆，用于支撑压力仓壳体。
10.进一步的，所述的压力仓壳体分为压力仓主体和压力仓盖，压力仓主体和压力仓盖密封连接。
11.进一步的，所述的模拟测试金属材料在深海环境中磨损性能的试验机，在压力仓连接加压装置的管路上设置有加压装置开关。
12.进一步的，所述的模拟测试金属材料在深海环境中磨损性能的试验机，还在压力仓上设置有压力表，用于监测压力仓的实时压力。
13.进一步的，磁性样品盘和磁性圆盘的中心轴同轴。
14.进一步的，所述的模拟测试金属材料在深海环境中磨损性能的试验机，还包括和
磁性圆盘连接的电机，用于控制磁性圆盘的转速，从而带动压力仓内的磁性样品盘转动，所述的电机还连接有电机控制器，用于对电机进行调控。
15.所述的磁性圆盘由铁材料制得，其在磁性圆盘圆周方向上均布多个剩磁》2t的钕铁硼永磁铁，且相邻的钕铁硼永磁铁的磁性方向相反。所述的多个≥4个，更优选为，在距离磁性圆盘圆周边缘2～3cm的圆周设置。
16.进一步的，所述的磁性样品盘由磁性样品圆盘，滚动轴承和金属柱构成，所述的磁性样品圆盘和设置在压力仓内底面的金属柱，通过滚动轴承连接。
17.进一步的，所述的磁性样品圆盘上设置有螺纹孔，用于固定测试的金属材料样品。
18.所述的磁性样品圆盘由铁材料制得，其在磁性样品圆盘圆周方向上均布多个剩磁》2t的钕铁硼永磁铁，均布方式同压力仓外的磁性圆盘，且相邻的钕铁硼永磁铁的磁性方向相反。所述的多个≥4个，更优选为，在距离磁性样品圆盘圆周边缘2～3cm的圆周设置。
19.进一步的，所述的模拟测试金属材料在深海环境中磨损性能的试验机，在压力仓壳体内壁上还设置有对磨杆支架，用于固定对磨杆。
20.所述的对磨杆优选为硬质合金材质对磨杆。
21.进一步的，对磨杆的中心轴和磁性样品盘轴心线不重叠。
22.进一步的，所述的模拟测试金属材料在深海环境中磨损性能的试验机中，对磨杆上端连接有金属托盘，金属托盘用于添加砝码，改变磨损压力。
23.本发明的一种模拟测试金属材料在深海环境中磨损性能的方法，采用上述模拟测试金属材料在深海环境中磨损性能的试验机，包括以下步骤：
24.步骤1：将金属材料样品固定在压力仓内的磁性样品盘上，实验时，压力仓内注入海水，注入海水后，海水液面高于金属材料样品上表面，海水液面和金属材料样品上表面之差为3～5cm；
25.步骤2：通过加压装置，调整压力仓内的压强为3～10mpa；
26.步骤3：通过磁性圆盘转动，带动磁性样品盘转动，并根据关系：1mpa的压力等于100
±
10米海水深度处产生的压力，模拟300～1000m深海环境中金属材料的磨损情况。
27.所述的模拟测试金属材料在深海环境中磨损性能的方法，通过磨损前后样品的质量变化判断金属材料在模拟不同深度海水环境中的磨损性能的优劣。
28.所述的步骤1中，所述的海水根据模拟实验的海水环境选取，压力仓的制备材料为质量纯度为99.9wt％纯铁所制。
29.所述的步骤1中，金属材料样品固定在磁性样品盘中，并通过螺纹孔固定。
30.所述的步骤3中，磁性样品盘转动的速率为5～100r/min。
31.所述的步骤3中，根据磨损压力标准，在金属托盘中施加相应的砝码。
32.本发明的模拟测试金属材料在深海环境中磨损性能的试验机，其技术效果是：结构简单，操作方便，可以模拟测试金属材料在深海环境中的磨损性能。
33.并且，本发明通过磁力带动，不仅能够实现实验材料与对磨杆之间的磨损，从而得到金属材料在深海环境中的磨损性能，还能够搅动海水，模拟动态海水的冲刷性能，从而使得测试的结果更接近真实情况。
附图说明
34.图1为本发明模拟测试金属材料在深海环境中磨损性能的试验机的结构示意图；
35.图2为磁性样品盘剖面图；
36.在以上图中，1、加压装置，2、压力仓壳体，3、支撑杆，4、电机，5、电机控制器，6、磁性圆盘，7、磁性样品盘，8、压力表，9、加压装置开关，10、对磨杆，11、对磨杆支架，12、金属托盘，13、砝码；701、磁性样品圆盘，702、滚动轴承，703、金属柱，704、螺纹孔。
具体实施方式
37.下面结合实施例和附图对本发明作进一步的详细说明。
38.在本发明的描述中，术语“中心”、“上方”、“下方”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
39.此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
40.实施例1
41.本发明的模拟测试金属材料在深海环境中磨损性能的试验机的结构示意图如图1所示，本发明是这样实现的。压力仓壳体2为圆桶形状，高度为50厘米，长度为60厘米，用纯铁(质量纯度为99.9％)材料制备，在压力仓主体上端有压力仓盖，形成压力仓壳体，压力仓壳体形成试验机的压力仓，可以打开压力仓，压力仓盖与压力仓主体通过螺纹连接，并使用密封胶，保障压力仓在高压下不漏气。支撑杆3是四根长度为40厘米，直径为1厘米的金属棒，其焊接在压力仓壳体2的外底面，固定支撑压力仓于地面，并使压力仓侧面垂直于水平地面。磁性圆盘6的直径为10厘米，固定在电机4的转动轴上，可随电机转动，电机4通过电机控制器5控制，并置于压力仓底面的正下方，距离压力仓外底面2～3厘米。其中，磁性样品盘7由磁性样品圆盘，滚动轴承和金属柱构成，其结构示意图见图2，在压力仓内的底面中心焊接一直径为1.5厘米，长度为3厘米的金属柱703，金属柱上端焊接到内圈直径为1.55厘米的滚动轴承702的内圈上，直径为10厘米的带螺纹孔704的磁性样品圆盘701焊接到滚动轴承的外圈上(螺纹孔用来固定测试的样品)，磁性样品圆盘可随滚动轴承的外圈转动，并使滚动轴承与压力仓内外的磁性圆盘同轴心。磁性样品盘随压力仓外磁性圆盘的转动而转动，其转速由电机控制器5控制，在磁性样品盘7正上方置有直径为1厘米的硬质合金对磨杆10，对磨杆的轴心距离磁性样品盘中心的距离为3厘米，对磨杆的上端焊接一个金属托盘12，以便在金属托盘内添加砝码13，改变磨损压力。将两根长度为25厘米，直径为1.5厘米的金属杆水平焊接在压力仓内的同一个竖直平面内，两金属杆相距5厘米，在距离磁性样品盘轴心线3厘米处，在这两根金属杆上分别竖直向下打一个直径为1.1厘米的通孔，通孔的轴心线与两金属杆的轴心线相交，对磨杆10穿过这两个通孔置于金属样品上，故这两个金属杆又称为对磨杆支架11。压力仓内的压力由加压装置开关9控制，并由加压装置1提供压力，压力
表8连接压力仓，显示压力仓内的压力。
42.其中，磁性圆盘和磁性样品圆盘均由铁材料制得，其在磁性圆盘和磁性样品圆盘的圆周方向上均布4个剩磁》2t的钕铁硼永磁铁，且相邻的钕铁硼永磁铁的磁性方向相反。并且，钕铁硼永磁铁的圆周连线和磁性圆盘圆周边缘距离2～3cm。
43.一种模拟测试金属材料在深海环境中磨损性能的方法，采用上述模拟测试金属材料在深海环境中磨损性能的试验机，包括以下步骤：
44.实验时压力仓注入海水，并使液面高过样品上表面3～5厘米，压力仓内的压强为3～10mpa，通过磁性圆盘转动，带动磁性样品盘转动，并根据关系：1mpa的压力等于100米海水深度处产生的压力，可以模拟300～1000m深海环境中金属材料的磨损情况。
45.实施例2
46.一种模拟测试金属材料在深海环境中磨损性能的试验机，它包括压力仓壳体2，压力仓壳体形成试验机的压力仓，还包括支撑杆3、电机4、电机控制器5、磁性圆盘6、磁性样品盘7、压力表8、加压装置1、加压装置开关9、对磨杆10、对磨杆支架11，其结构是压力仓壳体2由支撑杆3固定支撑于地面，磁性圆盘6固定在电机转动轴上可随电机4转动，并置于压力仓外，在压力仓的内底端安装磁性样品盘7，磁性样品盘7随压力仓外磁性圆盘6的转动而转动，其转速由电机控制器5控制，在磁性样品盘7正上方连有对磨杆10，对磨杆由固定在压力仓内壁上的对磨杆支架11固定，压力仓内的压力由加压装置开关9控制，压力表8连接压力仓。样品固定在压力仓内磁性样品盘7上。
47.一种模拟测试金属材料在深海环境中磨损性能的方法，采用上述模拟测试金属材料在深海环境中磨损性能的试验机，包括以下步骤：
48.实验时压力仓注入海水，并使液面高过样品上表面3～5厘米，压力仓内的压强为3～10mpa，并根据关系：1mpa的压力约等于100米海水深度处产生的压力，可以模拟300～1000m深海环境中金属材料的磨损情况。