【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)涉及多場(chǎng)耦合，尤其涉及一種碳/碳復(fù)合材料多場(chǎng)耦合的摩擦試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)及測(cè)試方法。
技術(shù)介紹
1、碳/碳復(fù)合材料作為新型結(jié)構(gòu)材料，具有優(yōu)異的抗熱震、抗燒蝕性能，可以承受3000℃的高溫，尤其它的強(qiáng)度會(huì)隨著溫度升高不降反升的獨(dú)特性能，使得其作為飛行器熱防護(hù)系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件選材有著其他材料難以比擬的優(yōu)勢(shì)，因此被認(rèn)為是最有發(fā)展前途的高溫材料之一。同時(shí)碳/碳復(fù)合材料具有比強(qiáng)度高、耐高溫和耐磨性良好的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)，是減磨材料領(lǐng)域最有前景的材料之一。
2、摩擦磨損試驗(yàn)是評(píng)估材料摩擦性能的重要考察方式，實(shí)際的工作場(chǎng)景往往是多場(chǎng)耦合共同作用的結(jié)果，例如：飛機(jī)在雨天進(jìn)行起降操作，艦載機(jī)在海洋環(huán)境中的起降行為，這些對(duì)飛機(jī)制動(dòng)盤(pán)提出了更高的要求。海洋環(huán)境通常濕度較高，這可能會(huì)影響剎車(chē)盤(pán)的摩擦系數(shù)和制動(dòng)性能。濕度可能導(dǎo)致剎車(chē)盤(pán)表面形成水膜，降低摩擦力，從而影響制動(dòng)效果。海洋環(huán)境中的鹽分含量高，碳/碳復(fù)合材料制備的剎車(chē)盤(pán)容易受到腐蝕，影響其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和使用壽命。飛機(jī)在海洋上起降時(shí)，可能會(huì)受到飛濺的海水影響。海水中的鹽分和雜質(zhì)可能會(huì)附著在剎車(chē)盤(pán)表面，影響其摩擦系數(shù)。海洋環(huán)境下的飛行任務(wù)往往涉及復(fù)雜的氣象條件和緊急情況，飛機(jī)和戰(zhàn)斗機(jī)的維護(hù)和檢查更為頻繁和嚴(yán)格，許多國(guó)家和國(guó)際組織對(duì)飛機(jī)和戰(zhàn)斗機(jī)的制動(dòng)系統(tǒng)有嚴(yán)格的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)要求，這需要對(duì)潮濕(鹽霧)環(huán)境下的剎車(chē)盤(pán)材料進(jìn)行摩擦磨損實(shí)驗(yàn)。碳/碳復(fù)合材料作為一種性能優(yōu)異的抗高溫耐磨材料，常用于民用飛機(jī)和戰(zhàn)斗機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)中，考慮到現(xiàn)代先進(jìn)飛機(jī)的著陸速度已超過(guò)350km/h，起飛質(zhì)
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)傳統(tǒng)的復(fù)合材料性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)常常忽略對(duì)摩擦行為的分析，已有的摩擦實(shí)驗(yàn)大部分脫離使用場(chǎng)景，缺少對(duì)溫度、潮濕度、鹽霧濃度的控制，得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果不能準(zhǔn)確測(cè)試復(fù)合材料實(shí)際場(chǎng)景中的工作性能，本專(zhuān)利技術(shù)提供了一種碳/碳復(fù)合材料多場(chǎng)耦合的摩擦試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)及試驗(yàn)方法，本專(zhuān)利技術(shù)具備模擬氧-力-摩擦-潮濕(鹽霧)多場(chǎng)耦合的能力，通過(guò)該試驗(yàn)方法可以獲取碳/碳復(fù)合材料在遭受到多場(chǎng)耦合作用下的溫度變化和摩擦磨損行為。
2、本專(zhuān)利技術(shù)是通過(guò)以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的的。
3、一種碳/碳復(fù)合材料多場(chǎng)耦合的摩擦試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)，試驗(yàn)箱內(nèi)設(shè)置有摩擦試驗(yàn)單元、鹽霧試驗(yàn)單元、供氣單元、數(shù)據(jù)檢測(cè)單元和實(shí)時(shí)成像記錄單元；
4、所述摩擦試驗(yàn)單元包括伺服電機(jī)和摩擦試驗(yàn)平臺(tái)；所述伺服電機(jī)為旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)用于提供摩擦試驗(yàn)動(dòng)力來(lái)源，摩擦試驗(yàn)平臺(tái)用來(lái)夾持固定試件；
5、所述鹽霧試驗(yàn)單元包括鹽噴霧組件和儲(chǔ)液組件；所述鹽噴霧組件用于獲得霧化的溶液，儲(chǔ)液組件用于提供溶液；
6、所述供氣單元包括真空抽氣組件和供氣裝置；所述真空抽氣組件用于抽出試驗(yàn)箱內(nèi)部空氣，平衡試驗(yàn)箱內(nèi)氣壓，供氣裝置根據(jù)需要將氣體通過(guò)進(jìn)氣法蘭輸入試驗(yàn)箱，提供試驗(yàn)環(huán)境氣氛所需的氣體濃度；
7、所述數(shù)據(jù)檢測(cè)單元用于監(jiān)測(cè)試驗(yàn)箱內(nèi)氧氣濃度、溫度和濕度和用于測(cè)量試件在摩擦?xí)r的摩擦力和瞬時(shí)溫度；
8、所述實(shí)時(shí)成像記錄單元用來(lái)控制相機(jī)焦段、拍攝角度和拍攝間隔及監(jiān)看試驗(yàn)過(guò)程。
9、上述方案中，所述摩擦試驗(yàn)平臺(tái)包括摩擦環(huán)塊和固定夾具，試件安裝在固定夾具上，通過(guò)旋鈕調(diào)節(jié)固定夾具的夾持力；所述伺服電機(jī)包括驅(qū)動(dòng)器、轉(zhuǎn)子、限位器和皮帶輪，所述驅(qū)動(dòng)器與轉(zhuǎn)子同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，在限位器的作用下，轉(zhuǎn)子通過(guò)皮帶輪帶動(dòng)傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)；所述傳動(dòng)軸用于帶動(dòng)摩擦環(huán)塊的旋轉(zhuǎn)。
10、上述方案中，所述傳動(dòng)軸一端延伸出擋板，所述擋板將伺服電機(jī)與摩擦環(huán)塊所在空間分割開(kāi)。
11、上述方案中，所述固定夾具設(shè)置在長(zhǎng)柄上，且固定夾具上設(shè)置有傳感器，傳感器用來(lái)測(cè)量試件在摩擦?xí)r的摩擦力和瞬時(shí)溫度；所述長(zhǎng)柄一端設(shè)置在支座上，另一端延伸至試驗(yàn)箱箱門(mén)，通過(guò)打開(kāi)或者關(guān)閉試驗(yàn)箱箱門(mén)對(duì)摩擦實(shí)驗(yàn)平臺(tái)去除壓力或者提供壓力。
12、上述方案中，所述噴霧組件包括噴霧塔和霧化器，用于得到霧化的nacl溶液；所述儲(chǔ)液組件包括儲(chǔ)液器和儲(chǔ)液罐，儲(chǔ)液器放置于噴霧塔下方，向霧化器提供nacl溶液，儲(chǔ)液罐設(shè)置在試驗(yàn)箱外部，通過(guò)法蘭與內(nèi)部的儲(chǔ)液器連接，用于添加液體，儲(chǔ)液罐集成了ph測(cè)試功能。
13、上述方案中，所述真空抽氣組件包括開(kāi)設(shè)在試驗(yàn)箱側(cè)壁上的分子泵和抽氣法蘭；供氣裝置包括鼓風(fēng)機(jī)和若干氣體罐；所述鼓風(fēng)機(jī)設(shè)置在試驗(yàn)箱側(cè)壁上。
14、上述方案中，所述數(shù)據(jù)檢測(cè)單元包括壓力傳感器、溫度傳感器和氣體濃度檢測(cè)儀；壓力傳感器和溫度傳感器用于測(cè)量摩擦?xí)r的摩擦力和瞬時(shí)溫度，氣體濃度檢測(cè)儀用于檢測(cè)試驗(yàn)箱內(nèi)氧氣濃度。
15、上述方案中，所述實(shí)時(shí)成像記錄單元包括相機(jī)、燈帶和觸摸屏；所述觸摸屏集成在顯示器上；所述相機(jī)設(shè)置在噴霧組件正上方；所述燈帶設(shè)置在相機(jī)與噴霧組件之間，所述燈帶用來(lái)調(diào)節(jié)試驗(yàn)箱光照強(qiáng)度。
16、上述方案中，還包括sem觀測(cè)單元，sem觀測(cè)單元借助電子顯微鏡對(duì)被測(cè)試件材料內(nèi)部的微觀場(chǎng)景進(jìn)行拍攝與記錄，配備能量色散x射線光譜儀(eds)以分析試件元素含量及分布，配備x射線光電子能譜(xps)以分析摩擦界面化學(xué)狀態(tài)信息。
17、碳/碳復(fù)合材料多場(chǎng)耦合的摩擦試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試方法，包括如下步驟：
18、步驟一：清洗試件并干燥，使用電子微天平測(cè)量當(dāng)前試件的平均重量；
19、步驟二：確保電源關(guān)閉，打開(kāi)試驗(yàn)箱箱門(mén)，抬高長(zhǎng)柄，更換摩擦環(huán)塊；
20、步驟三：向儲(chǔ)液罐中傾倒溶液，檢測(cè)ph值，打開(kāi)閥門(mén)，將儲(chǔ)液器中液體填充到合適刻度，關(guān)閉閥門(mén)；打開(kāi)霧化器，啟動(dòng)霧化塔，開(kāi)始霧化進(jìn)程；
21、步驟四：將試件置于固定夾具中，扭緊固定夾具，將固定夾具調(diào)整至摩擦環(huán)塊的正上方，放下長(zhǎng)柄，調(diào)整支座高度，關(guān)閉試驗(yàn)箱箱門(mén)，此時(shí)試驗(yàn)箱箱門(mén)剛好卡住長(zhǎng)柄；
22、步驟五：接通電源，調(diào)整燈帶燈光，設(shè)置相機(jī)焦段、拍攝角度；
23、步驟六：動(dòng)態(tài)開(kāi)啟分子泵，打開(kāi)氧氣罐，向試驗(yàn)箱內(nèi)輸入氧氣，營(yíng)造高濃度氧氣氛圍；
24、步驟七：依據(jù)氣體濃度檢測(cè)器中的數(shù)據(jù)顯示，待試驗(yàn)箱內(nèi)氧氣濃度和鹽霧濃度達(dá)到預(yù)定值，并能穩(wěn)定維持一段時(shí)間后，啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)器開(kāi)始摩擦試驗(yàn)；
25、步驟八：采用周期性摩擦試驗(yàn)，并通過(guò)相機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控試驗(yàn)階段，試驗(yàn)結(jié)束，關(guān)閉電源，打開(kāi)試驗(yàn)箱箱門(mén)；
26、步驟九：待試件冷卻后，取出試件，再次稱(chēng)量試件重量，計(jì)算磨損率；
27、步驟十：使用sem觀測(cè)，查看摩擦界面細(xì)觀形貌，查看纖維破壞情況，通過(guò)高倍率的sem圖像，評(píng)估粗糙度；
28、步驟十一：通過(guò)能譜分本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種碳/碳復(fù)合材料多場(chǎng)耦合的摩擦試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，試驗(yàn)箱(1)內(nèi)設(shè)置有摩擦試驗(yàn)單元、鹽霧試驗(yàn)單元、供氣單元、數(shù)據(jù)檢測(cè)單元和實(shí)時(shí)成像記錄單元；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳/碳復(fù)合材料多場(chǎng)耦合的摩擦試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述摩擦試驗(yàn)平臺(tái)包括摩擦環(huán)塊(8)和固定夾具(14)，試件安裝在固定夾具(14)上，通過(guò)旋鈕調(diào)節(jié)固定夾具(14)的夾持力；所述伺服電機(jī)包括驅(qū)動(dòng)器(3)、轉(zhuǎn)子(4)、限位器(5)和皮帶輪(6)，所述驅(qū)動(dòng)器(3)與轉(zhuǎn)子(4)同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，在限位器(5)的作用下，轉(zhuǎn)子(4)通過(guò)皮帶輪(6)帶動(dòng)傳動(dòng)軸(7)的轉(zhuǎn)動(dòng)；所述傳動(dòng)軸(7)用于帶動(dòng)摩擦環(huán)塊(8)的旋轉(zhuǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的碳/碳復(fù)合材料多場(chǎng)耦合的摩擦試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述傳動(dòng)軸(7)一端延伸出擋板(10)，所述擋板(10)將伺服電機(jī)與摩擦環(huán)塊(8)所在空間分割開(kāi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的碳/碳復(fù)合材料多場(chǎng)耦合的摩擦試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述固定夾具(14)設(shè)置在長(zhǎng)柄(15)上，且固定夾具(14)上設(shè)置有傳感器，傳感器用來(lái)測(cè)量試件在摩擦?xí)r的摩擦力和瞬時(shí)溫
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳/碳復(fù)合材料多場(chǎng)耦合的摩擦試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述噴霧組件包括噴霧塔(20)和霧化器(19)，用于得到霧化的NaCl溶液；所述儲(chǔ)液組件包括儲(chǔ)液器(18)和儲(chǔ)液罐(21)，儲(chǔ)液器(18)放置于噴霧塔(20)下方，向霧化器(19)提供NaCl溶液，儲(chǔ)液罐(21)設(shè)置在試驗(yàn)箱(1)外部，通過(guò)法蘭與內(nèi)部的儲(chǔ)液器(18)連接，用于添加液體，儲(chǔ)液罐(21)集成了PH測(cè)試功能。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳/碳復(fù)合材料多場(chǎng)耦合的摩擦試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述真空抽氣組件包括開(kāi)設(shè)在試驗(yàn)箱(1)側(cè)壁上的分子泵(27)和抽氣法蘭；供氣裝置包括鼓風(fēng)機(jī)(26)和若干氣體罐；所述鼓風(fēng)機(jī)(26)設(shè)置在試驗(yàn)箱(1)側(cè)壁上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳/碳復(fù)合材料多場(chǎng)耦合的摩擦試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)檢測(cè)單元包括壓力傳感器(12)、溫度傳感器(13)和氣體濃度檢測(cè)儀(23)；壓力傳感器(12)和溫度傳感器(13)用于測(cè)量摩擦?xí)r的摩擦力和瞬時(shí)溫度，氣體濃度檢測(cè)儀(23)用于檢測(cè)試驗(yàn)箱(1)內(nèi)氧氣濃度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳/碳復(fù)合材料多場(chǎng)耦合的摩擦試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述實(shí)時(shí)成像記錄單元包括相機(jī)(24)、燈帶(25)和觸摸屏(2)；所述觸摸屏(2)集成在顯示器上；所述相機(jī)(24)設(shè)置在噴霧組件正上方；所述燈帶(25)設(shè)置在相機(jī)(24)與噴霧組件之間，所述燈帶(25)用來(lái)調(diào)節(jié)試驗(yàn)箱(1)光照強(qiáng)度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳/碳復(fù)合材料多場(chǎng)耦合的摩擦試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，還包括SEM觀測(cè)單元，SEM觀測(cè)單元借助電子顯微鏡對(duì)被測(cè)試件材料內(nèi)部的微觀場(chǎng)景進(jìn)行拍攝與記錄，配備能量色散X射線光譜儀(EDS)以分析試件元素含量及分布，配備X射線光電子能譜(XPS)以分析摩擦界面化學(xué)狀態(tài)信息。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的碳/碳復(fù)合材料多場(chǎng)耦合的摩擦試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試方法，其特征在于，包括如下步驟：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種碳/碳復(fù)合材料多場(chǎng)耦合的摩擦試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，試驗(yàn)箱(1)內(nèi)設(shè)置有摩擦試驗(yàn)單元、鹽霧試驗(yàn)單元、供氣單元、數(shù)據(jù)檢測(cè)單元和實(shí)時(shí)成像記錄單元；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳/碳復(fù)合材料多場(chǎng)耦合的摩擦試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述摩擦試驗(yàn)平臺(tái)包括摩擦環(huán)塊(8)和固定夾具(14)，試件安裝在固定夾具(14)上，通過(guò)旋鈕調(diào)節(jié)固定夾具(14)的夾持力；所述伺服電機(jī)包括驅(qū)動(dòng)器(3)、轉(zhuǎn)子(4)、限位器(5)和皮帶輪(6)，所述驅(qū)動(dòng)器(3)與轉(zhuǎn)子(4)同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，在限位器(5)的作用下，轉(zhuǎn)子(4)通過(guò)皮帶輪(6)帶動(dòng)傳動(dòng)軸(7)的轉(zhuǎn)動(dòng)；所述傳動(dòng)軸(7)用于帶動(dòng)摩擦環(huán)塊(8)的旋轉(zhuǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的碳/碳復(fù)合材料多場(chǎng)耦合的摩擦試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述傳動(dòng)軸(7)一端延伸出擋板(10)，所述擋板(10)將伺服電機(jī)與摩擦環(huán)塊(8)所在空間分割開(kāi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的碳/碳復(fù)合材料多場(chǎng)耦合的摩擦試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述固定夾具(14)設(shè)置在長(zhǎng)柄(15)上，且固定夾具(14)上設(shè)置有傳感器，傳感器用來(lái)測(cè)量試件在摩擦?xí)r的摩擦力和瞬時(shí)溫度；所述長(zhǎng)柄(15)一端設(shè)置在支座(11)上，另一端延伸至試驗(yàn)箱箱門(mén)(16)，通過(guò)打開(kāi)或者關(guān)閉試驗(yàn)箱箱門(mén)(16)對(duì)摩擦實(shí)驗(yàn)平臺(tái)去除壓力或者提供壓力。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳/碳復(fù)合材料多場(chǎng)耦合的摩擦試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述噴霧組件包括噴霧塔(20)和霧化器(19)，用于得到霧化的nacl溶液；所述儲(chǔ)液組件包括儲(chǔ)液器(18)和儲(chǔ)液罐(21)，儲(chǔ)液器(18)放置于噴霧塔(20)下方，向霧化器(19)提供nacl溶液...
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張星宇，韓猛，王志超，畢勤勝，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：江蘇大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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