活塞杆涂层性能的电化学检测装置和活塞杆涂层性能的测试方法

摘要

本发明公开一种活塞杆涂层性能的电化学检测装置和活塞杆涂层性能的测试方法，活塞杆涂层性能的电化学检测装置包括：电解液池，用于在检测时盛放电解液，包括具有开口的底部和曲状底面，所述曲状底面的形状与待检测的活塞杆涂层的外表面形状相对应，在检测时所述曲状底面与所述活塞杆涂层的外表面相配合；测试电极，用于在检测时插入所述电解液中；测试装置，包括在检测时与所述待检测的活塞杆和所述测试电极连接的测试电路。

说明书

技术领域

本发明涉及活塞杆涂层的性能检测领域，特别涉及一种活塞杆涂层性能的电化学检测装置和活塞杆涂层性能的测试方法。

背景技术

液压缸、气缸等伸缩缸是各类机械的重要组成部分，主要承担着动力传输和行程控制等任务，其工作原理是利用活塞杆的往复直线运动把压力势能转换成机械能。活塞杆服役可靠性直接影响着机械产品的安全性与可靠性，一些严苛环境对活塞杆的服役性能提出了更高的使用要求，如海工油缸的活塞杆、工程机械的活塞杆等长期处于高盐、高湿或者高压、腐蚀性强的恶劣工作环境，与密封环间产生摩擦磨损等等。针对上述服役要求，通常采用热喷涂、电镀等工艺对活塞杆表面设置涂层进行表面强化，然而上述涂层内部一般固有一定的孔隙，使用过程中腐蚀介质容易通过孔隙渗入基体发生腐蚀，严重制约了涂层腐蚀性能进一步提升。

在服役过程中，活塞杆会承受偏载等工况，涂层发生磨损，涂层内部出现孔隙等。开展活塞杆涂层性能周期性检测，及时对涂层的耐腐蚀性能进行检测与评估，对使用性能下降的活塞杆涂层进行及时维护，有助于避免产品使用故障的发生，对工程结构和设备的安全、可靠运行具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种活塞杆涂层性能的电化学检测装置和活塞杆涂层性能的测试方法，使用该活塞杆涂层性能的电化学检测装置能够对活塞杆涂层性能进行方便、灵活、有效地检测。

本发明公开一种活塞杆涂层性能的电化学检测装置，包括：

电解液池，用于在检测时盛放电解液，包括具有开口的底部和曲状底面，所述曲状底面的形状与待检测的活塞杆涂层的外表面形状相对应，在检测时所述曲状底面与所述活塞杆涂层的外表面相配合；

测试电极，用于在检测时插入所述电解液中；

测试装置，包括在检测时与所述待检测的活塞杆和所述测试电极连接的测试电路。

在一些实施例中，所述电解液池包括位于四周的多个侧壁，所述多个侧壁的底部共同形成所述具有开口的底部，所述多个侧壁的底面共同形成所述曲装底面。

在一些实施例中，所述底部为弹性底部，所述曲状底面可弹性形变。

在一些实施例中，所述曲状底面为弧状曲面。

在一些实施例中，所述测试装置包括用于检测与所述电解液池中的电解液接触的活塞杆涂层的孔隙密度的孔隙密度测量模块。

在一些实施例中，所述测试电极包括在检测时插入所述电解液中的参比电极和对电极，所述孔隙密度测量模块包括与所述参比电极和所述对电极信号连接的恒电位仪器，所述恒电位仪器用于使与所述电解液池中的电解液接触的活塞杆涂层保持恒电位和测量通过与所述电解液池中的电解液接触的活塞杆涂层的电流密度，所述孔隙密度测量模块还包括与所述恒电位仪器信号连接的计算模块，所述计算模块用于根据所述恒电位仪器的检测结果计算得到与所述电解液池中的电解液接触的活塞杆涂层的孔隙密度。

在一些实施例中，所述测试电极包括在检测时插入所述电解液中的参比电极和对电极，所述测试装置还包括用于检测与所述电解液池中的电解液接触的活塞杆涂层与所述参比电极之间的开路电压的电压测试模块。

在一些实施例中，所述测试电极包括在检测时插入所述电解液中的参比电极和对电极，所述测试装置还包括用于检测与所述电解液池中的电解液接触的活塞杆涂层与所述对电极之间的电化学阻抗的电化学阻抗谱测试模块。

在一些实施例中，还包括用于在检测时封闭所述电解液池的电解液池盖，所述电解液池盖的内侧设有用于拍摄与所述电解液池中的电解液接触的活塞杆涂层的孔隙特征的摄像头。

本发明第二方面公开一种活塞杆涂层性能的测试方法，应用任一所述的活塞杆涂层性能的电化学检测装置对待检测活塞杆涂层的性能进行检测，包括检测步骤a，检测步骤a包括：

将所述电解液池的曲状底面与所述活塞杆涂层的外表面相配合；

将电解液加入所述电解液池与所述活塞杆涂层的外表面共同围成的空腔内，所述电解液通过所述开口与所述活塞杆涂层的第一区域接触；

将所述测试电极插入所述电解液中；

将测试电路与所述测试电极和所述待检测的活塞杆连接；

对所述活塞杆涂层的第一区域的性能进行检测。

在一些实施例中，还包括检测步骤b，检测步骤b包括：

轴向移动所述活塞杆以改变其相对所述电解液池的位置，以将所述电解液通过所述开口与所述活塞杆涂层的第二区域接触，所述第二区域与所述第一区域不同；

对所述活塞杆涂层的第二区域的性能进行检测。

在一些实施例中，对所述活塞杆涂层的第一区域的性能进行检测包括检测所述活塞杆涂层的第一区域的孔隙密度。

在一些实施例中，检测所述活塞杆涂层的第一区域的孔隙密度包括：使所述活塞杆涂层的第一区域保持恒电位，检测通过所述活塞杆涂层的第一区域的电流密度，根据检测的电流密度计算所述活塞杆涂层的第一区域的孔隙密度。

在一些实施例中，所述测试电极包括在检测时插入所述电解液中的参比电极和对电极，对所述活塞杆涂层的第一区域的性能进行检测还包括：检测所述活塞杆涂层的第一区域与所述参比电极之间的开路电压。

在一些实施例中，对所述活塞杆涂层的第一区域的性能进行检测还包括：检测所述活塞杆涂层的第一区域与所述对电极之间的电化学阻抗。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例的活塞杆涂层性能的电化学检测装置的结构示意图；

图2为图1所示的电解液池的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

如图1所示，本实施例的活塞杆涂层性能的电化学检测装置包括电解液池2、测试电极和测试装置5。

如图1和图2所示，电解液池2用于在检测时盛放电解液，电解液池2包括具有开口的底部和曲状底面211。曲状底面211的形状与待检测的活塞杆涂层11的外表面形状相对应，即活塞杆涂层11的外表面为何种形状，则曲状底面211的形状也对应为何种形状。在如图所示的实施例中，活塞杆1为圆柱形活塞杆，活塞杆11的周面为圆柱面，覆盖活塞杆1的周面的活塞杆涂层11的外表面也为圆柱面，则曲状底面211为与该圆柱面形状对应的弧状曲面，在一些图示未示出的实施例中，活塞杆1为长方体形活塞杆，活塞杆1的周面为弯折的多个平面，活塞杆涂层11也为弯折的多个平面，则曲状表面211与活塞杆涂层11的弯折的多个平面形状相对应，为由多个平面连接的曲折的表面。

电解液池2的底部具有开口，开口也位于曲状表面211的中部，在检测活塞杆涂层11的性能时，曲状底面211与活塞杆涂层11的外表面相配合，由于曲状底面211形状与活塞杆涂层11的外表面形状相对应，曲状底面211与活塞杆涂层11可以实现密封连接(为了增强密封效果，也可在曲状底面211与活塞杆涂层11的连接部位用密封胶条等物品进行粘接)。电解液池2与活塞杆涂层11的外表面共同围成空腔，该空腔用于盛放电解液，则活塞杆涂层11与电解液接触的区域可以进行电化学检测。电解液包括用于模拟活塞杆涂层11工作环境的海水等导电溶液。

如图1和图2所示，测试电极用于在检测时插入电解液中，测试电极如图1所示可以通过螺纹圈8与电解液池2连接，从而插入电解液池2内的电解液中；测试装置5包括在检测时与待检测的活塞杆1和测试电极连接的测试电路。通过测试电极、带电解液的电解液池和测试装置5，可以对活塞杆涂层11与电解液接触的区域进行性能检测，对该部分涂层性能是否合格进行评判。

本实施例的活塞杆涂层11性能的电化学检测装置，通过设置具有开口的底部和曲状底面211的电解液池2，曲状底面211与待检测的活塞杆涂层11的外表面形状相对应，从而电解液池2能够方便灵活地安装到活塞杆涂层11上，能够便利地对活塞杆涂层11与电解液池2接触的区域进行性能检测。同时，也便于调节电解液池2在活塞杆1上的轴向位置，便于对活塞杆涂层11的多个区域进行性能检测。

在一些实施例中，如图1和图2所示，电解液池2包括位于四周的多个侧壁21，多个侧壁21的底部共同形成具有开口的底部，多个侧壁21的底面共同形成曲装底面。本实施例中，电解液池2没有底壁，电解液池2的结构简单紧凑。

在一些实施例中，电解液池2的底部为弹性底部，曲状底面211可弹性形变。即电解液池2的底部为弹性材料制成，曲状底面211具有弹性。该设置曲状底面211可适应更多尺寸系列的活塞杆1的涂层，例如当曲状底面211与某一直径活塞杆的活塞杆涂层配合进行相关检测后，当需要对直径稍大的另一活塞杆的涂层进行检测时，曲状底面211在配合时可弹性增大其开口大小，从而与更换后的活塞杆的涂层的外表面相配合。

在一些实施例中，如图1所示，测试装置5包括用于检测与电解液池2中的电解液接触的活塞杆涂层11的孔隙密度的孔隙密度测量模块。涂层的孔隙密度指的是涂层表面的孔隙的面积与涂层的面积之比，涂层的孔隙密度能够反映涂层的质量，空隙密度越大，涂层耐腐蚀性越差，孔隙密度小于一标准值时可以判断该涂层性能合格。

在一些实施例中，如图1和图2所示，测试电极包括在检测时插入电解液中的参比电极4和对电极3，孔隙密度测量模块包括与参比电极4和对电极3信号连接的恒电位仪器，恒电位仪器用于使与电解液池2中的电解液接触的活塞杆涂层11保持恒电位和测量通过与电解液池2中的电解液接触的活塞杆涂层11的电流密度。参比电极4可以采用银-氯化银电极，对电极3可以采用石墨板电极，带有涂层的活塞杆作为工作电极与参比电极4和对电级3共同构成三电级体系。恒电位仪器可以采用恒电位仪，或者采用包括恒电位仪模块的电化学工作站。电流密度可通过测量经过与电解液池2中的电解液接触的活塞杆涂层11在一定时间段内的电荷数，然后将该电荷数除以该时间段和除以与电解液池2中的电解液接触的活塞杆涂层11的面积即可求得，与电解液池2中的电解液接触的活塞杆涂层11的面积可根据电解液池2的曲状底面的形状和电解液池2的底部的开口大小计算求得。

孔隙密度测量模块还包括与恒电位仪器信号连接的计算模块，计算模块用于根据恒电位仪器的检测结果计算得到与电解液池2中的电解液接触的活塞杆涂层11的孔隙密度。当恒电位仪器测得电流密度为J，单位为(μA/cm

在一些实施例中，测试电极包括在检测时插入电解液中的参比电极4和对电极3，测试装置5还包括用于检测与电解液池2中的电解液接触的活塞杆涂层11与参比电极4之间的开路电压的电压测试模块。活塞杆涂层11与参比电极4之间在电解液池的电解液的连接下具有开路电压，该开路电压大小能够反映涂层耐腐蚀性能好坏，开路电压值较大，代表涂层的耐腐蚀性能较好，本实施例可以从另一个维度判断活塞杆涂层11的性能好坏，和上一实施例中的孔隙密度指标一起共同对活塞杆涂层11进行性能评判，可以更准确地判断活塞杆涂层11的性能。电压测试模块可以通过在参比电极4和活塞杆涂层11之间连接电压表来设置，还可以通过包括电压测试模块的电化学工作站来进行开路电压测量。

在一些实施例中，测试电极包括在检测时插入电解液中的参比电极4和对电极3，测试装置5还包括用于检测与电解液池2中的电解液接触的活塞杆涂层11与对电极3之间的电化学阻抗的电化学阻抗谱测试模块。本实施例通过检测活塞杆涂层11与对电极3之间的电化学阻抗，可以判断活塞杆涂层11的质量好坏，当测得的电化学阻抗谱模值小于一数值时，可判断该活塞杆涂层11的性能较差。本实施例当测得的孔隙密度小于一标准值，且开路电压大于一标准值，且电化学阻抗谱模值大于一标准值时可判断该活塞杆涂层11的性能合格。本实施例通过三个指标判断活塞杆涂层11的性能，能够全面可靠地对活塞杆涂层11的性能进行判断。电化学阻抗谱测试模块可包括电化学阻抗谱仪，或者可包括具有电化学阻抗谱测试功能的电化学工作站。

在一些图示未示出的实施例中，还包括用于在检测时封闭电解液池2的电解液池，电解液池盖的内侧设有用于拍摄与电解液池2中的电解液接触的活塞杆涂层11的孔隙特征的摄像头。电解液池盖可以密封电解液池，使电解液池中的电解液避免受到外界环境干扰，保持性能稳定。本实施例的摄像头可以拍摄活塞杆涂层11的孔隙特征，在电化学检测分析时可以辅助判断和分析活塞杆涂层11的性能质量。

在一些实施例中，测试装置5通过无线装置6与操作显示装置7信号连接，测试装置5的数据信号可发送至操作显示装置7，操作显示装置7可通过无线装置6向测试装置5发送参数控制指令。本实施例可以方便便捷地对测试装置5进行控制，同时可以实时显示测试装置的测试结果。

在一些实施例中还公开一种活塞杆涂层11性能的测试方法，应用任一上述的活塞杆涂层11性能的电化学检测装置对待检测活塞杆涂层11的性能进行检测，包括检测步骤a，检测步骤a包括：

将电解液池2的曲状底面211与活塞杆涂层11的外表面相配合；

将电解液加入电解液池2与活塞杆涂层11的外表面共同围成的空腔内，电解液通过开口与活塞杆涂层11的第一区域接触；

将测试电极插入电解液中；

将测试电路与测试电极和待检测的活塞杆1连接；

对活塞杆涂层11的第一区域的性能进行检测。

在一些实施例中，还包括检测步骤b，检测步骤b包括：

轴向移动活塞杆1以改变其相对电解液池2的位置，以将电解液通过开口与活塞杆涂层11的第二区域接触，第二区域与第一区域不同；

对活塞杆涂层11的第二区域的性能进行检测。

在一些实施例中，对活塞杆涂层11的第一区域的性能进行检测包括检测活塞杆涂层11的第一区域的孔隙密度。

在一些实施例中，检测活塞杆涂层11的第一区域的孔隙密度包括：使活塞杆涂层11的第一区域保持恒电位，检测通过活塞杆涂层11的第一区域的电流密度，根据检测的电流密度计算活塞杆涂层11的第一区域的孔隙密度。

在一些实施例中，测试电极包括在检测时插入电解液中的参比电极4和对电极3，对活塞杆涂层11的第一区域的性能进行检测还包括：检测活塞杆涂层11的第一区域与参比电极4之间的开路电压。

在一些实施例中，对活塞杆涂层11的第一区域的性能进行检测还包括：检测活塞杆涂层11的第一区域与对电极3之间的电化学阻抗。

下面以一具体实施例来示意本发明：

在本实例中，对一直径为60mm，长度为200mm，带有陶瓷涂层的活塞杆1进行质量检验或剩余寿命评估，活塞杆的材质为42CrMo，活塞杆涂层11通过以下工艺实现:首先通过电镀等方式在活塞杆上涂覆镍铬涂层，然后通过等离子喷涂方式喷涂上氧化铬-氧化钛涂层，然后利用有机封孔剂对活塞杆涂层进行封孔，在活塞杆涂层11固化后，活塞杆1进行抛光。

利用活塞杆涂层11性能的电化学检测装置对该活塞杆涂层11进行性能检测，首先将电解液池2的曲状底面211与活塞杆涂层11的外表面的第一区域配合，然后用密封胶条对曲状底面211与活塞杆涂层11的连接处加固密封，然后将参比电极4和对电极5通过两个电极插入口和两个螺纹圈8密封连接在电解液池2上，并插入装满腐蚀介质溶液的电解液池2中；待活塞杆涂层11的活塞杆1作为工作电极，与银-氯化银参比电极和石墨板对电极组成一个三电极体系。测试装置包括电化学工作站，电化学工作站分别与参比电极4、对电极5和活塞杆1连接。电化学工作站通过路由设备与操作显示电脑连接。

a)利用操作显示电脑控制电化学工作站对活塞杆涂层11和参比电极4进行开路电压测量，测得开路电压值为-100mV；

b)利用操作显示电脑控制电化学工作站对活塞杆涂层11和对电极3进行电化学阻抗测试，测试采用幅值为5mV的正弦波，测试频率0.01-10

c)利用操作显示电脑控制电化学工作站对活塞杆涂层11进行电流密度检测，使活塞杆涂层相对参比电极保持-0.35V恒电位，测试时间为400s，测得电流密度J＝2.1μA/cm

d)前期技术储备中，活塞杆涂层11性能质量良好的标准值为：标准电压E

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。