专利名称：用于金刚石钻头胎体材料冲蚀磨损的试验装置及测量方法
技术领域：
本发明涉及一种用于金刚石钻头胎体材料冲蚀磨损试验装置及测量方法。
背景技术：
目前，世界各国石油资源日渐枯竭，这就需要钻井公司更经济、更有效地进行石油开发。作为钻井作业中最重要的工具—钻头，其工作性能直接影响到钻井作业的质量、成本和效率。PDC钻头是用人造聚晶金刚石切削块嵌于钻头胎体而成的一种新型切削型钻头，以其锋利和高耐磨性逐渐取代石油钻井中份额较大的牙轮钻头，占据主导地位。PDC钻头在实际钻探工程失效形式主要有冲蚀、磨损、掉齿等三种，除了PDC本身的质量之外，冲蚀通过对胎体材料的破坏从而影响PDC钻头功能和寿命。为了提高和延长PDC钻头功能和寿命，使钻井工作效率提高和钻井成本降低，需要开发一种用于金刚石钻头胎体材料冲蚀磨损的试验装置，及提出一种对金刚石钻头胎体材料进行冲蚀磨损的测量方法，以便更好地定性地对PDC钻头胎体材料的冲蚀磨损开展研究，深入了解和分析PDC钻头胎体材料在钻井液等多相介质冲蚀作用下的冲蚀磨损机理，能够为PDC钻头设计制造的改进和钻进过程的优化提供理论依据和试验借鉴。
冲蚀磨损是指材料受到小而松散的流动粒子冲击，材料表面出现破坏的一种磨损现象。也就是说流体、气体、固体颗粒或多相介质以一定的速度和角度对材料表面进行冲刷或打击所造成的材料表面流失的现象。
国内外科学技术人员研制了许多不同类型的冲蚀磨损试验装置，这些装置主要用于材料的纯机械冲刷研究，没有对其电化学腐蚀进行考虑，特别是在钻探领域中，对热压法制造的金刚石钻头胎体材料的冲蚀磨损研究基本没有涉及到。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种结构简单、试验重复性好和性能稳定的用于金刚石钻头胎体材料冲蚀磨损试验装置，作为模拟实际工况下金刚石钻头胎体材料的冲蚀磨损的装置； 本发明的目的之二在于提出一种操作方便的对金刚石钻头胎体材料进行冲蚀磨损测量的方法。
为了达到本发明的第一个目的，提供一种用于金刚石钻头胎体材料冲蚀磨损的试验装置，包括有试验容器、试样、试样夹、固定座、喷头、管道和流量计，还有钢支架、泥浆池、泥浆、加热棒、温控仪、变频调速器、砂浆泵，钢支架设有中间支架，试验容器安放在钢支架上层，泥浆池放置在钢支架下层，试验容器上方安装有悬挂板，试验容器内安装有与温控仪相连接的加热棒、试样悬挂架和三个电极，悬挂架通过长螺钉悬挂在悬挂板上，悬挂架上安装有固定座，固定座与试样夹固定在一起，试样夹上镶嵌有试样，试样分为未保护试样和阴极保护试样，两试样上方通过管道安装有两个对应的喷头；试验容器内的三电极是工作电极、参考电极和对电极，三电极与由PC机控制的电化学工作站连接；泥浆池安装有阀门，泥浆通过变频调速器、砂浆泵、管道循环输送到喷头向两试样喷射泥浆。
本发明的试验装置，所述的钢支架是试验容器和泥浆池的承载体，钢支架为四方形，底部设有滚轮，中间设有方形或圆形支架支撑试验容器的圆锥部分。钢支架的尺寸应根据试验容器和泥浆池的大小进行设计。
本发明的试验装置，所述的试验容器上半部采用圆柱形结构，下半部为圆锥形结构，采用耐腐蚀高强度的材料制作。这是因为试验容器设计的容积首先必须保证冲蚀液能够按照试验的要求不断的对试验样本进行不间断的冲蚀，再次根据泵的流量和输送管的内径进行计算，保证容积中的冲蚀液保持动态平衡。采用上半部圆柱形、下半部为圆锥形结构的试验容器，便于泥浆液的输送和清洗，采用耐腐蚀高强度的材料制作可耐受冲蚀泥浆的腐蚀和冲刷。
本发明的试验装置，所述的试样夹外围设有四个通孔，中间为圆形阶梯孔，侧面有一个螺纹孔。试样夹外围的四个通孔用于将其自身固定在固定座上，中间圆形阶梯孔用于镶嵌入圆形试样，使其在上下方向得到固定，侧面的螺纹孔使其在左右方向得到固定，这样试样可以牢固地镶嵌在试样座上，保证冲蚀试验过程中不会移位。固定座按试样夹四个通孔的尺寸也钻有四个通孔，借助通孔将试样夹固定在固定座上，由于冲蚀液具有腐蚀性，试样夹和固定座采用具有耐腐蚀性的材料制成，试样夹和固定座安装在悬挂架上。
本发明的试验装置，所述的悬挂架是通过长螺钉固定在悬挂板上，悬挂架在容器内的高低位置可以通过调整长螺钉来确定，也就是可以通过简单的调整长螺钉的长度来确定试样与喷嘴的相对距离。
本发明的试验装置，所述的三电极是工作电极、参考电极和对电极。参考电极选用市售氯化银或饱和甘汞电极。
本发明的试验装置采用双喷嘴闭路循环系统测量纯机械冲刷作用所产生的质量损失E，喷嘴的设计必须保证冲蚀液对试样的冲蚀效果，及保证喷头畅通不发生堵塞，因此要根据管道中泵的流量来设计。考虑到管道中的泵是在砂水泥浆的环境下工作，故选用砂浆泵。当设定砂浆泵的流量为5m3/h、冲蚀速度选定为5～40m/s，根据公式Q＝3.14×R2×V(式中Q为泵的流量、R为喷头的半径、V为流速)，计算出喷头的最大出口半径为3mm，从强度和安装方面考虑，喷嘴采用高强度，高耐磨性的材料PVC棒加工而成。
本发明的试验装置，所述的变频调速器是为满足冲蚀试验能够在不同的速度下对试样进行冲蚀，而在试验电机上配备了变频调速器。由它实现电动机电压和频率的平滑变化，从而达到对转速的无级调节。本发明试验电动机的频率为50HZ，通过变频调速器对频率进行调节，可以精确地调节冲蚀速度，而且速度调节范围大。本发明冲蚀磨损试验装置选用了高性能矢量变频调速器。
本发明的试验装置，所述的流量计是为了精确地测量管道中的流量，从而更好的改变喷嘴的冲蚀速度，由于输送管的内径与喷头的内径不一样，直接对喷头测定流速会有很大的困难，所以采用通过测流量的方法来确定流速，在主要支路上安装一个流量计测量流经主管路的流量，可以计算出喷头出口处的流速。选取了金属管浮子流量计，是适用于测量液体、气体的全金属管浮子流量计。
本发明的试验装置，所述的温控仪和加热棒是为了保证试验能模拟在某种工况的温度下进行，如试验在室温到50℃的范围内的某一设定温度条件下进行，使用加热棒对冲蚀泥浆进行加热，通过数显温控仪的温度探测器对加热棒进行控制，使冲蚀泥浆保持恒温。
本发明的试验装置，所述的电化学工作站是金属腐蚀电化学测试的一种常用的基本而重要的仪器，电化学工作站也选市售产品。电化学工作站不但可以用于各种电化学测试中，而且还可以用于金属腐蚀、电化学保护、电解和电合成、电镀、金相侵蚀、相分析等研究领域和生产实践中，还可以进行各种电流波形的极化测量。通过电化学工作站可进行电化学腐蚀所产生的质量损失C测量。
本发明的试验装置所述的管路，选取PVC输送管和管接头，PVC管价格低廉，能抗泥浆溶液腐蚀，能承受高压。所述的阀门有3个，为了避免冲蚀液对阀门造成堵塞现象，在输送管上采用闸阀门，阀门主要起控制流量的和排放冲蚀液的作用。所述的泥浆池体积为500mm×500mm×500mm。
在石油钻井领域尤其是海洋钻井，胎体材料不仅受到纯机械冲刷，而且还受到具有腐蚀性的钻井液影响，及其交互作用的影响，所以为了更好的模拟实际工况，研究和评价胎体材料的冲蚀磨损，必须同时测量纯机械冲刷作用所产生的质量损失E、电化学腐蚀所产生的质量损失C和它们相互作用产生的质量损失S。即金刚石钻头胎体材料在钻井液中的总质量损失TML＝E+C+S，在这个公式中关键在较难测试的纯机械冲刷质量损失E和相互作用产生的质量损失S。
本发明的试验装置，所述的冲蚀试样为圆柱形试样，试验采用了两个同样规格的试样，一个为未保护试样，另一个阴极保护试样。未保护试样冲蚀前后产生的质量差为试样的总质量损失TML，其失重可以通过分析天平进行测量；另一个阴极保护试样采用了外加电流法对其进行了阴极保护，测量得到冲蚀前后产生的质量差为试样的纯机械产生的失重E。
电化学腐蚀所产生的质量损失C，首先利用电化学工作站对腐蚀电流进行了测量，采用原位三电极法，三电极分别是工作电极由试样构成的，参考电极为氯化银电极或饱和甘汞电极，对电极由铂电极构成的与工作电极相对应的。通过电化学工作站测试，可以得到电极极化曲线，分别表示阴极极化曲线和阳极极化曲线，其中AB和CD为直线，即Tefle直线，延长AB和CD交于G点，则G点所对应的电流即为腐蚀电流。根据Stern-Geary等式 式中ba为阳极Tefle直线斜率、bc为阴极Tefle直线斜率、Rp为线性极化电阻 可以求出G点的所对应的腐蚀电流I，然后利用法拉第定律公式(2)和公式(3)计算出电化学腐蚀所产生的质量损失C， 公式ΔM＝εQ＝εIt (2) 式中ΔM为电化学腐蚀损失量，g；公式中的ΔM就是本发明所要计算的电化学腐蚀所产生的质量损失C，即C＝ΔM；ε为比例常数，即电化当量，g/C；Q为t时间内流过的电量，C；I为腐蚀电流，A；t为腐蚀时间，s。
电化当量ε的数值就是通过1C电量时在电极上析出或溶解物质的质量，可以通过查表获得。ε＝M/nF (3) 式中F为法拉第常数(1F＝96500C＝26.8A·h)；M为原子量；n为化合价。
即析出或溶解1mol任何物质所需要的电量都是1F。
最后利用公式TML＝E+C+S计算出它们相互作用产生的质量损失S。
本发明的冲蚀磨损试验装置采用了双喷嘴闭路循环系统的设计，从而保证了对试样的连续冲蚀，在装置的泵启动后，含有固相颗粒砂的泥浆从砂浆池流出，经阀门、管道、砂浆泵由两个的喷头处喷出作用在被测试样的表面，泥浆不断地循环，在设定的参数下完成试验，即可以分别求出纯机械冲刷作用所产生的质量损失E、电化学腐蚀所产生的质量损失C和它们相互作用产生的质量损失S。
为了达到本发明的第二个目的，本发明提出一种应用上述冲蚀磨损试验装置对金刚石钻头胎体材料进行冲蚀磨损测量的方法，测量的方法步骤为 ①准备一台用于金刚石钻头胎体材料冲蚀磨损试验装置，并准备3个试样将直径为12mm，高为5mm的圆柱形试样的一个测试面依次用600#、800#、1200#的碳化硅抛光，然后用6μm金刚石研磨，达到在电化学测量后能进行显微分析的要求； ②称重将抛光后的试样经丙酮清洗、蒸馏水冲洗、干燥，然后用分析天平称重；将两个试样牢固镶嵌在试样夹中，仅露出抛光面； ③试验参数设定及冲蚀液准备根据不同测量材料所模拟工况设定试验参数试验温度选室温～50℃、冲蚀时间4～96小时、砂浆泵冲蚀速度选定为5～40m/s、配制泥浆含砂量100～1000mg/L及0.5％～5％的NaCl盐水；将泥浆置于泥浆池中，调节好阀门； ④测量纯机械冲刷失重和交互作用失重E将处理好的两个试样、试样夹和固定座固定在试验装置的悬挂架上，一个试样未采用阴极保护，另一个试样采用阴极保护；开动砂浆泵，抽泥浆至试验容器，由温控仪控制加热棒保持泥浆温度恒定，进行冲蚀试验；试验时间到了，取出冲蚀后的试样，用酸溶液清洗、丙酮清洗、蒸馏水冲洗、干燥，然后用分析天平称重；未经保护的试样冲蚀前后产生的质量差为试样的总质量损失TML，阴极保护的试样冲蚀前后产生的质量差为试样的纯机械冲刷失重E； ⑤测量电化学腐蚀失重C选取处理好的另一个试样接导线、镶嵌在试样夹上，采用原位三电极法，通过电化学工作站测试，得到阴极极化曲线和阳极极化曲线，计算得到对应的腐蚀电流I，再利用法拉第定律公式ΔM＝εQ＝εIt和公式ε＝M/nF计算出电化学腐蚀所产生的质量损失ΔM，ΔM即所要测量的C，公式中ΔM为电化学腐蚀质量损失；ε为比例常数、Q为t时间内流过的电量，I为腐蚀电流，t为腐蚀时间；F为法拉第常数1F＝96500C＝26.8A·h；M为原子量；n为化合价；电化当量ε的数值是通过1C电量时在电极上析出或溶解物质的质量，通过查表获得； ⑥由TML＝E+C+S计算出交互作用失重测量S。
在具备有本发明的钻头胎体材料冲蚀磨损试验装置的条件下，再使用本发明的冲蚀磨损的测量方法，可以简单、方便地对金刚石钻头胎体材料冲蚀磨损进行定量测量、评价，本发明的装置和测量方法可应用于钻头制造，石油钻井，复合材料制造等行业，定量评价材料在冲蚀磨损作用下的性能。
本发明用于金刚石钻头胎体材料冲蚀磨损试验装置及测量方法具有如下优点 1、本发明提供的一种结构简单、试验重复性好、性能稳定的冲蚀磨损试验装置，能用于模拟实际工况下金刚石钻头胎体材料的冲蚀磨损。
2、本发明提供的冲蚀磨损试验装置可以对试样材料在各种不同配方冲蚀液介质的冲蚀作用下，进行各种不同冲蚀速度，不同冲蚀角度、不同冲蚀液温度下的冲蚀磨损研究。
3、本发明提出一种对金刚石钻头胎体材料进行冲蚀磨损测量的方法，测量的方法操作简便，可以对金刚石钻头胎体材料冲蚀磨损进行定量评价，本发明的测量方法可推广应用于钻头制造，石油钻井，复合材料制造等行业定量评价材料在冲蚀磨损作用下的各种性能。
图1为本发明的钻头胎体材料冲蚀磨损试验装置构成示意图。
图2为本发明的试验装置试验台钢支架结构示意图。
图3为本发明的试验装置喷头结构图。
图4为本发明的试验装置试样座结构图。
图5为图4的左视图。
图6为本发明的试验装置固定架结构示意图。
图7为本发明的试验装置电化学工作站测量的电极电位E-lgI示意图。
上述图中，1泥浆池、2泥浆、3温控仪、4加热棒、5阀门、6试验容器、7未保护试样、8喷头、9悬挂板、10悬挂架、11阴极保护试样、12参考电极、13对电极、14电化学工作站、15PC机、16流量计、17管道、18变频调速器、19砂浆泵、20钢支架、21中间支架、22滚轮、23试样夹、24圆形阶梯孔、25螺纹孔、26试样夹通孔、27固定座、28固定座通孔。
具体实施例方式 以下结合附图和实施例对本发明作进一步描述 实施例1配置一台用于金刚石钻头胎体材料冲蚀磨损试验装置，其构成如图1所示，至少包括有泥浆池1、泥浆2、阀门3、试验容器4、加热棒5、温控仪6、喷头8、悬挂板9、悬挂架10、试样、电极、电化学工作站14、PC机15、流量计16、管道17、变频调速器18、砂浆泵19钢支架20等，钢支架设有中间支架21，试验容器安放在钢支架上层，试验容器上半部采用圆柱形结构，下半部为圆锥形结构，采用耐腐蚀，高强度的亚克力有机玻璃材料制作；试验容器内有与温控仪连接的加热棒，试验容器上方安装有悬挂板，试验容器内安装有试样悬挂架和三个电极，试样悬挂架通过长螺钉固定在悬挂板上，试样镶嵌在试样夹23上，试样夹固定在固定座27上，固定座固定在悬挂架上，放置的试样有未保护试样7和阴极保护试样11，两试样上方通过管道安装有两个对应的喷头8；试验容器内的三个电极是由试样构成的工作电极、由市售的饱和甘汞电极构成的参考电极12和由铂电极构成的对电极13，三电极均与由PC机15控制的电化学工作站14连接；在试验容器圆锥形结构的出口和管道上安装了闸阀门3，阀门主要起控制流量的和排放冲蚀液的作用。泥浆池1放置在钢支架下层，泥浆池1内的泥浆2通过阀门3、变频调速器18、砂浆泵19、管道17循环输送到喷头向两试样喷射泥浆。本发明为了精确地测量管道中的流量，从而能更好地调节喷嘴的冲蚀速度，在主要管道上安装一个金属管浮子流量计16测量流经主管道的流量，便于计算出喷头出口处的流速。
钢支架20的结构参见图2，设有中间圆形支架21，底部设有滚轮22；喷嘴8的结构参见图3；试样夹23、固定座27结构参见图4、5、6，试样夹外围设有四个试样夹通孔26用于将试样夹固定在固定座上，试样夹中间为圆形阶梯孔24用于存放圆形试样，侧面有一个螺纹孔25使试样在左右方向得到固定，固定座27按试样夹四个通孔的尺寸也钻有四个通孔28，借助通孔将试样夹固定在固定座上，试样夹和固定座采用具有耐腐蚀性的有机玻璃制成。
配置的本装置可用于模拟实际工况下金刚石钻头胎体材料的冲蚀磨损，试验重复性好、性能稳定。
实施例2应用上述配置的冲蚀磨损试验装置对金刚石钻头胎体材料进行冲蚀磨损测量的方法，测量的方法步骤为 ①使用实施例1配置的用于金刚石钻头胎体材料冲蚀磨损试验装置，并准备3个试样，试样为C40钴基合金，微观组分如下表1，将12mm，高5mm圆柱形试样的一个测试面依次用600#、800#、1200#的碳化硅抛光，然后用6μm金刚石研磨，使之能够在电化学测量后进行显微分析； 表1 C40钴基合金的微观分析组成 ②称重将抛光后的试样经丙酮清洗、蒸馏水冲洗、干燥，然后取2个试样用分析天平称重得到未保护试样质量m01、阴极保护试样质量m11；将2个试样分别镶嵌在试样试样夹中，仅露出抛光面； ③设定试验参数设定试验温度在50℃、冲蚀速度17m/s、冲蚀时间4小时；冲蚀液准备按含沙量500mg/L、3.5％NaCl溶液的配方配制冲蚀泥浆液并置于泥浆池中，试验中采用硅砂为固相，试验用砂的粒度分布见表2； 表2 在冲蚀磨损试验中所用砂的粒度分布 ④测量纯机械冲刷失重和交互作用失重E将处理好的两个试样、试样夹、固定座固定在试验装置的悬挂架上，一个试样未采用阴极保护，另一个试样采用阴极保护；打开左下右下阀门，关闭上部阀门，开动泥浆泵，抽泥浆至试验容器，关闭左下阀门打开上部阀门，进行冲蚀试验；由加热棒加热至50℃，温控仪保持温度恒定；冲蚀时间4小时后试验结束，取出冲蚀后的试样，用酸溶液清洗、丙酮清洗、蒸馏水冲洗、干燥，然后用分析天平称重，分别得到未保护试样质量m02；阴极保护试样质量m12；未经保护的试样冲蚀前后产生的质量差m01-m02为试样的总质量损失TML，TML＝6.73mg，阴极保护的试样冲蚀前后产生的质量差m11-m12＝2.00mg，即试样的纯机械冲刷失重E为2.00mg； ⑤测量电化学腐蚀失重C采用原位三电极法，选取处理好的另外一个试样镶嵌在试样夹上，接导线作为工作电极，参考电极选饱和甘汞电极，对电极由铂电极构成；通过电化学工作站测试，得到阴极极化曲线和阳极极化曲线，得到对应的腐蚀电流，利用法拉第定律公式ΔM＝εQ＝εIt和公式电化当量ε＝M/nF计算出电化学腐蚀所产生的质量损失C；公式中ΔM为电化学腐蚀损失量、ε为比例常数、Q为t时间内流过的电量，I为腐蚀电流，t为腐蚀时间；F为法拉第常数(1F＝96500C＝26.8A·h)；M为原子量；n为化合价；电化当量ε的数值是通过1C电量时在电极上析出或溶解物质的质量，通过查表获得。最终得到C＝0.20mg； ⑥由TML＝E+C+S计算出交互作用失重S，最终得到总质量损失TML＝6.73mg，其中纯机械冲刷作用所产生的质量损失E占总失重的29.7％，电化学腐蚀所产生的质量损失C占3.0％，相互作用产生的质量损失S占总失重的67.3％。
本发明还提出了应用本装置对冲蚀磨损进行测量的方法，可测量出纯机械冲刷、电化学腐蚀及其相互作用产生的质量损失，本测量方法简单，易操作，可应用于金刚石钻头制造，石油钻井，复合材料制造等行业，定量评价材料在冲蚀磨损作用下的各种性能，为PDC钻头设计制造的改进和钻进过程的优化提供理论依据和经验借鉴。
权利要求
1.一种用于金刚石钻头胎体材料冲蚀磨损的试验装置，包括有试验容器、试样、试样夹、固定座、喷头、管道和流量计，其特征在于还有钢支架、泥浆池、泥浆、加热棒、温控仪、变频调速器、砂浆泵，钢支架设有中间支架，试验容器安放在钢支架上层，泥浆池放置在钢支架下层；试验容器上方安装有悬挂板，试验容器内安装有与温控仪相连接的加热棒、试样悬挂架和三个电极，悬挂架通过长螺钉悬挂在悬挂板上，悬挂架上安装有固定座，固定座与试样夹固定在一起，试样夹上镶嵌有试样，试样分为未保护试样和阴极保护试样，两试样上方通过管道安装有两个对应的喷头；试验容器内的三电极是工作电极、参考电极和对电极，三电极与由PC机控制的电化学工作站连接；泥浆池安装有阀门，泥浆通过变频调速器、砂浆泵、管道循环输送到喷头向两试样喷射泥浆。
2.根据权利要求1所述的一种用于金刚石钻头胎体材料冲蚀磨损的试验装置，其特征在于所述的钢支架为四方形，底部设有滚轮，中间设有方形或圆形支架支撑试验容器的圆锥部分。
3.根据权利要求1所述的一种用于金刚石钻头胎体材料冲蚀磨损的试验装置，其特征在于所述的试样座外围设有四个通孔，中间为圆形阶梯孔，侧面有一个螺纹孔。
4.一种应用权利要求1所述的冲蚀磨损试验装置对金刚石钻头胎体材料进行冲蚀磨损测量的方法，其特征在于测量的方法步骤为
①准备一台用于金刚石钻头胎体材料冲蚀磨损试验装置，并准备3个试样将直径为12mm，高为5mm的圆柱形试样的一个测试面依次用600#、800#、1200#的碳化硅抛光，然后用6μm金刚石研磨，达到在电化学测量后能进行显微分析的要求；
②称重将抛光后的试样经丙酮清洗、蒸馏水冲洗、干燥，然后用分析天平称重；将两个试样牢固镶嵌在试样夹中，仅露出抛光面；
③试验参数设定及冲蚀液准备根据不同测量材料所模拟工况设定试验参数试验温度选室温～50℃、冲蚀时间4～96小时、砂浆泵冲蚀速度选定为5～40m/s、配制泥浆含砂量100～1000mg/L及0.5％～5％的NaCl盐水；将泥浆置于泥浆池中，调节好阀门；
④测量纯机械冲刷失重和交互作用失重E将处理好的两个试样、试样夹和固定座固定在试验装置的悬挂架上，一个试样未采用阴极保护，另一个试样采用阴极保护；开动砂浆泵，抽泥浆至试验容器，由温控仪控制加热棒保持泥浆温度恒定，进行冲蚀试验；试验时间到了，取出冲蚀后的试样，用酸溶液清洗、丙酮清洗、蒸馏水冲洗、干燥，然后用分析天平称重；未经保护的试样冲蚀前后产生的质量差为试样的总质量损失TML，阴极保护的试样冲蚀前后产生的质量差为试样的纯机械冲刷失重E；
⑤测量电化学腐蚀失重C选取处理好的另一个试样接导线、镶嵌在试样夹上，采用原位三电极法，通过电化学工作站测试，得到阴极极化曲线和阳极极化曲线，计算得到对应的腐蚀电流I，再利用法拉第定律公式ΔM＝εQ＝εIt和公式ε＝M/nF计算出电化学腐蚀所产生的质量损失ΔM，ΔM即所要测量的C，公式中ΔM为电化学腐蚀质量损失；ε为比例常数、Q为t时间内流过的电量，I为腐蚀电流，t为腐蚀时间；F为法拉第常数1F＝96500C＝26.8A·h；M为原子量；n为化合价；电化当量ε的数值是通过1C电量时在电极上析出或溶解物质的质量，通过查表获得；
⑥由TML＝E+C+S计算出交互作用失重测量S。
全文摘要
本发明涉及一种用于金刚石钻头胎体材料冲蚀磨损的试验装置及测量的方法，本发明的装置采用了泥浆闭路循环系统通过双喷嘴向两试样喷射泥浆；采用原位三电极法，在试验容器内安装的三电极，分别是工作电极、参考电极和对电极，三电极都与由PC机控制的电化学工作站连接；本装置试验可模拟实际工况下金刚石钻头胎体材料的冲蚀磨损，性能稳定、重复性好；本发明还提出了应用本装置对冲蚀磨损进行测量的方法，可测量出胎体材料电化学腐蚀、纯机械冲刷及其相互作用产生的质量损失，测量方法简单，易操作，可应用于金刚石钻头制造，石油钻井，复合材料制造等行业，定量评价材料在冲蚀磨损作用下的各种性能。
文档编号G01N17/02GK101769852SQ20101002892
公开日2010年7月7日 申请日期2010年1月7日 优先权日2010年1月7日
发明者段隆臣, 徐少林, 岩雨, 谢北萍, 陈小松 申请人:中国地质大学(武汉)