海水环境下镍铝青铜合金的腐蚀磨损行为及其机理研究

摘要

近年来，随着生物医疗、船舶和海洋工业的发展，致力于腐蚀与磨损交互作用及机理研究的腐蚀磨损，逐渐成为摩擦学领域的重要分支和研究热点。
　　海水作为一种强电解质，具有较强的腐蚀性，海洋环境下的材料腐蚀已成为严重制约海洋工程和装备发展的技术瓶颈之一。钝化金属因易在表面生成致密的钝化膜而具有良好的耐腐蚀性能，在海洋工程材料中占有举足轻重的地位。然而，钝化金属表面的钝化膜极易在机械作用下被破坏而加速腐蚀，在某些苛刻工况，腐蚀与磨损的共同作用严重影响了钝化金属零部件的寿命和可靠性，给海洋装备带来极大隐患。因此，开展海水环境下钝化金属的腐蚀磨损研究既是耐海水腐蚀材料设计和开发面临的新问题，也是我国海洋工程领域亟待解决的重要问题之一。
　　本文以广泛应用于海洋环境的典型钝化合金材料——镍铝青铜合金为研究对象，基于电化学腐蚀的相关理论，设计了集电化学实验和摩擦磨损实验为一体的实验装置，利用实验建立了磨损相关的机械参数及腐蚀相关的电化学参数之间的关系，即通过分析摩擦载荷和摩擦频率对腐蚀电流、腐蚀电位的影响，结合腐蚀磨损的材料去除量计算及磨痕表面的微观形貌观察，研究了镍铝青铜合金在海水环境下的腐蚀磨损行为特性和机理。主要的研究内容及结论如下：
　　（1）在较高摩擦载荷（25-35N）下，腐蚀磨损阶段产生的腐蚀电流随摩擦频率增大而增加；腐蚀电位随摩擦频率增大而下降。镍铝青铜合金在模拟海水（3.5%NaCl溶液）中的最大腐蚀电流出现在“高载高频”位置；而腐蚀电位的最大值（即金属钝性最好、活性最差）出现在“高载低频”位置。
　　（2）对于海水腐蚀下的镍铝青铜合金，往复摩擦频率5Hz是表征其钝化性能的一个临界值，且这个临界值与摩擦载荷无关。
　　（3）通过体积法测量了镍铝青铜合金在腐蚀磨损作用下的材料去除量，研究表明随着摩擦载荷和摩擦频率的增加，材料去除量急剧增加，腐蚀与磨损在材料去除过程中存在互相促进的协同效应。
　　（4）通过观察磨痕表面的微观形貌，证明了摩擦第三体的存在，认为其产生的原因主要是基体材料或磨屑塑性变形后在磨痕表面的涂抹。摩擦第三体的存在对镍铝青铜合金的腐蚀磨损性能及机理有重要影响。
　　（5）镍铝青铜合金在摩擦过程中的表面形貌以犁沟为主，该形貌对腐蚀具有促进作用。低摩擦频率下，镍铝青铜合金的材料去除机理主要是腐蚀磨损，表现为腐蚀导致大量微裂纹，而微裂纹的扩展引发材料的剥落甚至黏着磨损；高频率下的材料去除机理主要是黏着磨损。
　　本文的研究结果，对海洋装备零部件的选材及寿命预测研究具有一定的理论指导意义，对海洋耐腐蚀材料的开发和新的海洋腐蚀防护体系的建立具有一定的实践价值。

目录

声明

1 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2国内外的研究现状

1.3 本文的主要研究内容

2 腐蚀磨损实验方案及装置

2.1 腐蚀磨损实验的基本原则

2.2 实验目的和原理

2.3 实验材料和腐蚀介质

2.4 实验仪器和装置

2.5 本章小结

3 腐蚀磨损实验参数及实验过程

3.1 实验参数

3.2 实验步骤

3.3 本章小结

4 腐蚀磨损实验结果及分析

4.1 腐蚀电流的变化规律分析

4.2 腐蚀电位的变化规律分析

4.3 摩擦载荷和摩擦频率对腐蚀电流及电位的影响

4.4摩擦力和摩擦系数的分析

4.5 腐蚀磨损的材料去除量分析

4.6 本章小结

5 磨痕表面的微观形貌及其腐蚀磨损机理分析

5.1 关于摩擦第三体的微观形貌及分析

5.2腐蚀磨损机理分析

5.3 本章小结

6 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间从事科学研究及发表论文情况

致谢