TC4钛合金在溴化锂溶液中的空泡腐蚀研究

摘要

溴化锂水溶液是一种高效的环境友好型吸收剂，目前已逐步取代氟利昂广泛应用于制冷机和热交换器中，然而在新型溴冷机运行过程中，高速流动的溴化锂溶液会因压强变化发生剧烈的空化现象，由于高浓度溴化锂本身具有很强的腐蚀性，因此会引起所接触的碳钢、不锈钢、铜等常用的金属材料发生空泡腐蚀，对设备的使用寿命造成较大的影响。所以，选择一种能够有效抵抗溴化锂空蚀的金属材料应用于溴冷机具有重要意义。在实验室条件下，本文利用超声波空蚀试验机通过失重法、电化学测试、显微硬度及残余应力测量，并结合环境扫描电镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、三维视频显微镜等表面分析方法，对TC4钛合金在55％LiBr水溶液中的空泡腐蚀行为以及NaNO2缓蚀剂对空蚀的缓蚀作用进行系统的研究。
　　实验结果表明，在55%LiBr水溶液中，TC4钛合金具有较强的抗空泡腐蚀能力，在连续空蚀8 h后累积失重量仅为6.86 mg，空蚀过程分为孕育期和上升期两个阶段，其中前3h为材料的空蚀孕育期，此阶段钛合金质量损失极小，空化力学冲击作用使得材料表面发生塑性变形和加工硬化，微裂纹和蚀坑逐渐萌生，表面显微硬度迅速上升，并在孕育期结束后达到最大值，此后开始回落。空蚀进入上升期后，累积失重明显上升，材料表层裂纹横向扩展并开始脱落，最终呈现出蜂窝状的表面微观形貌，硬化层则向基体深处移动。
　　在空蚀腐蚀过程中，力学作用是造成材料破坏的主要因素，其作用分量的比重达到77%以上，而力学效应和腐蚀效应的协同作用量占材料总损失量的15.09%～22.51%，其中腐蚀介质对钛合金表面微裂纹的扩展起到了加速作用，从而在一定程度上降低了其表面力学性质，空化作用使得钛合金的电化学行为受到了显著的影响，受空泡破裂产生的微射流及冲击波作用，钛合金的自腐蚀电位迅速负移，电极表面钝化膜随空蚀时间的增长而不断破坏，电化学阻抗不断减小，表面活性点大面积增加，导致钛合金的电化学溶解加速。
　　NaNO2作为阳极型缓蚀剂在一定程度上减少了钛合金在长时间空蚀后的质量损失，并对钛合金在55%LiBr溶液中的电化学腐蚀行为产生了显著的影响，缓蚀剂的加入可以同时提高钛合金静态条件下和空化条件下的热力学稳定性，降低体系的自由能，NO2–吸附在试样的腐蚀敏感活性点上可以促进金属的钝化，使电极的自腐蚀电位明显正移并增大其线性极化电阻，从而有效降低钛合金在空泡腐蚀中的腐蚀电流，避免材料大面积发生点蚀。

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第1章 绪论

1.1前言

1.2空化与空蚀的现象

1.3金属材料空蚀的影响因素

1.4空泡腐蚀的研究方法

1.5空泡腐蚀的防护方法

1.6本课题的主要研究目的和内容

第2章 实验方法

2.1实验材料

2.2试验介质

2.3实验设备

2.4失重法分析测量材料空蚀程度

2.5钛合金的电化学测试

2.6硬度与残余应力测试

2.7表面形貌及微观组织观察

2.8技术路线

第3章 钛合金的空蚀行为

3.1前言

3.2实验结果与分析

3.3本章小结

第4章 钛合金在溴化锂溶液中空蚀过程的电化学行为

4.1前言

4.2实验结果与分析

4.3本章小结

第5章 缓蚀剂对钛合金空蚀行为的影响

5.1 前言

5.2实验结果与分析

5.3本章小结

第6章 结 论

参考文献

攻读硕士期间发表论文

致谢

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