基于腐蚀介质和多相流作用的铜合金冲蚀磨损行为研究

摘要

船舶螺旋桨在服役过程中由于力学和电化学因素联合作用导致部件失效，严重影响了高速船舶的使用寿命。船用螺旋桨常用材料主要有钛合金、铸钢及铜合金等，其中，铜合金由于具有较高的耐海水腐蚀性和良好的加工性能而被广泛应用。铜合金螺旋桨在海水中服役时不仅受到腐蚀作用而且还受到固液两相的冲刷作用，而系统研究铜合金在固液两相流中冲刷、腐蚀及冲刷与腐蚀交互作用的工作较少，对其失效规律及机制尚未被深入讨论。　　本文选用工程中常用的黄铜和锡青铜为研究对象，分别考察了两种铜合金的腐蚀行为、磨损行为、腐蚀磨损交互作用，以及沙粒粒径和外电位对黄铜腐蚀磨损行为的影响。经过实验研究得到了以下主要结论：　　（1）在3.5％NaCl溶液中，黄铜和锡青铜腐蚀失重率均随腐蚀介质流速的增加而增加，极化曲线均未出现钝化区，锡青铜的耐蚀性比黄铜耐蚀性好。　　（2）在3.5%NaCl含沙水溶液中，两种铜合金磨损对腐蚀均存在促进作用，腐蚀电流密度和磨损对腐蚀的促进量均随介质流速的增加而增大；黄铜磨损对腐蚀促进作用量随外电位正移而增加，随沙粒粒径的增大而增加。　　（3）两种铜合金在阴极保护作用下，试样发生严重冲蚀前存在门槛速度，冲蚀形貌主要以犁削和铲削为主同时兼有切片。当冲蚀速率增加，冲蚀切削形貌减少，而冲蚀时间的增加将导致冲蚀率首先增加后减小并趋于平衡；在无阴极保护作用下，试样表面出现腐蚀凹坑，冲蚀率大幅度增加，随着冲蚀速率的增加失重率增加，但随冲蚀时间增加，冲蚀率减小。　　（4）在相同质量浓度沙粒下，沙粒粒径对黄铜腐蚀性能的影响较小；但黄铜冲刷腐蚀冲蚀的主要失重方式受沙粒粒径和外电位影响，沙粒粒径较小时，黄铜的流失形式为磨损腐蚀，沙粒粒径较大时，流失形式随外加电位正移由腐蚀磨损转变为磨损。在黄铜冲刷腐蚀中，腐蚀磨损交互作用是引起黄铜流失的主要原因，且以腐蚀对磨损的促进作用更为显著。　　（5）在黄铜冲刷腐蚀中，随沙粒粒径的增加及外电位正移，腐蚀磨损交互作用更加突出；基于腐蚀磨损失重率、沙粒尺寸和外电位的冲刷腐蚀材料流失图表明：在低电位条件下，沙粒粒径对腐蚀磨损总失重率的影响较小，在高外电位条件下，腐蚀磨损总失重率随沙粒粒径的增加急剧增加。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 铜合金腐蚀研究现状

1.3 冲刷腐蚀

1.4 冲刷腐蚀的交互作用

1.5 本课的研究目的及内容

第二章 实验材料及实验方法

2.1 实验材料及试剂

2.2 实验设备及方法

2.3 测试分析方法及设备

第三章 铜合金动态腐蚀行为研究

3.1 引言

3.2 铜合金在不加沙情况下腐蚀行为

3.3 铜合金在加沙情况下腐蚀行为

3.4 恒电位下黄铜的静态腐蚀行为

3.5 本章小结

第四章 铜合金磨损行为研究

4.1 引言

4.2 实验结果与讨论

4.3 本章小结

第五章 铜合金腐蚀磨损行为研究

5.1引言

5.2 实验结果与讨论

5.3 本章小结

第六章 沙粒粒径和外电位对黄铜腐蚀磨损的影响

6.1 引言

6.2 实验结果与讨论

6.3 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

致谢

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果