304不銹鋼在海水中的腐蝕磨損性能研究

腐蝕介質(zhì)中的金屬摩擦副無(wú)論其是否具有耐腐蝕特性，均承受著腐蝕與磨損的共同作用，并極可能導(dǎo)致其耐蝕性及耐磨性的加速惡化，了解金屬材料在特殊介質(zhì)中的摩擦學(xué)行為變化及規(guī)律是近年來(lái)摩擦學(xué)研究的熱點(diǎn)。海水是自然界典型的腐蝕介質(zhì)，研究海洋環(huán)境中材料的腐蝕與磨損之間的協(xié)同作用機(jī)理及規(guī)律對(duì)提升海洋裝備性能具有重要的意義。
 
　　海水全浸區(qū)金屬材料的腐蝕磨損十分復(fù)雜，包含湍流腐蝕、沖刷腐蝕及滑動(dòng)腐蝕磨損等。其中湍流腐蝕和沖刷腐蝕研究的比較多，相關(guān)機(jī)理十分明確，并且建立了相關(guān)理論模型。而滑動(dòng)腐蝕磨損也是全浸區(qū)金屬材料的典型損失模式，如錨鏈鏈環(huán)間的磨損即為滑動(dòng)腐蝕磨損，但是相關(guān)機(jī)理并不明確，研究全浸區(qū)金屬材料的腐蝕磨損對(duì)海水中金屬材料腐蝕磨損機(jī)制的探討以及耐腐蝕磨損材料的研發(fā)具有重要意義。
 
　　本文采用同步電化學(xué)/銷(xiāo)盤(pán)摩擦磨損試驗(yàn)研究了304不銹鋼在人工海水中的腐蝕磨損行為。采用摩擦學(xué)、電化學(xué)及摩擦化學(xué)等分析方法，分析并討論了材料腐蝕與磨損間的交互作用程度及機(jī)理，通過(guò)與其它合金性能比較，探討了材料在海水中的腐蝕磨損共性與特性。本文借助電化學(xué)分析、表面形貌、成分分析、定量計(jì)算和理論模擬等手段，綜合評(píng)定了各種實(shí)驗(yàn)條件和因素對(duì)304不銹鋼腐蝕磨損行為的影響，基于大量研究數(shù)據(jù)繪制了相應(yīng)的腐蝕磨損圖，為304不銹鋼的失效模式及損傷速率提供了預(yù)測(cè)依據(jù)。研究結(jié)果表明，滑動(dòng)摩擦過(guò)程中介穩(wěn)態(tài)304奧氏體不銹鋼摩擦表面因應(yīng)力集中而誘發(fā)形成了馬氏體相和機(jī)械孿晶，他們均具有強(qiáng)化接觸表面和提高耐磨性的作用。馬氏體相與奧氏體母相在磨痕內(nèi)形成微觀(guān)腐蝕電偶并加速304不銹鋼的活化溶解。力學(xué)因素會(huì)影響馬氏體的轉(zhuǎn)變量，在低載荷和低轉(zhuǎn)速下，摩擦?xí)r間越長(zhǎng)，304不銹鋼磨痕內(nèi)的馬氏體含量越多，對(duì)金屬的腐蝕磨損行為影響也越大。海水pH同樣影響304不銹鋼的腐蝕磨損行為，在高pH環(huán)境中，海水表現(xiàn)出好的潤(rùn)滑性和低的腐蝕性，因此304不銹鋼在高pH海水中呈現(xiàn)低的腐蝕磨損速率。304不銹鋼的腐蝕磨損行為還受鹵離子濃度的影響，高鹵離子濃度提高了海水潤(rùn)滑性、降低了磨損速率，但同時(shí)卻增大了海水對(duì)金屬的腐蝕，尤其會(huì)增大304不銹鋼的孔蝕敏感性。此外，304不銹鋼的初始表面粗糙度越大，磨合時(shí)間越長(zhǎng)，磨粒磨損越嚴(yán)重。陽(yáng)極外加電位會(huì)加速304不銹鋼腐蝕，改變接觸表面特性，提高其腐蝕磨損速率。對(duì)比304不銹鋼與其它合金可以發(fā)現(xiàn)，三種不同穩(wěn)定態(tài)的奧氏體不銹鋼的腐蝕磨損行為相差不大。具有不同微觀(guān)結(jié)構(gòu)的鋼鐵材料中，410馬氏體鋼的腐蝕磨損速率最低，其磨損機(jī)理主要為磨粒磨損和粘著磨損。有色金屬中銅合金在海水中的耐腐蝕磨損性最好，并且優(yōu)于其它鋼鐵材料。