镍铝青铜合金在模拟海水中的腐蚀磨损特性及机理研究

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海洋领域的开发与建设是一项集诸多领域于一体的系统工程,其基础是材料科技的发展和创新,尤其依赖于海洋工程材料的选择和应用。钝化金属材料或合金作为海洋工程设备的主要应用材料,虽然表面钝化膜起到隔离和保护作用,但是依然难以适应海水腐蚀和冲刷磨损协同作用下的海洋服役环境,给海洋工程建设和发展带来严峻的挑战。研究海洋环境下钝化金属或合金的腐蚀磨损机理对钝化合金在海洋工程的应用及海洋工程设备关键零部件的设计及开发具有重要的实践价值和一定的理论指导意义。  本文以具有综合力学性能和优异抗海水腐蚀性的镍铝青铜合金为主要研究对象,对其在受到“电化学腐蚀”和“机械摩擦”协同作用下的腐蚀磨损特性及其机理展开分析和研究。首先,按照机械划伤电极法原理,基于实现“单向滑动摩擦”和“模拟海水腐蚀”协同作用的研究工况,设计改造了一套腐蚀磨损实验装置;然后,通过设计合理的电化学腐蚀电路,建立了电化学腐蚀系统和机械摩擦系统之间的联系,在此基础上,实验研究了镍铝青铜合金在模拟海水环境中同时受到“电化学腐蚀”和“机械摩擦”作用时的力学参数(摩擦系数)和电化学参数(电流、电位)的变化规律并分析研究了“电化学腐蚀”和“机械摩擦”的协同作用机制;最后,通过观察不同参数变化下各试样磨痕区表面的微观形貌以及摩擦“第三体”的微观形貌,深入分析了镍铝青铜合金在“模拟海水腐蚀”和“单向滑动摩擦”协同作用下的腐蚀磨损机理,并对“第三体”在三体摩擦体系中的作用机理展开详细研究。  本文的主要研究结果如下:  (1)摩擦速度对镍铝青铜合金腐蚀磨损性能的影响与摩擦副的运动状态无关,即无论单向摩擦还是往复摩擦,电流都是随着摩擦速度的增大而增大;且相比载荷,摩擦速度对镍铝青铜合金腐蚀磨损性能的影响较显著。  (2)分析认为60r/min是表征镍铝青铜合金“去钝化-再钝化”动态平衡的一个动力学参数数值。  (3)电流测试和电位测试实验过程中,镍铝青铜合金试样在模拟海水中的腐蚀机理不同,生成的产物不同;镍铝青铜合金的材料去除机理均显著体现了“电化学腐蚀”和“机械摩擦”的协同作用,但是各自的主导机制不同:前者以电化学腐蚀为主导,后者则以机械摩擦为主导;其材料去除机制也有所差别:前者以腐蚀磨损为主,伴有磨粒磨损;后者以磨粒磨损为主,伴有腐蚀磨损。  (4)通过对摩擦“第三体”在三体摩擦体系中作用机理展开详细研究:将摩擦“第三体”在三体摩擦体系中的作用机理归纳总结为7类,分别建立了它们的物理模型。
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