钢材料微动腐蚀行为研究-机械设计及理论专业论文.docxVIP

西南交通大学博士研究生学位论文 西南交通大学博士研究生学位论文 第j页 摘要 随着海洋工程、化学工业和航空航天工业的发展，以及医用人体植入材料 的广泛应用，微动腐蚀的危害越来越受到人们的关注。迄今为止，微动摩擦学 的研究主要集中在大气环境中，水介质中的微动腐蚀研究文献和数据较少，更 缺少对其损伤机理的系统研究。本论文针对现代工业的实际工况，系统研究了 钢在各种流体介质下的微动腐蚀行为，探索磨损与腐蚀的交互作用机理，因此 其研究具有重大的实际价值和理论意义。 本文使用高精度液压式微动磨损试验机，对三种典型钢(45“钢、GCrl 5 轴承钢和0Crl8Ni9不锈钢)，在大气、纯净水、酸雨、海水、两种润滑油、过 饱和水蒸气(水膜)，以及过饱和水蒸气气氛下的润滑油膜(油水混合膜)等8 种不同环境介质中，系统地进行了微动腐蚀实验。在摩擦动力学特性分析的基 础上，采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、激光共焦扫描显微 镜(LCSM)和电子能谱(EDX)等分析手段细致分析了微动腐蚀的磨斑。 本文完成的主要研究内容和获得的主要结论如下： l纯净水和酸雨介质改变了三种钢的微动运行区域，使部分滑移区向小 位移方向移动，混合区和滑移区变宽：海水使0Crl8Ni9钢的部分滑移区向小 位移方向移动，但对454和GCrl5钢的微动运行区域无明显影响。 2．纯净水、酸雨、海水和润滑油等流体介质均具有润滑作用，降低了微 动摩擦系数，并且其润滑作用主要表现在滑移区。研究发现稳态摩擦系数的数 值依赖于介质性质和实验条件。对于油水混合膜介质，其润滑效果明显优于水 膜介质。 3．三种钢在纯净水、酸雨和海水等水介质中的微动腐蚀材料流失量较低， 出现磨损与腐蚀的“负”交互作用。454钢在酸雨和海水中的磨损量近似，均低 于在纯净水介质下的磨损量；GCrl5钢在纯净水和海水介质下的磨损量较小， 在酸雨介质中磨损量较大：与纯净水比较，0Crl 8Ni9钢在海水中磨损量较低， 而在酸雨中磨损量有所增加。454和GCrl 5钢在大气、纯净水和润滑油介质中 的微动损伤程度及磨损量依次降低：油水混合膜介质条件下的损伤程度低于永 第i 第i i页 西南交通大学博士研究生学位论文 膜介质。 4．水介质中，三种钢微动腐蚀损伤主要表现为磨粒磨损、剥层机制与腐 蚀共同作用特征。三种钢在酸雨和海水中均有腐蚀产物产生，454和GCrl5钢 受腐蚀程度较0Crl8Ni9钢严重。腐蚀产物和磨屑多数从磨损接触区排出，少 量滞留形成三体层；腐蚀产物和磨屑构成的三体层参与微动过程，并对钢的微 动腐蚀行为产生影响。 5．在酸南和海水腐蚀性介质中，研究了阴极极化对微动腐蚀行为的影响 发现：阴极极化使微动摩擦系数上升，而磨损率下降；微动磨损使金属材料腐 蚀电位负移，材料表面活性增加：微动腐蚀过程中腐蚀产物膜层的形成、发展 及其稳定性与其表面自然电位之间存在一定联系。结合摩擦系数、磨痕及电位 变化的分析，证实了“负”交互作用的原因是腐蚀产物或表面膜层参与了微动 过程，改变了摩擦副接触区的表面状态。在腐蚀性水介质中适当控制阴极极化 电位．可在一定程度上抑制微动腐蚀产生的危害。 关键词：微动腐蚀；微动磨损：润滑；钢；水介质；腐蚀介质 西南交通大学博士研究生学位论文 西南交通大学博士研究生学位论文 第i i i页 Abstract With the development of ocean engineering，chemical industry and aerospace industry，as well as the wide application of medical implanting material in body，the harmfulness of fretting corrosion becomes more and more important．While up to now,main of the research on fretting has been focused on the fretting wear and fretting fatigue in air,few publications on the fretting corrosion in water are found in the literatures and the systematic studies on the mechanism of fretting corrosion are even more limited．Therefore，referred to the real conditions in the industry，the fretting corrosion behav