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304不锈钢在海水中的腐蚀磨损性能
       腐蚀介质中的金属摩擦副无论其是否具有耐腐蚀特性,均承受着腐蚀与磨损的共同作用,并极可能导致其耐蚀性及耐磨性的加速恶化,了解金属材料在特殊介质中的摩擦学行为变化及规律是近年来摩擦学研究的热点。海水是自然界典型的腐蚀介质,研究海洋环境中材料的腐蚀与磨损之间的协同作用机理及规律对提升海洋装备性能具有重要的意义。
       海水全浸区金属材料的腐蚀磨损十分复杂,包含湍流腐蚀、冲刷腐蚀及滑动腐蚀磨损等。其中湍流腐蚀和冲刷腐蚀研究的比较多,相关机理十分明确,并且建立了相关理论模型。而滑动腐蚀磨损也是全浸区金属材料的典型损失模式,如锚链链环间的磨损即为滑动腐蚀磨损,但是相关机理并不明确,研究全浸区金属材料的腐蚀磨损对海水中金属材料腐蚀磨损机制的探讨以及耐腐蚀磨损材料的研发具有重要意义。
       本文采用同步电化学/销盘摩擦磨损试验研究了304不锈钢在人工海水中的腐蚀磨损行为。采用摩擦学、电化学及摩擦化学等分析方法,分析并讨论了材料腐蚀与磨损间的交互作用程度及机理,通过与其它合金性能比较,探讨了材料在海水中的腐蚀磨损共性与特性。本文借助电化学分析、表面形貌、成分分析、定量计算和理论模拟等手段,综合评定了各种实验条件和因素对304不锈钢腐蚀磨损行为的影响,基于大量研究数据绘制了相应的腐蚀磨损图,为304不锈钢的失效模式及损伤速率提供了预测依据。研究结果表明,滑动摩擦过程中介稳态304奥氏体不锈钢摩擦表面因应力集中而诱发形成了马氏体相和机械孪晶,他们均具有强化接触表面和提高耐磨性的作用。马氏体相与奥氏体母相在磨痕内形成微观腐蚀电偶并加速304不锈钢的活化溶解。力学因素会影响马氏体的转变量,在低载荷和低转速下,摩擦时间越长,304不锈钢磨痕内的马氏体含量越多,对金属的腐蚀磨损行为影响也越大。海水pH同样影响304不锈钢的腐蚀磨损行为,在高pH环境中,海水表现出好的润滑性和低的腐蚀性,因此304不锈钢在高pH海水中呈现低的腐蚀磨损速率。304不锈钢的腐蚀磨损行为还受卤离子浓度的影响,高卤离子浓度提高了海水润滑性、降低了磨损速率,但同时却增大了海水对金属的腐蚀,尤其会增大304不锈钢的孔蚀敏感性。此外,304不锈钢的初始表面粗糙度越大,磨合时间越长,磨粒磨损越严重。阳极外加电位会加速304不锈钢腐蚀,改变接触表面特性,提高其腐蚀磨损速率。对比304不锈钢与其它合金可以发现,三种不同稳定态的奥氏体不锈钢的腐蚀磨损行为相差不大。具有不同微观结构的钢铁材料中,410马氏体钢的腐蚀磨损速率最低,其磨损机理主要为磨粒磨损和粘着磨损。有色金属中铜合金在海水中的耐腐蚀磨损性最好,并且优于其它钢铁材料。
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