304不锈钢在人工海水环境中的腐蚀磨损行为研究

目的阐述304不锈钢在人工海水环境中的腐蚀磨损行为及其力-电化学耦合作用下的损伤机理,为海水服役环境中海洋装备的开发和利用提供理论支持。方法利用腐蚀磨损试验仪研究了304不锈钢在人工海水环境中的摩擦学性能和电化学性能及其交互作用下的腐蚀磨损行为,并利用扫描电镜、X射线衍射仪、激光共聚焦显微镜等仪器对磨痕表面进行表征与分析。结果在载荷作用下,304不锈钢的腐蚀电位从静态腐蚀的-0.310V变为-0.368V,腐蚀电流密度也增加了约1个数量级。阳极恒电位下,304不锈钢和Al_2O_3陶瓷球摩擦副的摩擦系数比阴极保护下的小。载荷为5N时,304不锈钢的腐蚀磨损率为0.195mm~3/d,其中,腐蚀加速磨损速率占68.7%;载荷为15N时,总磨损速率明显增加,其中,纯磨损率所占比例最大,为60.1%,此时腐蚀加速磨损速率占比为39.1%。结论 304不锈钢的腐蚀磨损行为是"机械去钝化-化学再钝化"的动态过程。腐蚀和磨损过程存在明显的交互作用。在磨损过程中,304不锈钢表面发生马氏体相变,通过电偶腐蚀进一步加强腐蚀作用;同时,腐蚀过程的反应产物使304不锈钢的耐磨性能下降。随着载荷的增加,对总腐蚀磨损速率贡献最大的由腐蚀加速磨损速率逐渐变为纯磨损率,载荷对304不锈钢的机械磨损影响更大。     

乙醇胺溶液中Inconel690合金微动磨损与腐蚀的交互作用

采用PLINT微动腐蚀试验机,位移幅值为100~200μm,法向载荷为20~80 N,频率为2 Hz,循环次数为10000次,在乙醇胺(ETA)溶液中对Inconel690合金进行了切向微动腐蚀试验。结果表明:微动腐蚀与磨损呈"负交互作用",其原因是表面膜和腐蚀产物组成的第三体层参与微动磨损过程,改变了摩擦接触界面状态;微动使自腐蚀电位负移,位移幅值增加,引起腐蚀速率增大;Inconel690合金在ETA溶液中的微动磨损机制主要表现为磨粒磨损和剥层的共同作用。     

锆合金包壳在微动磨蚀环境下的界面损伤行为

锆合金燃料棒包壳在反应堆内会由于流致振动与定位格架发生微动磨蚀,现有研究并未考虑高温水环境下燃料棒包壳与格架之间的腐蚀加速磨损现象。通过微动磨损试验设备结合电化学工作站,研究不同外加电位（-0.8 V、-0.4 V、0 V、0.4 V和0.8V）下锆合金包壳的微动磨蚀行为。采用SEM、EDX、XPS、EPMA和三维光学显微镜对磨痕表面的微观形貌和化学成分等进行分析,探究不同外加电位下锆合金的摩擦氧化行为及微动损伤机理。结果表明：随着电位的增加,微动过程中的腐蚀电流增加,加速磨损过程中锆合金的氧化腐蚀,锆合金的微动损伤加剧。不同外加电位下磨痕表面均存在明显的犁沟及氧化物颗粒堆积,主要磨损机制为磨粒磨损和氧化磨损。随着外加电位的增加,锆合金的磨损深度和磨损率增加,这是因为电位的增加使得腐蚀加剧,从而磨损与腐蚀交互作用增强导致磨损率的增加。揭示了电位对锆合金包壳磨痕形貌、磨损量和摩擦腐蚀交互作用的影响规律,阐明了不同电位条件下锆合金的磨损机制,为锆合金包壳在长周期服役过程中磨损行为的分析和预测提供理论支撑。     

类金刚石薄膜在腐蚀介质中的摩擦磨损行为研究

目的 在304不锈钢表面制备DLC薄膜,并探究其在1 mol/L NaOH、3.5%NaCl、1 mol/L H2SO4溶液中的摩擦磨损行为。方法 通过非平衡磁控溅射设备（UPD650）制备DLC薄膜。采用扫描电子显微镜、拉曼光谱仪,对DLC薄膜的微观结构及磨斑、磨痕进行表征。使用划痕仪和纳米压痕仪,分别测试DLC薄膜的结合力、硬度和弹性模量。使用接触角测量仪测试1 mol/L NaOH、3.5%NaCl、1 mol/L H2SO4溶液和去离子水在304不锈钢和DLC薄膜表面的润湿角。采用CSM摩擦试验机研究304不锈钢和DLC薄膜的摩擦磨损行为。利用动电位极化评价304不锈钢和DLC薄膜的耐腐蚀性能。结果 304不锈钢表面制备的薄膜厚度约1.95 μm,结合力为37 N左右,硬度和弹性模量分别约为14.7 GPa和191.1 GPa。DLC薄膜在1 mol/L NaOH溶液中的摩擦系数高达0.18,而在3.5%NaCl、1 mol/L H2SO4溶液和去离子水中的摩擦系数低至0.05左右。在1 mol/L NaOH、3.5%NaCl、1 mol/L H2SO4溶液中,DLC薄膜的磨损率比304不锈钢的小2、3个数量级。极化测试结果显示,DLC薄膜在不同介质中的腐蚀电流密度顺序为1 mol/L H2SO4<3.5%NaCl<1 mol/L NaOH。结论 沉积的DLC薄膜具有良好的机械性能和耐腐蚀性能,能够很好地改善304不锈钢在1 mol/L NaOH、3.5%NaCl、1 mol/L H2SO4溶液中的摩擦磨损性能。     

TC4合金微动腐蚀行为的研究

研究TC4合金在氯化钠溶液中的微动磨损行为,分析不同摩擦副材料下载荷与磨损形貌、摩擦系数和磨损量的关系。结果表明,微动磨损机制是粘着磨损-疲劳脱层-磨粒磨损和腐蚀磨损;腐蚀介质下摩擦系数曲线比干空气的低且平稳;Al_2O_3/TC4摩擦系数曲线波动较大,载荷较大时由微动转为往复滑动。Si_3N_4/TC4磨损量和磨损率均比GCr15/TC4的大,GCr15/TC4耐磨性优于Si_3N_4/TC4,GCr15球作摩擦副材料时磨损性能最好。TC4在氯化钠溶液中的失重是由机械磨损、腐蚀和磨损的交互作用造成的。     

不锈钢表面热浸涂层的结构与抗腐蚀耐磨损性能

采用AI(NO3)3溶液反复热浸渍法在304不锈钢表面制备复合涂层.采用SEM、XRD、EDS等方法分析涂层的组织结构,用动电位极化法评价涂层在3%NaCI溶液中的腐蚀行为,用球一盘摩擦试验机评价涂层的摩擦学性能.结果表明:Al(NO,).溶液热浸渍法制备的涂层由Al(OH)3及少量Al2O3组成,厚度约为20 μm;被覆涂层试样与304不锈钢基体相比,自腐蚀电位分别提高了10mV,且发生了钝化现象,表明涂层提高了基体的抗腐蚀性能.涂层与GCr15钢对磨的摩擦系数高,摩擦过程中Fe向涂层的材料转移导致出现严重的粘着现象,涂层本身产生轻微磨损.     

AISI 316不锈钢和Ti6Al4V合金在海水环境中的腐蚀与腐蚀磨损行为(英文)

采用立式万能销盘腐蚀磨损试验机研究AISI 316不锈钢和Ti6Al4V合金在海水中与Al2O3陶瓷对磨时的腐蚀与腐蚀磨损行为,重点讨论腐蚀磨损之间的交互作用。结果表明,摩擦作用使得Ti6Al4V合金和316不锈钢的开路电位大幅下降,腐蚀磨损过程中的电流密度远高于静态腐蚀时的电流密度,摩擦明显促进了合金的腐蚀。两种合金在海水中的磨损量远大于在纯水中的磨损量,腐蚀促进了磨损,并且Ti6Al4V合金的耐磨性优于316不锈钢的耐磨性,腐蚀磨损之间的交互作用是材料损失的一个重要因素。本实验所用的摩擦装置为单向滑动的面面接触方式,这使得摩擦对腐蚀的促进作用在总磨损量中所占的比例很小。     

Q245R与不锈钢在3.5%NaCl溶液中的电偶腐蚀行为研究

针对石油与化工设备行业的电偶腐蚀情况,采用电化学方法,研究了Q245R钢和不锈钢(201、304冷轧板、304热轧板、316L)在3.5%Na Cl溶液中的电化学行为。结果表明:不锈钢比较稳定,而Q245R则处于活化状态;Q245R的腐蚀电位远低于不锈钢,偶接后作为阳极腐蚀加剧,不锈钢作为阴极被保护;偶接后电偶对的混合电位与电偶电流呈负相关;电偶腐蚀效应的大小为Q245R/201Q245R/316LQ245R/304冷轧板Q245R/304热轧板。     

2205双相不锈钢和304不锈钢在氢氟酸溶液中缝隙腐蚀敏感性比较

采用缝隙腐蚀试样,通过浸泡实验以及循环极化、电化学阻抗、电化学噪声、恒电位测试等电化学方法,研究了2205双相不锈钢(2205DSS)和304不锈钢(304SS)在5%(质量分数)氢氟酸溶液中的缝隙腐蚀行为。结果表明,两种不锈钢在氢氟酸溶液中都发生了缝隙腐蚀,但2205双相不锈钢腐蚀形成的蚀坑较浅,而304不锈钢腐蚀形成的蚀坑较深,且腐蚀面积更大。电化学测试结果表明,2205DSS的临界缝隙腐蚀电位E_(crev)和再钝化电位E_(rp)都高于304SS的,滞后环的面积也更小,钝化膜电阻和缝隙腐蚀发生时的电荷转移电阻也更大。2205DSS的白噪声水平更小,缝隙腐蚀反应更慢。同时,在相同外加电位下,2205DSS的缝隙腐蚀诱导期更长,缝隙腐蚀发生时电流更小,2205DSS的抗缝隙腐蚀能力优于304SS,这主要与两种材料表面所成钝化膜的组成和性能不同有关。     

厚类金刚石碳基薄膜的制备及摩擦与腐蚀性能的表征

目的设计多层掺Si交替沉积的厚DLC薄膜,改善SUS304不锈钢的耐磨性与耐蚀性,拓展其使用范围。方法使用等离子增强化学气相沉积(PECVD)技术,在C_2H_2-SiH_4气氛中,通过Si_x-DLC与Si_y-DLC交替沉积的制备方法,以SUS304不锈钢为基底,制备了厚度为20.0、34.9、41.6μm的三种不同调制比(1∶5、1∶1、4∶1)的厚类金刚石碳基薄膜。利用扫描电子显微镜、原子力显微镜、拉曼光谱、纳米压痕仪、RST3划痕仪,分析了厚DLC薄膜的微观结构与力学性能。利用CSM摩擦磨损试验机评价厚DLC薄膜的摩擦学性能,并用能谱仪对磨斑成分进行分析。利用电化学工作站分析厚DLC薄膜的腐蚀行为,并用扫描电镜观察腐蚀形貌。结果厚DLC薄膜结构致密,强化效果明显,硬度最高达13.8GPa,结合力在21～29N范围内。SUS304不锈钢的摩擦系数在跑和阶段急速升高至0.5,随着滑动次数的增加,呈上升趋势,1 h后,磨损率无法用轮廓仪测量。厚DLC薄膜在低载荷与高载荷下的摩擦系数始终保持在0.05～0.2之间,磨损率低至9.4×10~(-17) mm~3/(N·m)。电化学测试表明,SUS304不锈钢的腐蚀电位为-0.49V,腐蚀电流密度为1.46×10~(-6) A/cm~2。与SUS304不锈钢相比,三种厚度的DLC薄膜腐蚀电位正移、极化电阻升高,腐蚀电流密度最大可降低3个数量级。结论厚DLC薄膜的应用可以有效降低摩擦磨损,腐蚀倾向相比于不锈钢明显降低,具有良好的耐腐蚀性。     

Studies of tin coated brass contacts in fretting conditions under different normal loads and frequencies

The fretting corrosion behavior of tin-plated brass contacts is studied at various normal loads (0.25, 0.5, 1.0 and 1.5 N) and fretting frequencies (1, 3 and 8 Hz). The typical characteristics of the change in contact resistance with fretting cycles and time are explained. Irrespective of the frequencies under study, 1 N normal load suppressed the fretting corrosion of tin contacts by maintaining the mechanical stability and good electrical contact between the contacting members which makes less accumulation of wear debris at the fretted zone. For a given normal load, the fretting corrosion of tin-plated contacts occur much faster at higher frequencies as it provides more fresh metal for oxidation and generates more accumulation of oxide wear debris at the contact zone. The failure time, i.e. the time for contact resistance at the fretted surface to reach 0.1 Ω is delayed with increasing normal loads at the studied frequencies. For a given normal load, the failure time reaches early at 8 Hz, i.e. at higher fretting frequencies. The fretted surface is examined using laser scanning microscope, scanning electron microscope and energy dispersive X-ray analysis to assess the surface profile, extent of fretting damage, extent of oxidation and elemental distribution across the contact zone. From the surface profile data, the fretted area and the wear rate is calculated and correlated with the observed extent of oxidation and earlier failure of electrical contacts. The surface morphology and EDX analysis results of the fretted surface clearly revealed the severe fretting damage at 0.25 N and 8 Hz.     

Torsional fretting corrosion behaviours of Ti6Al4V alloys in Hank’s simulated body fluid

ABSTRACT

Torsional fretting corrosion in a physiological medium is one of the main reasons that artificial joints fail. In this study, we carried out experiments on torsional fretting corrosion in Titanium alloys (Ti6Al4V) against Zirconium dioxide (ZrO₂) ceramic balls under 37°C in a Hank’s simulated body fluid. During the tests, we recorded electrochemical corrosion parameters using an electrochemical analysis system in real-time. We analysed the torsional fretting dynamics behaviours, damage mechanisms, and electrochemical corrosion behaviours in detail using the micro-examinations of a scanning electron microscope (SEM), an energy-dispersive X-ray (EDX), a profilometer, and an X-ray photoelectron spectrometer (XPS). The results showed that the dynamics behaviours strongly depended upon the torsional angular displacement amplitude and the number of cycles. The friction torque increased with increases in the torsional angular displacement amplitude and normal load. We established a running condition fretting map (RCFM), which included three fretting running regimes: a partial slip regime (PSR), a mixed fretting regime (MFR), and a slip regime (SR). We determined that the influences of torsional fretting on electrochemical corrosion behaviours were strongly correlated to the angular displacement amplitude. Under large angular displacement amplitudes, the corrosion of the Ti6Al4V alloys in Hank’s simulated body fluids were accelerated by torsional fretting, especially during the initial stage of the test. However, when the angular displacement amplitude was smaller than 1°, the corrosion potentials and corrosion currents were almost invariable during the entire duration of the test. The damage to the Ti6Al4V alloy was the result of wear and corrosion. The wear mechanisms were attributable to delamination and abrasive wear in the three fretting regimes. We observed almost no damage on the contact centre and only slight scratches and wear on the contact edge in the PSR. In MFR testing, the damage zone extended to the contact centre and the sticking zone (which exhibited no damage) contracted to the contact centre with increases in the number of cycles. Ultimately, in MFR and SR testing, the damage mechanisms were primarily the result of abrasive wear, oxidation wear, tribochemical reactions, adhesion wear, and electrochemical corrosion.     

接触载荷对TC4钛合金微动磨损行为的影响

目的在不同的载荷和位移幅值下,结合微动图研究微动接触状态、滑移状态、损伤体积三者对微动摩擦磨损的影响以及不同微动接触状态和滑移状态下材料的损伤机理,为机械构件的微动磨损防护设计提供一定的理论支持。方法在相对湿度为50%、干摩擦条件下,运用SRV-V摩擦实验机,采用球/平面接触形式研究了TC4钛合金/GCr15钢球摩擦副的微动摩擦磨损行为。实验后,用原子力显微镜、纳米压痕仪、三维光学轮廓仪、场发射扫描电子显微镜及其自带的EDS,测试TC4试样的表面形貌及粗糙度、弹性模量与硬度、磨损体积与截面形貌和显微结构及磨斑、磨屑形貌成分等。结果在较低法向载荷下,完全滑移(GSR)占主导地位。磨粒磨损、粘着磨损、氧化磨损以及疲劳脱层是主要的损伤机理。另一方面,在较高法向载荷下,混合滑移(MSR)、部分滑移(PSR)占主导地位。损伤机制是由于高的应力集中,导致疲劳裂纹。此外,不同的微动运行条件下和材料损伤区域也不相同。完全滑移条件下,损伤主要集中在磨斑中心,而部分滑移条件下,损伤主要集中在磨斑边缘。结论切向摩擦力、微动振幅是影响微动磨损的重要因素。小位移幅值下,磨屑可以减缓接触面钛合金基体材料的微动磨损;而大位移幅值下,磨屑会加剧接触面基体材料的微动磨损。     

等离子渗氮与喷丸强化复合改进钛合金抗微动损伤性能

利用直流脉冲等离子电源装置对Ti6A14V钛合金表面渗氮处理,研究了渗氮层的相组成、硬度分布、韧度及摩擦学性能,采用喷丸形变强化(SP)对渗氮层进行后处理,以达到联合提高钛合金微动疲劳(FF)抗力的目的.研究结果表明:脉冲电源等离子技术可在钛合金表面获得由TiN、Ti2N、Ti2A1N等相组成的渗氮层,该改性层能够显著地提高钛合金常规磨损和微动磨损(FW)抗力,但降低了基材的FF抗力.渗氮层的减摩和抗磨性能与SP引入的表面残余压应力协同作用,使钛合金FF抗力超过了SP单独作用.提高渗氮层韧度对改善钛合金FF和FW性能均十分重要.     

Behaviour of shot peening combined with WC-Co HVOF coating under complex fretting wear and fretting fatigue loading conditions

This study investigated the fretting and fretting fatigue performance of tungsten carbide-cobalt (WC-Co) HVOF spray coating systems. Fretting wear and fretting fatigue tests of specimens with shot peening and WC-Co coatings on 30NiCrMo substrates were also performed. The WC-Co coating presents very good wear resistance by decreasing the energy wear coefficient (α) under fretting conditions by more than 9 times. The tested coating reduces crack nucleation under both fretting and fretting fatigue situations. Finally the crack arrest conditions are evaluated by the combined fretting and fretting fatigue investigation. It is shown and explained how and why this combined surface treatment (i.e., shot peening and WC-Co) presents a very good compromise against wear and cracking fretting damage.     

微动磨蚀及表面防护技术回顾

系统讨论了微动磨损及其与腐蚀耦合的失效机理和表面防护技术,为提高机械零部件的可靠性和延长使用寿命提供理论支持和实践指导。重点分析了固体自润滑涂层、液体润滑膜、树脂基涂层等低摩擦表面技术在减轻微动磨损方面的应用效果及其作用机理,并且对比了一系列微动磨损与腐蚀防护技术的利与弊,揭示了防护手段对腐蚀磨损性能的优化机理。此外,还讨论了低摩擦表面腐蚀防护设计的策略,包括基于表面工程的正向设计和基于失效分析的逆向推演,并对耐磨蚀涂层设计进行了深入探讨。最后,总结了微动磨蚀防护技术的研究进展,并对其未来的发展方向进行了展望。通过以上综合性的研究和分析,为提高机械零部件在复杂工况下的耐磨性和抗腐蚀能力提供了重要的理论依据和技术参考。     

双粗糙表面的微动磨损行为研究

目的 建立符合实际情况的粗糙表面微动磨损模型,准确揭示连接结构的磨损机理.方法 利用ABAQUS有限元软件中的UMESHMOTION子程序和能量耗散模型,建立粗糙表面的微动磨损模型,并探究不同表面粗糙度、材料和振动频率对粗糙表面微动磨损的影响.结果 在外部载荷、振动频率和材料相同的情况下,下试件表面粗糙度为0.2μm的...     

钛合金自冲铆接头微动磨损机理及疲劳性能

对钛合金同种TA1-TA1（TT）及异种TA1-Al5052（TA）,TA1-H62（TH）自冲铆接头进行疲劳试验,用扫描电子显微镜对断口及微动区进行观测研究其微动磨损机理,并研究下板强度对接头疲劳寿命和失效形式的影响.结果表明,断口裂纹萌生区即为微动磨损区.微动磨损导致微动区亚表面产生微裂纹并逐步扩展为宏观疲劳裂纹导致接头最终失效;微动磨屑在微动磨损过程中主要起减轻磨损作用.总体上TT接头具有最优疲劳性能,疲劳载荷较高时TA接头疲劳性能优异,疲劳载荷较低时TH接头疲劳性能优异.两板强度相当且疲劳载荷较高时失效形式主要为铆钉断裂,疲劳载荷较低时失效形式主要为下板断裂;而下板强度与上板强度相差较大时,疲劳失效形式为下板断裂.     

氧化时间对微弧氧化膜电接触微动磨损行为的影响

目的研究不同氧化时间的铝合金表面微弧氧化涂层在电接触条件下的微动磨损行为,并探讨其磨损机理。方法通过控制氧化时间(10、20、30、40、50、60、70 min),在铝合金表面制备不同表面状态的微弧氧化涂层,并利用四线接触法研究其在电接触条件下接触电阻的变化,通过分析摩擦系数、F-D曲线、磨损形貌、三维轮廓及磨痕化学成分来揭示其微动磨损机理。结果电接触微动磨损下,氧化不同时间形成的微弧氧化涂层在相同电接触微动磨损条件下的耐磨性存在明显差异,进而影响其电接触行为。氧化10 min时,涂层磨损最严重,磨损区域的涂层迅速失效,从而导致铝合金基体外露,接触电阻骤降至零;氧化50 min时,涂层厚度最大,具有良好的耐磨性,缓减了接触电阻的衰减,接触电阻曲线在衰减过程中受到磨斑表面裂纹的影响而产生波动。结论氧化时间会影响微弧氧化膜表面形貌、粗糙度以及厚度,对其在电接触条件下的微动磨损行为影响较大。