海水腐蚀对几种金属材料耐磨性能的影响

研究TC4钛合金、Hastelloy C-276合金、Inconel 625合金和Monel K500合金与316不锈钢对磨时在纯水和模拟海水下的摩擦磨损行为,评价海水腐蚀环境对几种耐海水腐蚀材料耐磨性的影响以及316不锈钢与几种金属配副的磨损行为。结果表明,四对摩擦配副在纯水润滑条件下的摩擦系数明显大于其在海水润滑条件下的摩擦系数,海水具有较好的润滑作用。在腐蚀磨损过程中,腐蚀磨损交互作用量占总腐蚀磨损量的比例ΔV/V为45%~86%,表明在海水环境下腐蚀与磨损的交互作用不可忽视。与不同金属对磨时,316不锈钢对偶材料的磨损量表现出不同的趋势,这可能与摩擦过程中存在的电偶腐蚀有关。     

Ti-6Al-4V和Monel K500合金在海水环境中与316不锈钢对磨时的腐蚀磨损性能(英文)

研究Ti-6Al-4V和Monel K500合金在海水和纯水环境下的腐蚀磨损性能,对偶材料为316不锈钢,实验装置为环-块摩擦磨损试验机。研究结果表明,Ti-6Al-4V和Monel K500合金在海水中的摩擦因数明显小于在纯水中的摩擦因数,在海水中的磨损量明显大于纯水中的磨损量,这主要是由于摩擦作用破坏了金属表面的钝化膜,增加了摩蚀速度。磨损和腐蚀产生交互作用,交互作用量随着腐蚀速度的加快而增加。当和Monel K500配副时,316不锈钢的磨损严重,而和Ti-6Al-4V配副时磨损相对较小。     

AISI316不锈钢腐蚀磨损交互作用的研究

采用电化学方法、微观形貌观察以及失重法分析研究了AISI 316不锈钢和Al2O3陶瓷摩擦副在模拟海水中的腐蚀磨损行为,探讨了摩擦对不锈钢腐蚀行为的影响以及腐蚀磨损交互作用。结果表明,在本实验条件下摩擦作用显著增加了AISI 316不锈钢的腐蚀倾向,其腐蚀率显著增加。纯磨损量占总腐蚀磨损量的76%~88%,材料的损失主要是由摩擦作用所引起,腐蚀磨损交互作用量占总腐蚀磨损量的12%~24%,腐蚀磨损交互作用是影响材料耐磨蚀性能的重要因素。     

盐雾腐蚀条件下Ti合金表面功能薄膜的摩擦磨损性能

目的研究Ti6Al4V合金、铬掺杂类金刚石(Cr-DLC)薄膜、钨掺杂类金刚石(W-DLC)薄膜和氮化钛(TiN)薄膜,在干摩擦和盐雾腐蚀气氛摩擦条件下的摩擦磨损性能。方法在商用Ti6Al4V合金表面通过非平衡磁控溅射制备Cr-DLC薄膜和W-DLC薄膜,通过多弧离子镀技术制备TiN薄膜。利用扫描电镜、显微硬度计、摩擦磨损试验机、白光干涉扫描轮廓仪,对薄膜的形貌、硬度、干摩擦和腐蚀摩擦性能、磨痕形貌进行测试分析。结果干摩擦条件下,Ti6Al4V合金表面沉积Cr-DLC、W-DLC和TiN三种薄膜的摩擦系数均比Ti6Al4V合金低;Ti6Al4V合金及其表面制备的三种薄膜在盐雾腐蚀气氛条件下的摩擦系数都比干摩擦条件下有所增加。与Ti6Al4V合金相比,Cr-DLC、W-DLC和TiN三种薄膜在干摩擦和盐雾腐蚀气氛摩擦条件下均减小了磨损体积。干摩擦条件下,W-DLC薄膜的磨损体积为0.0017 mm~3,耐磨性最好;盐雾腐蚀气氛摩擦条件下,TiN薄膜的磨损体积为0.0028 mm~3,表现出最佳的耐腐蚀磨损性能。通过磨痕形貌可以得出,盐雾腐蚀气氛摩擦条件下,Ti6Al4V合金表面制备的金属掺杂类金刚石薄膜的磨损受到磨粒磨损和腐蚀磨损双重机制的影响。结论三种表面功能薄膜在盐雾腐蚀气氛摩擦条件下都较好地保护了Ti合金,极大地减少了磨损损失。     

Hastelloy C276合金在模拟海水环境中的腐蚀磨损协同作用（英文）

利用带有电化学测试体系的销-盘腐蚀磨损试验机系统研究Hastelloy C276合金在模拟海水中与Al2O3陶瓷对磨时的腐蚀和腐蚀磨损行为。结果表明,摩擦作用不仅使Hastelloy C276合金的开路电位大幅下降,而且将合金的腐蚀电流密度提高了3个数量级。Hastelloy C276合金的磨蚀与磨损之间存在明显的协同作用,磨损促进了腐蚀,反过来腐蚀也加速了磨损,在本实验摩擦条件下纯机械磨损在金属总磨损量中的占比均超过70%,这说明机械磨损作用是合金腐蚀磨损失效的主导因素。虽然摩擦使得Hastelloy C276合金的腐蚀速度得到极大提高,但是磨损对腐蚀的促进量在金属总磨损量中的占比并不大,而腐蚀对磨损的促进量在总磨损量中的占比较高,在14.6%~20.5%范围内变化。     

模拟海水环境中电化学状态对TC4钛合金腐蚀磨损行为的影响（英文）

采用摩擦失重法、电化学测试以及扫描电子显微镜等技术研究TC4钛合金在模拟海水环境中的腐蚀和腐蚀磨损行为,分析电化学状态对TC4钛合金钝化行为、钝化膜失效机制及腐蚀磨损协同作用的影响。结果表明,摩擦过程中TC4钛合金的开路电位明显负移,而且该合金的腐蚀电流密度相比静态腐蚀时提高了3个数量级。合金的腐蚀磨损失重随着电位的升高明显增大,磨蚀与磨损之间存在明显的协同作用,高电位时的腐蚀速度较大但是摩擦因数较低。电位在OCP和0.9 V之间变化时,纯机械磨损量在总腐蚀磨损量中的比重随着电位的升高逐渐降低,而磨损对腐蚀的促进量和腐蚀对磨损的促进量在总腐蚀磨损量中的比重在高电位时尤其显著。     

氮离子注入生物医用金属材料的表面性能研究

采用D/MAX-ⅢB型X射线衍射仪、X射线能谱仪、S-3000N型扫描电镜、HXD-1000TML/LCD数字式显微硬度计、CETR微观多功能磨损实验机和CHI660A电化学工作站对经N离子注入的316L奥氏体不锈钢和Ti6Al4V合金的组织、硬度、耐磨性和耐蚀性进行了研究。结果表明,316L奥氏体不锈钢和Ti6Al4V合金经离子注入后,注入层硬度提高,摩擦系数降低,耐磨性提高,抗腐蚀性增强;且离子注入后Ti6Al4V合金的综合性能明显优于316L不锈钢,钛合金注入N离子的剂量为3.4×1017ions/cm2时,注入层的硬度、耐磨性和耐蚀性综合性能最好。     

超疏水钛合金表面在人工海水中的摩擦性能

为提高钛合金在海水中的摩擦性能,采用激光加工技术分别制备具有网格和点阵微结构的超疏水Ti6Al4V合金表面.采用HSR-2M高速往复摩擦试验机研究其在人工海水介质中的摩擦学行为,并与水介质比较.结果表明,超疏水Ti6Al4V合金表面的摩擦系数和磨损量(体积)均显著小于Ti6Al4V基体.海水介质中,与空白样相比,点阵和网格表面的摩擦系数分别减小了17.8%和11.7%,磨损量分别减小了36.8%和57.5%.超疏水Ti6Al4V合金表面在海水介质中的摩擦系数小于水介质中,磨损量大于水介质中.超疏水钛合金表面的制备显著提高了钛合金在海水中的摩擦性能.     

类金刚石薄膜改性钛合金的扭动摩擦磨损特性

以Ti6Al4V合金、类金刚石薄膜(DLC膜)改性Ti6Al4V合金分别与超高分子量聚乙烯(UHMWPE)配副,模拟颈椎间盘的轴向旋转运动,并在改装后的多自由度磨损试验机上进行扭动摩擦试验。结果表明:随着循环周次的增加,两对摩擦副均呈现出摩擦扭转力矩、摩擦耗散能、磨损量相应增大的趋势。与Ti6Al4V合金相比,DLC薄膜改性后的Ti6Al4V合金摩擦副接触界面间摩擦扭转力矩降低了51.6%、摩擦耗散能降低了48%,进入完全滑移状态的时间缩短,具有更好的耐磨性。Ti6Al4V合金的磨损机制表现为严重的磨粒磨损,经DLC薄膜改性后的钛合金的磨损形式以应力集中产生的脆性剥落为主。DLC薄膜增大了对磨副UHMWPE的磨损,UHMWPE的磨损机制是粘着磨损和磨粒磨损综合作用的结果。     

热氧化处理对钛合金表面耐磨性能影响的研究

为研究热氧化工艺对钛合金表面耐磨性的影响,提高钛合金的表面硬度和耐磨性能,采用热氧化处理技术在钛合金表面生成热氧化陶瓷层,借助电子探针、X衍射仪对热氧化层进行了成分和结构分析.采用MRH-3型高速滑块磨损试验机,在润滑务件下对经热氧化处理和未处理的Ti6Al4V合金耐磨性进行滑动一滚动试验.结果表明:热氧化后的Ti6Al4V合金的磨损量明显减少,该热氧化处理方法能显著增强Ti6Al4V合金的耐磨性.根据试验结果和系统分析,讨论了热氧化处理后材料的摩擦磨损机制.     

Assessing the tribocorrosion performance of Ti–6Al–4V, 316 stainless steel and Monel K500 alloys in artificial seawater

The electrochemical and tribocorrosion behaviors of Ti–6Al–4V, 316 stainless steel and Monel K500 alloys sliding against Al₂O₃ in artificial seawater are investigated in this paper. It can be observed that the open circuit potential drops down to more negative values due to the removal of passive film. And a rapid dissolution occurs in the wear track compared with the unworn area. The wear loss polarized in cathodic potential is lower than that in anodic potential and open circuit potential conditions, because the material deterioration is enhanced by corrosive attack. The wear volumes of 316 stainless steel are much higher than the ones measured for Ti–6Al–4V and Monel K500 alloys. Friction coefficients are significant large in cathodic polarization compared with anodic polarization for all alloys. Moreover, the 316 stainless steel exhibits large friction coefficients compared with Ti–6Al–4V and Monel K500 alloys.     

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。     

基体材料对Cr/CrN多层涂层在海水环境中磨蚀性能的影响

目的 讨论海水环境下不同基体材料对Cr/CrN交替的多层复合涂层磨蚀性能的影响,为海水环境下耐磨蚀材料基体的选择和应用提供参考。方法 采用多弧离子镀技术在316L不锈钢和TC4钛合金基体上沉积Cr/CrN多层复合涂层,通过XRD、SEM等技术对涂层材料的微观结构进行表征,通过硬度测试、结合力测试、电化学分析、摩擦磨损试验等技术对涂层材料的力学性能、电化学性能以及摩擦学性能进行分析,比较不同基体对Cr/CrN多层涂层在海水环境中磨蚀性能的影响。结果 以TC4钛合金为基体的Cr/CrN多层涂层的硬度为1727.2HV0.3,虽略小于以316L不锈钢为基体的涂层硬度（2241.5HV0.3）,但其在膜-基结合力、海水环境下电化学性能和摩擦学性能等方面均优于以316L不锈钢为基体的涂层。结合力测试中,以TC4为基体的多层涂层初始裂纹出现在31 N,扩展裂纹出现在42 N,大于316L基体涂层的22 N和35 N。电化学测试中TC4基体涂层的腐蚀电位为?0.20 V,大于316L基体涂层的腐蚀电位（?0.21 V）。海水环境下TC4基体涂层的平均摩擦系数和磨损率分别为0.35和2.9950×10?5 mm3/(N?m),均小于316 L基体涂层的平均摩擦系数（0.36）和磨损率（4.9895×10?5 mm3/(N?m)）。结论 TC4钛合金更适合作为海水环境用Cr/CrN多层涂层耐磨蚀材料的基体材料。     

不锈钢与GFER及CFRPEEK在海水润滑下的摩擦磨损特性

为了寻找适合于低速大扭矩海水液压马达的各摩擦副之间的配对材料,分别以不锈钢(316L和9Cr18Mo)与玻纤环氧复合材料(GFER)及碳纤维增强聚醚醚酮(CFRPEEK)为摩擦副,利用MMU-5G屏显式高温材料端面摩擦磨损试验机对摩擦副在海水中接触表面的温度、摩擦因数和摩擦磨损状况进行了测试,并通过激光共聚焦显微镜对接触表面的磨损形貌进行分析。结果表明:不锈钢/GFER的摩擦因数随着时间的变化在0.3~0.4间波动且幅度较大,而不锈钢/CFRPEEK的摩擦因数随着时间的增加稳定在0.1左右;不锈钢/GFER所引起海水温升的幅度也远远高于不锈钢/CFRPEEK;不锈钢/GFER的接触表面出现了大面积的涂抹与擦伤,且磨损程度要大于不锈钢/CFRPEEK;不锈钢316L的耐腐蚀性优于9Cr18Mo。由此可知,316L/CFRPEEK较适合作为低速大扭矩海水液压马达的摩擦副材料。     

The corrosion and wear behavior of TiN and TiAlN coated AISI 316 L stainless steel

In this study, TiN and TiAlN coatings were deposited on AISI 316 L stainless steel substrates by PVD techniques. The composition and crystalline structure of the as-deposited coatings were analyzed by energy dispersive X-ray analysis (EDX) and X-ray diffraction (XRD) methods, respectively. The corrosion resistance studies of TiN-coated and TiAlN-coated samples were carried out in 0.9 wt % NaCl and SBF solutions using the electrochemical potentiodynamic polarization method and the wear behavior was evaluated with the ball-on-disk wear method at a sliding speed rate of 0.3 m/s under 2.5 N load in a dry medium. It was found that both TiN and TiAlN coatings exhibited relatively good corrosion resistance, however, TiAlN coatings showed a better corrosion resistance than TiN coatings. The TiAlN coating contributes positively against corrosion and wear behavior by increasing the surface hardness and by decreasing the friction coefficient of AISI 316 L stainless steel, respectively.     

AISI316 不锈钢表面等离子渗硼及摩擦磨损性能的研究

目的改善AISI316不锈钢的摩擦磨损性能。方法采用双辉等离子合金化技术,以块状Fe B化合物作为源极材料,在AISI316不锈钢表面制备含硼改性层,对渗层组织、成分、相结构和显微硬度进行分析,并研究改性层在干摩擦条件下的摩擦磨损性能。结果经渗硼处理后,AISI316不锈钢表面形成了一层连续、致密、均匀的改性层,主要由Mo2B和Fe B相组成。改性层具有较高的硬度(964HV0.1),较基体硬度提高了约3倍,且耐磨性较基体有明显提高。结论通过在AISI316不锈钢表面制备渗硼改性层,可明显提高基体材料的硬度和摩擦磨损性能。     

镍基金属陶瓷涂层在人工海水中的摩擦学性能

目的探讨镍基金属陶瓷涂层在海水中的耐腐蚀磨损性能。方法采用激光熔覆技术在45钢表面制备了1.1 mm厚的镍基金属陶瓷涂层。采用电化学测试系统,对比分析了涂层的耐蚀性。采用往复式摩擦磨损试验机,测量了涂层在干摩擦及海水环境下的摩擦系数。采用扫描电镜等手段分析了涂层和磨痕的表面形貌。结果镍基金属陶瓷涂层的表面硬度约为基体的3倍,且硬度较均匀。在结合区开始,硬度剧烈下降,直至降为基体硬度。在3.5%Na Cl溶液中,镍基金属陶瓷涂层的腐蚀倾向低于316L不锈钢及316L堆焊层,而腐蚀速率介于两者之间。干摩擦条件下,镍基金属陶瓷涂层明显降低了基体的摩擦系数(从0.58降低至0.49)和磨损量(降低了50%)。与干摩擦实验相比,人工海水明显降低了镍基金属陶瓷涂层的摩擦系数(从0.49降低至0.37)和磨损量(降低了40%)。结论由于具有良好的耐蚀性和较高的硬度,镍基金属陶瓷涂层在人工海水中表现出了良好的耐磨耐蚀性能。磨损过程中,人工海水的冷却、润滑作用和其中盐类的隔离作用,有效改善了摩擦界面的接触状态,提高了镍基金属陶瓷涂层的耐磨性。     

Tribocorrosion behaviour of low temperature plasma carburised 316L stainless steel in 0.5 M NaCl solution

Experiments have been carried out to study the tribocorrosion behaviour of low temperature plasma carburised 316L stainless steel under unidirectional sliding in 0.5 M NaCl solution, using a pin-on-disk tribometer integrated with a potentiostat for electrochemical control. It is found that the carburised layer exhibits much better resistance to material removal than the untreated specimen, particularly at anodic potentials. No corrosion pits are observed inside the wear track on the carburised specimen at anodic potentials as high as 750 mV (SCE). The results are discussed in terms of the relative contribution of wear and corrosion to overall material removal by tribocorrosion.