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《南京航空航天大学》 2007年
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铝合金和钛合金在雨水/海水环境下的腐蚀与磨损交互作用研究

丁红燕  
【摘要】: 轻质高强合金广泛用于航空、航海等领域,在雨水和海水等腐蚀介质中,材料的摩擦磨损和疲劳行为对结构的力学性能、寿命和可靠性有很大影响。钛合金和铝合金是常用的轻质合金,其耐磨性较差,故本文同时研究了这两种合金表面改性前后的腐蚀磨损特性。 首先研究了TC11和LY12微弧氧化膜的相组成、表面形貌、厚度和硬度梯度。然后以440C不锈钢为对磨球,采用球-面接触方式、300μm的振幅,分别研究了TC11和LY12及其微弧氧化膜在空气、纯水、雨水和海水中的微动腐蚀磨损行为。用动电位扫描法研究了材料腐蚀磨损前后的电化学行为,用扫描电子显微镜(SEM)观察了磨屑和磨痕形貌,用能量色散谱(EDS)测试微区元素分布,用X射线光电子谱(XPS)检测了磨痕区的元素价态,用非接触式表面形貌仪观察了磨痕的三维形貌、测定了穿过磨痕中心处的截面轮廓和磨损体积损失,研究了载荷、频率以及介质对摩擦系数和磨损量的影响。 结果表明,4种材料在空气中的摩擦系数和磨损量均远远高于在3种水溶液介质中的摩擦系数和磨损量,且空气中的磨损机制以氧化磨损和粘着磨损为主,明显不同于水介质中。因此,本文以纯水作为参比介质研究铝合金和钛合金在雨水和海水中的腐蚀磨损特性及交互作用,并得到以下结论: 对铝合金LY12,雨水和海水形成的润滑膜均降低了其摩擦系数,介质中Cl-对磨痕表面的侵蚀使其磨损率增加,磨损率依次为:纯水中雨水中海水中,腐蚀磨损为正交互作用。 对钛合金TC11,2种介质中形成的润滑膜也明显降低了其摩擦系数,但腐蚀磨损特性随介质和摩擦条件的不同而异:雨水中的微动腐蚀为轻微的正交互作用,海水中则为负交互作用。进一步的实验表明,微动腐蚀过程中,海水中的这种负交互作用随着频率的增加和时间的延长而逐渐变弱;随着振幅的大幅度增加,则由微动过程中的负交互逐步过渡到毫米级滑动过程中的正交互作用,体现了频率、时间、振幅对腐蚀磨损的促进效应。 LY12和TC11经微弧氧化处理后,在四种介质中的耐磨性得到不同程度的提高,尤其是LY12,其微弧氧化膜在海水中的耐磨性是原LY12的7倍,腐蚀磨损性能大大提高。 本文将减摩特性系数k引入到现有腐蚀磨损模型中的磨损分量上进行修正,修正后的模型对腐蚀磨损的正、负交互作用均可以作出合理的解释,通过模型分析发现,腐蚀磨损的交互作用均随着频率、时间、振幅的上升而增强,从而使得材料的腐蚀磨损总量表现为递增的趋势。
【学位授予单位】:南京航空航天大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TG172.2

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