本文關(guān)鍵詞：Ti-6Al-4V在溴化鋰溶液中的初期空化腐蝕行為及影響因素研究

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【摘要】：本文通過超聲波氣蝕試驗(yàn)機(jī)模擬Ti-6Al-4V合金在高濃度溴化鋰水溶液中空化腐蝕的環(huán)境,利用掃描電鏡、粗糙度輪廓儀和三維視頻顯微鏡研究了Ti-6Al-4V合金在溴化鋰溶液中的初期空化腐蝕行為及溶液介質(zhì)溫度的影響,同時(shí)用電化學(xué)測(cè)試技術(shù)從腐蝕和空化協(xié)同作用的角度分析了空化腐蝕機(jī)理和溫度對(duì)空化腐蝕行為的影響機(jī)理。此外,借助殘余應(yīng)力分析儀和顯微維氏硬度計(jì)觀察了Ti-6Al-4V合金表面經(jīng)不同時(shí)間空化作用后殘余應(yīng)力和硬度的變化,并探討了經(jīng)空化作用后合金在溴化鋰溶液中的電化學(xué)腐蝕行為,進(jìn)一步研究了空化力學(xué)因素對(duì)電化學(xué)腐蝕因素的影響。從粗糙度、平均空化腐蝕深度和微觀形貌隨時(shí)間的變化觀察到Ti-6Al-4V合金空化腐蝕破壞的三個(gè)階段。初始階段,粗糙度呈線性增長,塑性變形加劇,空化作用一段時(shí)間后表面局部區(qū)域發(fā)生材料脫落形成空化腐蝕坑,材料表面的凹凸程度逐漸增大。160-320 min為過渡階段,表面空化腐蝕坑不斷增加,表面材料發(fā)生明顯脫落,平均空化腐蝕深度開始緩慢增大,但粗糙度的增長速率因表面原先凸體處發(fā)生脫落而降低�？栈g約320 min時(shí),表面粗糙度為0.559μm,平均空化腐蝕深度約為0.088μm,此后進(jìn)入表面粗糙度基本不變的穩(wěn)定階段,平均空化腐蝕深度則開始大幅度增大。Ti-6Al-4V合金空化腐蝕初期,低強(qiáng)度α相優(yōu)先發(fā)生空化腐蝕破壞。α和β相在鈦合金表面形成電化學(xué)腐蝕微電池,力學(xué)和電化學(xué)腐蝕協(xié)同作用促進(jìn)表面的破壞。溫度是影響Ti-6Al-4V合金空化腐蝕行為的重要因素。溫度影響隨空化腐蝕時(shí)間增加而逐漸加劇,且在空化腐蝕240 min時(shí)溫度的影響最為顯著。溫度從25℃開始每增加1℃,表面粗糙度與平均空化腐蝕深度都分別增加約1%和3%,大概在55℃達(dá)到最大值;當(dāng)溫度高于65℃后每增加1℃,表面粗糙度和平均空化腐蝕深度的減少量都約為10%。在55℃時(shí)達(dá)到最大值后繼續(xù)升高溫度,電化學(xué)腐蝕因素仍被促進(jìn),但蒸汽含量增大而起到緩沖作用,致使微射流對(duì)表面的沖擊強(qiáng)度減弱,空化作用力學(xué)因素減弱,對(duì)表面鈍化膜的破壞減弱。由于空化作用在Ti-6Al-4V合金空化腐蝕中占主導(dǎo)地位,因此使空化腐蝕速率得到減緩�？栈饔贸跗�,Ti-6Al-4V合金表面殘余應(yīng)力值急劇增大,并在空化作用20 min時(shí)達(dá)到最大值(737.2 MPa)后基本趨于穩(wěn)定且到后期略有降低,而維氏硬度增長速率降低。隨Ti-6Al-4V合金表面遭受空化作用時(shí)間的增加,表面不均勻的塑性變形程度增大,同時(shí)表面鈍化膜破壞區(qū)域不斷增加,導(dǎo)致表面電化學(xué)性能的不均勻性不斷加劇,使Ti-6Al-4V合金經(jīng)空化作用后在溴化鋰溶液中發(fā)生活性腐蝕溶解,腐蝕破壞程度隨空化作用時(shí)間增加而加劇。通過以上研究發(fā)現(xiàn),Ti-6Al-4V合金的低強(qiáng)度α相吸收空泡潰滅產(chǎn)生的沖擊能優(yōu)先發(fā)生塑性變形,材料表面變形不均勻,在空化作用下α相局部區(qū)域表面鈍化膜破裂并暴露出鈦合金基體,由于α相電位低于β相,形成小陽極大陰極,即空化作用提高了表面電化學(xué)腐蝕傾向性。然而,在腐蝕性介質(zhì)中,腐蝕物和腐蝕產(chǎn)物在空化的攪拌作用下能夠及時(shí)擴(kuò)散,加速了腐蝕溶解,產(chǎn)生的腐蝕坑又導(dǎo)致局部內(nèi)應(yīng)力更加集中而加強(qiáng)力學(xué)因素,表面凹凸程度增加。空化力學(xué)和電化學(xué)腐蝕的共同作用使腐蝕坑繼續(xù)發(fā)展并促進(jìn)了新腐蝕坑的生成,腐蝕坑周邊的β相發(fā)生脫落,從而導(dǎo)致表面凹凸程度降低。溫度對(duì)Ti-6Al-4V合金空化腐蝕行為的影響主要表現(xiàn)為對(duì)空化作用的影響。
【關(guān)鍵詞】：Ti-6Al-4V合金 空化腐蝕 溴化鋰溶液 溫度影響 協(xié)同作用
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG178
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-19
• 1.1 前言9-10
• 1.2 空化腐蝕的破壞特點(diǎn)10-11
• 1.3 空化腐蝕機(jī)理研究11-12
• 1.4 空化腐蝕行為的影響因素12-18
• 1.4.1 材料力學(xué)性能的影響12-13
• 1.4.2 材料化學(xué)成分和微觀組織結(jié)構(gòu)的影響13-14
• 1.4.3 材料表面形貌的影響14-16
• 1.4.4 外界環(huán)境因素的影響16-18
• 1.5 本課題研究內(nèi)容和意義18-19
• 第2章 實(shí)驗(yàn)方法19-24
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料19-20
• 2.2 空化腐蝕模擬實(shí)驗(yàn)20
• 2.3 檢測(cè)方法20-22
• 2.3.1 表面形貌觀察20-21
• 2.3.2 表面粗糙度和輪廓21-22
• 2.3.3 表面殘余應(yīng)力和硬度測(cè)試22
• 2.4 電化學(xué)測(cè)試22-23
• 2.5 技術(shù)路線23-24
• 第3章 Ti-6Al-4V的初期空化腐蝕研究24-37
• 3.1 前言24-25
• 3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果25-33
• 3.2.1 材料表面空化腐蝕微觀形貌觀察25-27
• 3.2.2 材料空化腐蝕表面粗糙度和平均腐蝕深度27-28
• 3.2.3 材料空化腐蝕表面 3D輪廓28-30
• 3.2.4 動(dòng)電位極化曲線30-33
• 3.2.4.1 靜態(tài)條件下的極化曲線30-31
• 3.2.4.2 空化條件下的極化曲線31-32
• 3.2.4.3 極化后的表面形貌32-33
• 3.3 討論33-35
• 3.4 結(jié)論35-37
• 第4章 溫度對(duì)Ti-6Al-4V初期空化腐蝕的影響機(jī)理37-53
• 4.1 前言37
• 4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果37-50
• 4.2.1 材料空化腐蝕表面粗糙度和平均腐蝕深度37-41
• 4.2.2 材料表面空化腐蝕微觀形貌41-44
• 4.2.2.1 表面形貌和截面形狀41-42
• 4.2.2.2 表面 3D輪廓42-44
• 4.2.3 極化曲線44-49
• 4.2.3.1 靜態(tài)條件下Ti-6Al-4V合金的極化曲線44-45
• 4.2.3.2 空化條件下Ti-6Al-4V合金的極化曲線45-49
• 4.2.4 i-t曲線49-50
• 4.3 討論50-51
• 4.4 結(jié)論51-53
• 第5章 空化作用后Ti-6Al-4V在溴化鋰溶液中的腐蝕行為53-61
• 5.1 前言53
• 5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果53-59
• 5.2.1 空化作用后材料表面殘余應(yīng)力測(cè)試53-54
• 5.2.2 空化作用后材料表面硬度測(cè)試54-55
• 5.2.3 空化作用后材料表面形貌觀察55-57
• 5.2.4 空化作用后材料在溴化鋰溶液中的電化學(xué)測(cè)試57-59
• 5.3 討論59-60
• 5.4 結(jié)論60-61
• 第6章 結(jié)論與展望61-64
• 6.1 結(jié)論61-62
• 6.2 展望62-64
• 參考文獻(xiàn)64-69
• 攻讀碩士期間發(fā)表論文69-70
• 致謝70-71

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本文編號(hào)：602103