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.pdf

1、本文通過超聲波氣蝕試驗機模擬 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，同時用電化學(xué)測試技術(shù)從腐蝕和空化協(xié)同作用的角度分析了空化腐蝕機理和溫度對空化腐蝕行為的影響機理。此外，借助殘余應(yīng)力分析儀和顯微維氏硬度計觀察了Ti-6Al-4V合金表面經(jīng)不同時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

2、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間的變化觀察到Ti-6Al-4V合金空化腐蝕破壞的三個階段。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

3、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，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

4、空化腐蝕時間增加而逐漸加劇，且在空化腐蝕240 min時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，致使微射流對表面的沖擊強度減弱，空化作用力學(xué)因素減弱，對表面鈍化膜的破壞減弱。由于空化作用

5、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。
　　空化作用初期，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間的增加，表面不均勻的塑性變形程度增大，同時表面鈍化膜破壞區(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

6、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間增加而加劇。
　　通過以上研究發(fā)現(xiàn)，Ti-6Al-4V合金的低強度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擴散，加速了腐蝕溶解，產(chǎn)生的腐蝕坑又