2024鋁合金及其陽極氧化膜在海水中的腐蝕磨損行為研究.pdf

1、2024鋁合金作為輕質(zhì)高強(qiáng)鋁合金被廣泛應(yīng)用到航空、航海、海洋鉆井平臺和輔助平臺等領(lǐng)域，但在海洋環(huán)境中受到海水腐蝕的同時，還遭受波、浪、潮、流對這些構(gòu)件產(chǎn)生低頻往復(fù)應(yīng)力和沖擊，導(dǎo)致磨損腐蝕。為此，本文研究鋁合金陽極氧化前后在海洋環(huán)境下的腐蝕磨損行為及機(jī)理。為海水腐蝕磨損環(huán)境材料的選擇提供理論基礎(chǔ)。采用往復(fù)式銷盤摩擦試驗(yàn)機(jī)和電化學(xué)工作站研究了2024鋁合金及其陽極氧化膜在海水環(huán)境下的腐蝕磨損行為。用動電位掃描法研究了材料腐蝕磨損前后的電化學(xué)

2、行為，用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察陽極氧化膜的微觀形貌和磨損表面形貌，用X射線光電子譜（XPS）檢測了磨損表面元素價態(tài)。本文通過施加陰極保護(hù)電位，得到在腐蝕摩擦環(huán)境不變的情況下，屏蔽腐蝕因素，單純研究機(jī)械磨損，并按照ASTM G119-09標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算腐蝕與磨損的交互作用和磨損量。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴對于2024鋁合金基體，在海水中摩擦以磨粒磨損和粘著磨損為主要磨損機(jī)理。摩擦過程中，腐蝕速率加快，即磨損促進(jìn)腐蝕；同時隨著表層

3、氧化膜的破損，鋁基體暴露在海水中，沿晶界分布的偏析相θ相和S相同鋁基體形成復(fù)雜的電偶電池，發(fā)生電化學(xué)腐蝕，引發(fā)晶間腐蝕，在交變應(yīng)力作用下導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕開裂（SCC），發(fā)展成裂紋，導(dǎo)致材料的剝落速度加快，腐蝕加速磨損。在海水環(huán)境下2024鋁合金腐蝕磨損過程中磨損作用明顯大于腐蝕作用，力學(xué)因素是造成腐蝕磨損失重的主要因素，同時腐蝕與磨損的交互作用也是不可忽視的，腐蝕與磨損的交互作用主要體現(xiàn)在腐蝕對磨損的促進(jìn)作用。⑵對于陽極氧化處理后的鋁合金，

4、其耐腐蝕磨損性能大幅度提升。相同工藝下，隨氧化時間增長，氧化膜厚度增加，孔徑增大，但硬度降低。相比之下，氧化30min后得到的陽極氧化膜結(jié)構(gòu)即AO-30陽極氧化膜具有較好的耐磨性的同時，耐腐蝕性最佳。⑶對于AO-30陽極氧化鋁，在海水中摩擦?xí)r，腐蝕作用的存在會加速氧化膜的破損，即腐蝕促進(jìn)磨損，同時摩擦作用又會導(dǎo)致腐蝕電流密度的增大，即磨損促進(jìn)腐蝕。當(dāng)載荷較小時，單一的力學(xué)因素對氧化膜的破壞磨損很小，在海水環(huán)境下，由于腐蝕因素的存在，出現(xiàn)