隨著經(jīng)濟和技術(shù)的快速發(fā)展,人們對于海洋的依賴越來越大,對于海洋資源的探索和采集的投入也越來越多。先進的海洋設備可以極大的提高海洋資源開采和利用的效率,但海洋設備的腐蝕與磨損以及其復雜的交互作用往往會影響海洋裝備的可靠性和工作效率,因此,對于海洋材料在載荷、流體和腐蝕條件下的耦合摩擦學行為的研究極具實際意義。本文以不銹鋼金屬的鈍化膜為切入點,系統(tǒng)的研究了不銹鋼鈍化膜的生長情況,并以此為基礎,討論海洋常見的不銹鋼金屬316L和304的腐蝕與磨損的交互作用。本文首先對316L不銹鋼和304不銹鋼在不同恒電位下進行了腐蝕電流、表面阻抗等電化學測試,兩種材料表現(xiàn)出極為相似的電化學性能,當加載的恒電位在不銹鋼的鈍化區(qū)間時,隨著電壓的增大,極化電阻增大,腐蝕電流減小,當加載的恒電位超過破頓化電位時,極化電阻會下降,腐蝕電流則大幅度增加。接著,從微觀層面上印證了電化學參數(shù)的變化,通過掃描電鏡（SEM）等手段觀察表面形貌,結(jié)果表明,316L和304不銹鋼表面存在一層薄薄的鈍化膜,且鈍化膜會隨著電位的增加呈現(xiàn)一種生長的趨勢,鈍化膜由稀疏逐漸變得致密,當電位超過其破鈍化電位時,材料表面會發(fā)生點蝕。最后,從化... 

【文章來源】：武漢理工大學湖北省 211工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

鈍化膜成型的去質(zhì)子過程和結(jié)合水被氯離子取代的過程：（a）鈍化膜形成時的去質(zhì)子過程；（b）鈍化膜破裂結(jié)合水被氯離子取代的過程

3圖1-1鈍化膜成型的去質(zhì)子過程和結(jié)合水被氯離子取代的過程：（a）鈍化膜形成時的去質(zhì)子過程；（b）鈍化膜破裂結(jié)合水被氯離子取代的過程D.G.Li等人[12]發(fā)現(xiàn)不銹鋼表面的鈍化膜主要由內(nèi)膜層Cr的氧化物和外膜層Fe的氧化物組成。內(nèi)膜層的費米能高于外膜層，導致內(nèi)膜層的能帶向下彎曲而外膜層的能帶向上彎曲。同時，外膜層的費米能低于溶液介質(zhì)，導致外膜層的能帶向上彎曲。能帶彎曲導致正電荷移動到外膜層和溶液介質(zhì)之間。因此負電荷積聚在斯特恩層（吸附層），能帶彎曲越高，越多的負電荷積聚在斯特恩層。溶液中存在大量帶有負電荷的微顆粒，微氣泡破裂時產(chǎn)生的微射流帶動微顆粒以較高的速度沖擊材料表面。由于斯特恩層積聚了負電荷，當帶有負電荷的微顆粒接近表面膜時，產(chǎn)生了同極相斥的效應，其排斥性足以使得微顆粒遠離表面膜，達到保護基材的效果。不銹鋼中Mo的加入帶來更高的能帶彎曲，在外膜層和溶液介質(zhì)之間積聚了更多的負電荷，對微射流具有更強的排斥性。其示意圖間圖1-2。圖1-2不銹鋼無源膜在水溶液中的能量彎曲示意圖國內(nèi)學者也對不銹鋼表面薄膜的特性進行了深入研究，林凡等人[13]通過XPS（X射線光電子能譜分析）和EDS(能譜分析)測試了高鉻鎳不銹鋼的表面鈍

5顆粒侵蝕行為影響進行了較為詳盡的解釋，并建立一個適用于所有沖擊角的綜合理論模型，結(jié)合塑性變形導致唇形成的局部化概念，以及適用于所有沖擊角和所有侵蝕顆粒形狀的廣義能量吸收關(guān)系。SteenkisteDV等人[21]通過接觸體的數(shù)量將錨鏈磨損分為了一體磨損、二體磨損和三體磨損，其中一體磨損是指在海洋中小顆粒沖撞錨鏈造成的磨損；二體磨損指的是硬質(zhì)大型物塊撞擊軟系系泊鏈時發(fā)生的黏著磨損或者錨鏈鏈條間焊接處相對運動發(fā)生的磨損現(xiàn)象；三體磨損指的是碎石、海冰、海沙等夾雜在鏈條之間發(fā)生的磨損。圖1-3表示的為鏈條的磨損機制。LianzhongSun[22]進行了兩次全尺寸套管磨損試驗，試驗數(shù)據(jù)表明，在非線性磨損模型中，磨損系數(shù)受磨損時間和刀具接頭尺寸變化的影響較校因此，在復雜井中，應采用非線性磨損模型來預測套管的磨損深度，具有較高的精度。圖1-3鏈條的磨損機制國內(nèi)學者對于海洋磨損也有較為深入的研究，郭燕[23]以“勝利七號”海洋鉆井平臺為對象，研究了裝卸樁腿中鏈接螺栓的作用原理，裝卸樁腿通過鏈接螺栓之間較大的摩擦力和其自鎖性來保證整個鉆井平臺樁腿能夠正常運作，而平臺發(fā)生故障的主要原因是鏈接螺栓因磨損、沖擊、變載荷、振動等造成的松動。趙繼松[24]提出海水泵的磨損機理主要包括沖蝕、腐蝕磨損、磨粒磨損和粘著磨損。晏小偉和楊曙東[25]采用多信息綜合的方法，結(jié)合海水中雜質(zhì)的尺寸、特征參數(shù)和摩擦副的間隙等參數(shù)，更加詳細的解釋了海水泵的磨損機理。毛振東[26]系統(tǒng)的比較了常用于系泊鏈的22MnCrNiMo鋼的摩擦學性能和磨損機理。結(jié)果表明，在載荷為3N時，試樣表面的磨痕較淺，切削產(chǎn)生的磨粒較少；當載荷增加到8N和13N時，磨痕變得明顯，切削狀磨粒變多，在磨粒脫落后會在磨痕表面形成明顯的裂痕。

【參考文獻】：
期刊論文
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[2]海水環(huán)境中金屬材料腐蝕磨損及耐磨防腐一體化技術(shù)的研究進展[J]. 劉二勇,曾志翔,趙文杰.  表面技術(shù). 2017(11)
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碩士論文
[1]銅合金的磨損與腐蝕行為研究[D]. 高原.大連理工大學 2015
[2]系泊鏈鋼的摩擦磨損與性能研究[D]. 毛振東.江蘇科技大學 2011
[3]自升式鉆井平臺裝配式樁腿的設計[D]. 郭燕.中國石油大學 2010



本文編號：3239076