酸性NaCl溶液中CuNi2Si合金的微動腐蝕行為研究
發(fā)布時間：2021-06-10 19:08
接觸網(wǎng)系統(tǒng)是保證高速鐵路正常運營的關鍵部分,其零部件一旦發(fā)生失效,將嚴重影響客運安全,甚至帶來災難性后果。由于接觸網(wǎng)零部件在服役過程中,長期經受酸雨、高鹽度、高濕度等多因素耦合的環(huán)境腐蝕,以及弓網(wǎng)振動、風振等疲勞載荷的影響,其緊固配合零件的配合面極易產生微動腐蝕損傷問題,從而導致零部件失效。因此,研究關鍵零部件的微動腐蝕特性,對保證接觸網(wǎng)的安全運營具有重要意義。本文以接觸網(wǎng)線夾類常用材料CuNi2Si合金為研究對象,使用CHI660E電化學工作站,研究了不同酸度（pH=3、4、5）NaCl溶液中的電化學腐蝕行為,同時使用自主研發(fā)的多功能微動磨損試驗機（MFC-01）,開展了在兩種酸度（pH=3、5）的NaCl溶液中以及不同外加電位下,pH=3的NaCl溶液中的微動腐蝕特性試驗,并分析計算了其在不同工況下的微動磨損與腐蝕的交互作用。結果表明:（1）隨著pH值的增大,CuNi2Si合金腐蝕速率降低,腐蝕過程主要受溶解氧O2和H+的擴散控制;腐蝕產物主要為Cu2O。（2）在兩種酸度（pH=3、pH=5）的NaCl溶液中,CuN...
【文章來源】：西南交通大學四川省 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：76 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
微動的四種基本模式示意圖
西南交通大學碩士研究生學位論文第3頁本屬性，如強度、剛度、硬度、彈性、塑性、表面粗糙度等[11]；第二是微動運行的相關試驗參數(shù)，如接觸方式、法向載荷、位移幅值、循環(huán)次數(shù)、運動頻率等[12]；第三是微動運行的相關環(huán)境，如氣氛、腐蝕性介質、濕度、溫度、電接觸環(huán)境等[13,14]。1.2微動三體理論Berthier[15,16]、Godet[17]等基于大量的實驗研究以及前人的研究結論，總結了微動磨損過程的運動方式及其調節(jié)機理，稱為三體理論。他們認為微動過程是兩接觸本體以及產生的磨屑體（第三體）之間相互作用的結果，且磨屑的產生能夠被看作是同時進行的兩個連續(xù)的過程，即磨屑的產生以及磨屑的演化。運用三體理論可以很好的解釋金屬材料的微動摩擦系數(shù)隨循環(huán)次數(shù)變化的過程，如圖1-3所示：①微動初期，兩接觸表面的自然污染物（如吸附膜、氧化膜等）被對磨副刮走，摩擦系數(shù)較低。②隨著自然污染膜的去除，兩接觸體裸露出新鮮的金屬表面直接接觸，即兩體之間的相互作用，引起材料的微觀組織發(fā)生轉變，例如機械作用產生的加工硬化，摩擦系數(shù)逐漸上升。③金屬顆粒脫離或磨屑床的形成，從二體接觸逐漸過渡到三體接觸，第三體床的逐漸形成保護了金屬表面，能夠減緩磨損，摩擦系數(shù)下降。④微動的后期，磨屑不斷的形成和排出，最終達到動態(tài)平衡，微動磨損步入穩(wěn)定階段，摩擦系數(shù)保持在相對穩(wěn)定的數(shù)值內。圖1-3微動磨損的摩擦系數(shù)隨循環(huán)次數(shù)變化示意圖1.3微動圖理論二十世紀80年代，Vingsbo[18]等分析總結了Mindlin理論，在此基礎上結合不同工況的大量試驗現(xiàn)象，率先提議了微動圖的概念，但由于實驗設施不夠完善，對微動的運行機制的解釋還存在一定的偏差。隨后，Vincent和周仲榮等[19-22]通過在各種試驗工
西南交通大學碩士研究生學位論文第4頁況和不同材料的微動試驗基礎上，發(fā)現(xiàn)接觸表面的摩擦力（Ft）和位移（D）的變化曲線有著三種不同的基本形狀，即直線、橢圓、平行四邊形，如圖1-4所示：（a）直線形（b）橢圓形（c）平行四邊形圖1-4Ft-D曲線的三種類型（1）直線形Ft-D曲線：此種類型的曲線通常出現(xiàn)在法向載荷相對較大或者位移幅值相對較小的情況下，接觸表面不發(fā)生相對滑動，只在接觸表面的邊緣位置產生輕微滑移，而在中心區(qū)域發(fā)生粘附現(xiàn)象，其相對位移主要是靠接觸面的彈性變形來控制。（2）橢圓形Ft-D曲線：此種類型的曲線在微動的初始階段很少出現(xiàn)，通常是在接觸面經過了一定時間（循環(huán)次數(shù)）的磨損之后形成的，其接觸表面往往可以觀測到較為強烈的塑性變形。（3）平行四邊形Ft-D曲線：此種類型的曲線出現(xiàn)在接觸表面發(fā)生了相對滑移的情況下，其接觸表面往往可以觀測到較為明顯的滑動磨損特征。為了描述微動實驗的動態(tài)過程，通常將Ft-D曲線隨著循環(huán)次數(shù)N的變化過程繪制成三維圖。根據(jù)Ft-D-N圖的變化情況，微動運行工況可以大致將分為三個基本區(qū)域，即部分滑移區(qū)、混合區(qū)、完全滑移區(qū)[23]，如圖1-5所示：（a）部分滑移區(qū)（b）混合區(qū)（c）完全滑移區(qū)圖1-5三種區(qū)域的典型Ft-D-N曲線圖[24]（1）部分滑移區(qū)：處于此區(qū)域的的Ft-D曲線變化不大，幾乎都是直線形狀，對
【參考文獻】：
期刊論文
[1]典型選礦設備腐蝕磨損案例分析[J]. 鄭鵬華,王倩,邊美華,梁慶國,張興森,楊麗霞. 材料保護. 2018(09)
[2]高速接觸網(wǎng)零部件失效問題研究現(xiàn)狀及展望[J]. 譚德強,莫繼良,彭金方,羅健,陳維榮,朱旻昊. 西南交通大學學報. 2018(03)
[3]不同pH值環(huán)境中鎳鋁青銅冷噴涂涂層腐蝕磨損性能[J]. 孫曉峰,陳正涵,李占明,黃元林,史玉鵬. 工程科學學報. 2017(07)
[4]Atmospheric Corrosion of Copper Exposed in a Simulated Coastal-Industrial Atmosphere[J]. Chen Pan,Wangyan Lv,Zhenyao Wang,Wei Su,Chuan Wang,Shinian Liu. Journal of Materials Science & Technology. 2017(06)
[5]高速鐵路接觸網(wǎng)整體吊弦斷裂分析及改進效果驗證[J]. 楊廣英. 鐵道技術監(jiān)督. 2016(09)
[6]316L不銹鋼關節(jié)材料的摩擦腐蝕行為[J]. 崔文,張鑫,王慶良. 潤滑與密封. 2016(08)
[7]熱處理制度對含Yb航空鋁合金電化學腐蝕行為的影響[J]. 孫擎擎,陳康華,陳啟元. 中國有色金屬學報. 2016(03)
[8]NC30Fe合金在氯化鈉溶液中的微動腐蝕特性[J]. 李放,任平弟,張曉宇,向紅先,任思聰,蔡振兵. 工程科學學報. 2015(10)
[9]模擬酸雨條件下錫尾礦中重金屬As、Zn、Pb的釋放規(guī)律[J]. 董穎博,林海,劉泉利,王亮. 中國有色金屬學報. 2015(10)
[10]高速鐵路鑄造鋁合金接觸網(wǎng)零部件腐蝕失效分析[J]. 馬遠征. 鐵道技術監(jiān)督. 2015(07)
博士論文
[1]大氣及溶液環(huán)境下傳熱管材料微動磨損行為及損傷機制[D]. 李杰.北京科技大學 2017
[2]鈦合金扭動微動腐蝕行為研究[D]. 林修洲.西南交通大學 2010
[3]鋁合金和鈦合金在雨水/海水環(huán)境下的腐蝕與磨損交互作用研究[D]. 丁紅燕.南京航空航天大學 2007
[4]高強高導電銅合金研究[D]. 陸德平.上海交通大學 2007
[5]鋼材料微動腐蝕行為研究[D]. 任平弟.西南交通大學 2005
[6]酸雨/雨水環(huán)境中典型金屬材料的腐蝕行為研究[D]. 安百剛.天津大學 2003
[7]徑向與復合微動的運行和損傷機理研究[D]. 朱旻昊.西南交通大學 2001
碩士論文
[1]高速鐵路接觸網(wǎng)定位線夾用Cu-Ni-Si合金的疲勞性能和強度提高方法研究[D]. 王華強.西南交通大學 2018
[2]銅合金的磨損與腐蝕行為研究[D]. 高原.大連理工大學 2015
[3]氯化鈉及聯(lián)氨溶液中NC30Fe合金的微動腐蝕特性研究[D]. 李放.西南交通大學 2014
[4]車軸材料彎曲微動過程的有限元分析[D]. 郭嚴.西南交通大學 2010
[5]鈦及鈦合金在三種介質下的微動腐蝕特性[D]. 王勇.西南交通大學 2005
[6]新型高鋁青銅組織及腐蝕磨損行為的研究[D]. 袁利華.蘭州理工大學 2005
本文編號：3222957
【文章來源】：西南交通大學四川省 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：76 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
微動的四種基本模式示意圖
西南交通大學碩士研究生學位論文第3頁本屬性，如強度、剛度、硬度、彈性、塑性、表面粗糙度等[11]；第二是微動運行的相關試驗參數(shù)，如接觸方式、法向載荷、位移幅值、循環(huán)次數(shù)、運動頻率等[12]；第三是微動運行的相關環(huán)境，如氣氛、腐蝕性介質、濕度、溫度、電接觸環(huán)境等[13,14]。1.2微動三體理論Berthier[15,16]、Godet[17]等基于大量的實驗研究以及前人的研究結論，總結了微動磨損過程的運動方式及其調節(jié)機理，稱為三體理論。他們認為微動過程是兩接觸本體以及產生的磨屑體（第三體）之間相互作用的結果，且磨屑的產生能夠被看作是同時進行的兩個連續(xù)的過程，即磨屑的產生以及磨屑的演化。運用三體理論可以很好的解釋金屬材料的微動摩擦系數(shù)隨循環(huán)次數(shù)變化的過程，如圖1-3所示：①微動初期，兩接觸表面的自然污染物（如吸附膜、氧化膜等）被對磨副刮走，摩擦系數(shù)較低。②隨著自然污染膜的去除，兩接觸體裸露出新鮮的金屬表面直接接觸，即兩體之間的相互作用，引起材料的微觀組織發(fā)生轉變，例如機械作用產生的加工硬化，摩擦系數(shù)逐漸上升。③金屬顆粒脫離或磨屑床的形成，從二體接觸逐漸過渡到三體接觸，第三體床的逐漸形成保護了金屬表面，能夠減緩磨損，摩擦系數(shù)下降。④微動的后期，磨屑不斷的形成和排出，最終達到動態(tài)平衡，微動磨損步入穩(wěn)定階段，摩擦系數(shù)保持在相對穩(wěn)定的數(shù)值內。圖1-3微動磨損的摩擦系數(shù)隨循環(huán)次數(shù)變化示意圖1.3微動圖理論二十世紀80年代，Vingsbo[18]等分析總結了Mindlin理論，在此基礎上結合不同工況的大量試驗現(xiàn)象，率先提議了微動圖的概念，但由于實驗設施不夠完善，對微動的運行機制的解釋還存在一定的偏差。隨后，Vincent和周仲榮等[19-22]通過在各種試驗工
西南交通大學碩士研究生學位論文第4頁況和不同材料的微動試驗基礎上，發(fā)現(xiàn)接觸表面的摩擦力（Ft）和位移（D）的變化曲線有著三種不同的基本形狀，即直線、橢圓、平行四邊形，如圖1-4所示：（a）直線形（b）橢圓形（c）平行四邊形圖1-4Ft-D曲線的三種類型（1）直線形Ft-D曲線：此種類型的曲線通常出現(xiàn)在法向載荷相對較大或者位移幅值相對較小的情況下，接觸表面不發(fā)生相對滑動，只在接觸表面的邊緣位置產生輕微滑移，而在中心區(qū)域發(fā)生粘附現(xiàn)象，其相對位移主要是靠接觸面的彈性變形來控制。（2）橢圓形Ft-D曲線：此種類型的曲線在微動的初始階段很少出現(xiàn)，通常是在接觸面經過了一定時間（循環(huán)次數(shù)）的磨損之后形成的，其接觸表面往往可以觀測到較為強烈的塑性變形。（3）平行四邊形Ft-D曲線：此種類型的曲線出現(xiàn)在接觸表面發(fā)生了相對滑移的情況下，其接觸表面往往可以觀測到較為明顯的滑動磨損特征。為了描述微動實驗的動態(tài)過程，通常將Ft-D曲線隨著循環(huán)次數(shù)N的變化過程繪制成三維圖。根據(jù)Ft-D-N圖的變化情況，微動運行工況可以大致將分為三個基本區(qū)域，即部分滑移區(qū)、混合區(qū)、完全滑移區(qū)[23]，如圖1-5所示：（a）部分滑移區(qū)（b）混合區(qū)（c）完全滑移區(qū)圖1-5三種區(qū)域的典型Ft-D-N曲線圖[24]（1）部分滑移區(qū)：處于此區(qū)域的的Ft-D曲線變化不大，幾乎都是直線形狀，對
【參考文獻】：
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[5]高速鐵路接觸網(wǎng)整體吊弦斷裂分析及改進效果驗證[J]. 楊廣英. 鐵道技術監(jiān)督. 2016(09)
[6]316L不銹鋼關節(jié)材料的摩擦腐蝕行為[J]. 崔文,張鑫,王慶良. 潤滑與密封. 2016(08)
[7]熱處理制度對含Yb航空鋁合金電化學腐蝕行為的影響[J]. 孫擎擎,陳康華,陳啟元. 中國有色金屬學報. 2016(03)
[8]NC30Fe合金在氯化鈉溶液中的微動腐蝕特性[J]. 李放,任平弟,張曉宇,向紅先,任思聰,蔡振兵. 工程科學學報. 2015(10)
[9]模擬酸雨條件下錫尾礦中重金屬As、Zn、Pb的釋放規(guī)律[J]. 董穎博,林海,劉泉利,王亮. 中國有色金屬學報. 2015(10)
[10]高速鐵路鑄造鋁合金接觸網(wǎng)零部件腐蝕失效分析[J]. 馬遠征. 鐵道技術監(jiān)督. 2015(07)
博士論文
[1]大氣及溶液環(huán)境下傳熱管材料微動磨損行為及損傷機制[D]. 李杰.北京科技大學 2017
[2]鈦合金扭動微動腐蝕行為研究[D]. 林修洲.西南交通大學 2010
[3]鋁合金和鈦合金在雨水/海水環(huán)境下的腐蝕與磨損交互作用研究[D]. 丁紅燕.南京航空航天大學 2007
[4]高強高導電銅合金研究[D]. 陸德平.上海交通大學 2007
[5]鋼材料微動腐蝕行為研究[D]. 任平弟.西南交通大學 2005
[6]酸雨/雨水環(huán)境中典型金屬材料的腐蝕行為研究[D]. 安百剛.天津大學 2003
[7]徑向與復合微動的運行和損傷機理研究[D]. 朱旻昊.西南交通大學 2001
碩士論文
[1]高速鐵路接觸網(wǎng)定位線夾用Cu-Ni-Si合金的疲勞性能和強度提高方法研究[D]. 王華強.西南交通大學 2018
[2]銅合金的磨損與腐蝕行為研究[D]. 高原.大連理工大學 2015
[3]氯化鈉及聯(lián)氨溶液中NC30Fe合金的微動腐蝕特性研究[D]. 李放.西南交通大學 2014
[4]車軸材料彎曲微動過程的有限元分析[D]. 郭嚴.西南交通大學 2010
[5]鈦及鈦合金在三種介質下的微動腐蝕特性[D]. 王勇.西南交通大學 2005
[6]新型高鋁青銅組織及腐蝕磨損行為的研究[D]. 袁利華.蘭州理工大學 2005
本文編號：3222957
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