本文關鍵詞：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溫度的影響,同時用電化學測試技術從腐蝕和空化協(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,借助殘余應力分析儀和顯微維氏硬度計觀察了Ti-6Al-4V合金表面經不同時間空化作用后殘余應力和硬度的變化,并探討了經空化作用后合金在溴化鋰溶液中的電化學腐蝕行為,進一步研究了空化力學因素對電化學腐蝕因素的影響。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腐蝕微電池,力學和電化學腐蝕協(xié)同作用促進表面的破壞。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℃達到最大值;當溫度高于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℃時達到最大值后繼續(xù)升高溫度,電化學腐蝕因素仍被促進,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,空化作用力學因素減弱,對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合金表面殘余應力值急劇增大,并在空化作用20 min時達到最大值(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,導致表面電化學性能的不均勻性不斷加劇,使Ti-6Al-4V合金經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腐蝕傾向性。然而,在腐蝕性介質中,腐蝕物和腐蝕產物在空化的攪拌作用下能夠及時擴散,加速了腐蝕溶解,產生的腐蝕坑又導致局部內應力更加集中而加強力學因素,表面凹凸程度增加�？栈W和電化學腐蝕的共同作用使腐蝕坑繼續(xù)發(fā)展并促進了新腐蝕坑的生成,腐蝕坑周邊的β相發(fā)生脫落,從而導致表面凹凸程度降低。溫度對Ti-6Al-4V合金空化腐蝕行為的影響主要表現(xiàn)為對空化作用的影響。
【關鍵詞】：Ti-6Al-4V合金 空化腐蝕 溴化鋰溶液 溫度影響 協(xié)同作用
【學位授予單位】：南昌航空大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：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10-11
• 1.3 空化腐蝕機理研究11-12
• 1.4 空化腐蝕行為的影響因素12-18
• 1.4.1 材料力學性能的影響12-13
• 1.4.2 材料化學成分和微觀組織結構的影響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 本課題研究內容和意義18-19
• 第2章 實驗方法19-24
• 2.1 實驗材料19-20
• 2.2 空化腐蝕模擬實驗20
• 2.3 檢測方法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 表面殘余應力和硬度測試22
• 2.4 電化學測試22-23
• 2.5 技術路線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 實驗結果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 結論35-37
• 第4章 溫度對Ti-6Al-4V初期空化腐蝕的影響機理37-53
• 4.1 前言37
• 4.2 實驗結果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 實驗結果53-59
• 5.2.1 空化作用后材料表面殘余應力測試53-54
• 5.2.2 空化作用后材料表面硬度測試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測試57-59
• 5.3 討論59-60
• 5.4 結論60-61
• 第6章 結論與展望61-64
• 6.1 結論61-62
• 6.2 展望62-64
• 參考文獻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：602103