Ti-6Al-4V在溴化锂溶液中的初期空化腐蚀行为及影响因素研究

发布时间：2017-08-01 02:15

  本文关键词：Ti-6Al-4V在溴化锂溶液中的初期空化腐蚀行为及影响因素研究

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【摘要】：本文通过超声波气蚀试验机模拟Ti-6Al-4V合金在高浓度溴化锂水溶液中空化腐蚀的环境,利用扫描电镜、粗糙度轮廓仪和三维视频显微镜研究了Ti-6Al-4V合金在溴化锂溶液中的初期空化腐蚀行为及溶液介质温度的影响,同时用电化学测试技术从腐蚀和空化协同作用的角度分析了空化腐蚀机理和温度对空化腐蚀行为的影响机理。此外,借助残余应力分析仪和显微维氏硬度计观察了Ti-6Al-4V合金表面经不同时间空化作用后残余应力和硬度的变化,并探讨了经空化作用后合金在溴化锂溶液中的电化学腐蚀行为,进一步研究了空化力学因素对电化学腐蚀因素的影响。从粗糙度、平均空化腐蚀深度和微观形貌随时间的变化观察到Ti-6Al-4V合金空化腐蚀破坏的三个阶段。初始阶段,粗糙度呈线性增长,塑性变形加剧,空化作用一段时间后表面局部区域发生材料脱落形成空化腐蚀坑,材料表面的凹凸程度逐渐增大。160-320 min为过渡阶段,表面空化腐蚀坑不断增加,表面材料发生明显脱落,平均空化腐蚀深度开始缓慢增大,但粗糙度的增长速率因表面原先凸体处发生脱落而降低。空化腐蚀约320 min时,表面粗糙度为0.559μm,平均空化腐蚀深度约为0.088μm,此后进入表面粗糙度基本不变的稳定阶段,平均空化腐蚀深度则开始大幅度增大。Ti-6Al-4V合金空化腐蚀初期,低强度α相优先发生空化腐蚀破坏。α和β相在钛合金表面形成电化学腐蚀微电池,力学和电化学腐蚀协同作用促进表面的破坏。温度是影响Ti-6Al-4V合金空化腐蚀行为的重要因素。温度影响随空化腐蚀时间增加而逐渐加剧,且在空化腐蚀240 min时温度的影响最为显著。温度从25℃开始每增加1℃,表面粗糙度与平均空化腐蚀深度都分别增加约1%和3%,大概在55℃达到最大值;当温度高于65℃后每增加1℃,表面粗糙度和平均空化腐蚀深度的减少量都约为10%。在55℃时达到最大值后继续升高温度,电化学腐蚀因素仍被促进,但蒸汽含量增大而起到缓冲作用,致使微射流对表面的冲击强度减弱,空化作用力学因素减弱,对表面钝化膜的破坏减弱。由于空化作用在Ti-6Al-4V合金空化腐蚀中占主导地位,因此使空化腐蚀速率得到减缓。空化作用初期,Ti-6Al-4V合金表面残余应力值急剧增大,并在空化作用20 min时达到最大值(737.2 MPa)后基本趋于稳定且到后期略有降低,而维氏硬度增长速率降低。随Ti-6Al-4V合金表面遭受空化作用时间的增加,表面不均匀的塑性变形程度增大,同时表面钝化膜破坏区域不断增加,导致表面电化学性能的不均匀性不断加剧,使Ti-6Al-4V合金经空化作用后在溴化锂溶液中发生活性腐蚀溶解,腐蚀破坏程度随空化作用时间增加而加剧。通过以上研究发现,Ti-6Al-4V合金的低强度α相吸收空泡溃灭产生的冲击能优先发生塑性变形,材料表面变形不均匀,在空化作用下α相局部区域表面钝化膜破裂并暴露出钛合金基体,由于α相电位低于β相,形成小阳极大阴极,即空化作用提高了表面电化学腐蚀倾向性。然而,在腐蚀性介质中,腐蚀物和腐蚀产物在空化的搅拌作用下能够及时扩散,加速了腐蚀溶解,产生的腐蚀坑又导致局部内应力更加集中而加强力学因素,表面凹凸程度增加。空化力学和电化学腐蚀的共同作用使腐蚀坑继续发展并促进了新腐蚀坑的生成,腐蚀坑周边的β相发生脱落,从而导致表面凹凸程度降低。温度对Ti-6Al-4V合金空化腐蚀行为的影响主要表现为对空化作用的影响。
【关键词】：Ti-6Al-4V合金 空化腐蚀 溴化锂溶液 温度影响 协同作用
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG178
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 前言9-10
• 1.2 空化腐蚀的破坏特点10-11
• 1.3 空化腐蚀机理研究11-12
• 1.4 空化腐蚀行为的影响因素12-18
• 1.4.1 材料力学性能的影响12-13
• 1.4.2 材料化学成分和微观组织结构的影响13-14
• 1.4.3 材料表面形貌的影响14-16
• 1.4.4 外界环境因素的影响16-18
• 1.5 本课题研究内容和意义18-19
• 第2章 实验方法19-24
• 2.1 实验材料19-20
• 2.2 空化腐蚀模拟实验20
• 2.3 检测方法20-22
• 2.3.1 表面形貌观察20-21
• 2.3.2 表面粗糙度和轮廓21-22
• 2.3.3 表面残余应力和硬度测试22
• 2.4 电化学测试22-23
• 2.5 技术路线23-24
• 第3章 Ti-6Al-4V的初期空化腐蚀研究24-37
• 3.1 前言24-25
• 3.2 实验结果25-33
• 3.2.1 材料表面空化腐蚀微观形貌观察25-27
• 3.2.2 材料空化腐蚀表面粗糙度和平均腐蚀深度27-28
• 3.2.3 材料空化腐蚀表面 3D轮廓28-30
• 3.2.4 动电位极化曲线30-33
• 3.2.4.1 静态条件下的极化曲线30-31
• 3.2.4.2 空化条件下的极化曲线31-32
• 3.2.4.3 极化后的表面形貌32-33
• 3.3 讨论33-35
• 3.4 结论35-37
• 第4章 温度对Ti-6Al-4V初期空化腐蚀的影响机理37-53
• 4.1 前言37
• 4.2 实验结果37-50
• 4.2.1 材料空化腐蚀表面粗糙度和平均腐蚀深度37-41
• 4.2.2 材料表面空化腐蚀微观形貌41-44
• 4.2.2.1 表面形貌和截面形状41-42
• 4.2.2.2 表面 3D轮廓42-44
• 4.2.3 极化曲线44-49
• 4.2.3.1 静态条件下Ti-6Al-4V合金的极化曲线44-45
• 4.2.3.2 空化条件下Ti-6Al-4V合金的极化曲线45-49
• 4.2.4 i-t曲线49-50
• 4.3 讨论50-51
• 4.4 结论51-53
• 第5章 空化作用后Ti-6Al-4V在溴化锂溶液中的腐蚀行为53-61
• 5.1 前言53
• 5.2 实验结果53-59
• 5.2.1 空化作用后材料表面残余应力测试53-54
• 5.2.2 空化作用后材料表面硬度测试54-55
• 5.2.3 空化作用后材料表面形貌观察55-57
• 5.2.4 空化作用后材料在溴化锂溶液中的电化学测试57-59
• 5.3 讨论59-60
• 5.4 结论60-61
• 第6章 结论与展望61-64
• 6.1 结论61-62
• 6.2 展望62-64
• 参考文献64-69
• 攻读硕士期间发表论文69-70
• 致谢70-71

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本文编号：602103