TA2在溴化锂溶液中的空化腐蚀行为研究

发布时间：2018-10-09 19:14

【摘要】：本文以TA2为研究对象,通过超声波空蚀试验机模拟空化腐蚀环境。应用失质法获得了空化腐蚀失重率;利用扫描电子显微镜、三维视频显微镜、粗糙度轮廓仪观察了TA2在LiBr溶液中的空化腐蚀微观形貌、表面粗糙度和三维轮廓;采用X射线应力分析仪、硬度计测试了TA2表面力学性质的变化,借助电化学以及微区电化学测试探讨了TA2在Li Br溶液中的空化电化学腐蚀行为。综合以上测试,探讨了腐蚀和力学的协同作用以及空蚀破坏演变规律。TA2空化腐蚀分为三个阶段。初始阶段,表面局部产生塑性变形,空蚀30 min,晶界出现破坏,材料表面出现少量裂纹,随时间延长,空蚀裂纹扩展,蔓延至晶粒,裂纹增多,局部材料脱落,前70 min质量损失严重,粗糙度迅速增大,由0.360μm变为0.790μm;过渡阶段,空蚀程度进一步加深,材料表面严重脱落,180 min时,表面呈蜂巢状结构,粗糙度增长率降低,210 min时,达到最大值0.998μm;稳定阶段,粗糙度变化呈稳定状态,质量损失率趋于平缓。540 min后,TA2在LiBr溶液中失重为14.17 mg,而在纯水中的质量损失值为12.33 mg,表明TA2在LiBr溶液中比在纯水中更易遭到破坏。空化作用后,TA2的开路电位负向移动150 mV,空化停止后,开路电位无法回到空化前电位。静态条件下,与纯水中相比,Li Br溶液中的TA2自腐蚀电位移动约-359.5 mV,维钝电流密度增加,点蚀电位负移,增加了点蚀机率。在纯水中,对比静态条件,空化条件下TA2试样的自腐蚀电位负向移动111.3 mV,钝化范围缩短,维钝电流密度增加约3.503μA·cm-2。在LiBr溶液中,空化条件下比静态条件的自腐蚀电位负向移动138.5 mV,钝化范围缩短,曲线出现震荡现象,维钝电流密度增加约23.246μA·cm-2。随着空化腐蚀的进行,钝化范围缩短,点蚀电位不断负移,点蚀发生可能性增加。TA2表面钝化膜的电荷转移电阻在空蚀前30min,呈现先增大后减小的趋势,而膜层电阻随空蚀时间的增加逐渐减小,从1×1020Ω·cm2变为1.844×105Ω·cm2,即膜层的耐蚀性逐渐降低。空化时间的增加使施主载流子密度Nd加大而加速腐蚀,与极化曲线,交流阻抗的结果相对应。空泡破裂的冲击作用导致TA2表面残余应力变大,在LiBr溶液中空化5 min时残余应力达到最大,为339.6 MPa,纯水中则到20 min时才到最大,为213.6 MPa,随后基本保持不变,后期略有降低。同时两种溶液中,初期材料表面硬度皆增大,60 min时达到最大,纯水和Li Br溶液中分别为242.17 MPa和245.73 MPa,表面出现加工硬化现象,120 min时,纯水和Li Br溶液中分别下降至235.5 MPa和213.17 MPa。TA2在LiBr溶液中的表面微区电位差随空化时间的增大而增大,120min时为240 mV,随着空化时间的增加,表面阴极区与阳极区越来越明显,材料的腐蚀性逐渐增大。与纯水中电位差的变化差距并不大,说明LiBr溶液对TA2腐蚀作用影响并不显著。TA2表面覆盖有一层致密的、自修复能力良好的n型半导体氧化膜。在空化腐蚀初期,空化力学作用对材料表面钝化膜外层膜进行破坏,空化60 min后,钝化膜内层遭到破坏,同时膜层的半导体性质由n型改变为p型,钝化膜加速剥落,当钝化膜的剥落速率快于其再生速率时,钝化膜不断减薄,直至完全被破坏,裸露出金属的新鲜基体与溶液的接触,力学冲击同时对溶液存在搅拌作用,增大了溶液中粒子的传输速率,加速了腐蚀作用,且由于塑性变形的存在,材料表面电化学性能不均匀,随着空化腐蚀时间的增加,材料表面呈现电偶电池的形态,促进了局部区域腐蚀的发生。同时,金属的局部缺陷有利于冲击波的聚集,使缺陷处的应力更加集中,反向促进了力学作用的发生。因此,在TA2的空化腐蚀过程中存在力学因素与腐蚀因素的协同作用,从而加速TA2的破坏。
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【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG178

【参考文献】