酸性NaCl溶液中CuNi2Si合金的微动腐蚀行为研究
发布时间：2021-06-10 19:08
接触网系统是保证高速铁路正常运营的关键部分,其零部件一旦发生失效,将严重影响客运安全,甚至带来灾难性后果。由于接触网零部件在服役过程中,长期经受酸雨、高盐度、高湿度等多因素耦合的环境腐蚀,以及弓网振动、风振等疲劳载荷的影响,其紧固配合零件的配合面极易产生微动腐蚀损伤问题,从而导致零部件失效。因此,研究关键零部件的微动腐蚀特性,对保证接触网的安全运营具有重要意义。本文以接触网线夹类常用材料CuNi2Si合金为研究对象,使用CHI660E电化学工作站,研究了不同酸度（pH=3、4、5）NaCl溶液中的电化学腐蚀行为,同时使用自主研发的多功能微动磨损试验机（MFC-01）,开展了在两种酸度（pH=3、5）的NaCl溶液中以及不同外加电位下,pH=3的NaCl溶液中的微动腐蚀特性试验,并分析计算了其在不同工况下的微动磨损与腐蚀的交互作用。结果表明:（1）随着pH值的增大,CuNi2Si合金腐蚀速率降低,腐蚀过程主要受溶解氧O2和H+的扩散控制;腐蚀产物主要为Cu2O。（2）在两种酸度（pH=3、pH=5）的NaCl溶液中,CuN...
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
微动的四种基本模式示意图
西南交通大学硕士研究生学位论文第3页本属性，如强度、刚度、硬度、弹性、塑性、表面粗糙度等[11]；第二是微动运行的相关试验参数，如接触方式、法向载荷、位移幅值、循环次数、运动频率等[12]；第三是微动运行的相关环境，如气氛、腐蚀性介质、湿度、温度、电接触环境等[13,14]。1.2微动三体理论Berthier[15,16]、Godet[17]等基于大量的实验研究以及前人的研究结论，总结了微动磨损过程的运动方式及其调节机理，称为三体理论。他们认为微动过程是两接触本体以及产生的磨屑体（第三体）之间相互作用的结果，且磨屑的产生能够被看作是同时进行的两个连续的过程，即磨屑的产生以及磨屑的演化。运用三体理论可以很好的解释金属材料的微动摩擦系数随循环次数变化的过程，如图1-3所示：①微动初期，两接触表面的自然污染物（如吸附膜、氧化膜等）被对磨副刮走，摩擦系数较低。②随着自然污染膜的去除，两接触体裸露出新鲜的金属表面直接接触，即两体之间的相互作用，引起材料的微观组织发生转变，例如机械作用产生的加工硬化，摩擦系数逐渐上升。③金属颗粒脱离或磨屑床的形成，从二体接触逐渐过渡到三体接触，第三体床的逐渐形成保护了金属表面，能够减缓磨损，摩擦系数下降。④微动的后期，磨屑不断的形成和排出，最终达到动态平衡，微动磨损步入稳定阶段，摩擦系数保持在相对稳定的数值内。图1-3微动磨损的摩擦系数随循环次数变化示意图1.3微动图理论二十世纪80年代，Vingsbo[18]等分析总结了Mindlin理论，在此基础上结合不同工况的大量试验现象，率先提议了微动图的概念，但由于实验设施不够完善，对微动的运行机制的解释还存在一定的偏差。随后，Vincent和周仲荣等[19-22]通过在各种试验工
西南交通大学硕士研究生学位论文第4页况和不同材料的微动试验基础上，发现接触表面的摩擦力（Ft）和位移（D）的变化曲线有着三种不同的基本形状，即直线、椭圆、平行四边形，如图1-4所示：（a）直线形（b）椭圆形（c）平行四边形图1-4Ft-D曲线的三种类型（1）直线形Ft-D曲线：此种类型的曲线通常出现在法向载荷相对较大或者位移幅值相对较小的情况下，接触表面不发生相对滑动，只在接触表面的边缘位置产生轻微滑移，而在中心区域发生粘附现象，其相对位移主要是靠接触面的弹性变形来控制。（2）椭圆形Ft-D曲线：此种类型的曲线在微动的初始阶段很少出现，通常是在接触面经过了一定时间（循环次数）的磨损之后形成的，其接触表面往往可以观测到较为强烈的塑性变形。（3）平行四边形Ft-D曲线：此种类型的曲线出现在接触表面发生了相对滑移的情况下，其接触表面往往可以观测到较为明显的滑动磨损特征。为了描述微动实验的动态过程，通常将Ft-D曲线随着循环次数N的变化过程绘制成三维图。根据Ft-D-N图的变化情况，微动运行工况可以大致将分为三个基本区域，即部分滑移区、混合区、完全滑移区[23]，如图1-5所示：（a）部分滑移区（b）混合区（c）完全滑移区图1-5三种区域的典型Ft-D-N曲线图[24]（1）部分滑移区：处于此区域的的Ft-D曲线变化不大，几乎都是直线形状，对
【参考文献】：
期刊论文
[1]典型选矿设备腐蚀磨损案例分析[J]. 郑鹏华,王倩,边美华,梁庆国,张兴森,杨丽霞. 材料保护. 2018(09)
[2]高速接触网零部件失效问题研究现状及展望[J]. 谭德强,莫继良,彭金方,罗健,陈维荣,朱旻昊. 西南交通大学学报. 2018(03)
[3]不同pH值环境中镍铝青铜冷喷涂涂层腐蚀磨损性能[J]. 孙晓峰,陈正涵,李占明,黄元林,史玉鹏. 工程科学学报. 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]高速铁路接触网整体吊弦断裂分析及改进效果验证[J]. 杨广英. 铁道技术监督. 2016(09)
[6]316L不锈钢关节材料的摩擦腐蚀行为[J]. 崔文,张鑫,王庆良. 润滑与密封. 2016(08)
[7]热处理制度对含Yb航空铝合金电化学腐蚀行为的影响[J]. 孙擎擎,陈康华,陈启元. 中国有色金属学报. 2016(03)
[8]NC30Fe合金在氯化钠溶液中的微动腐蚀特性[J]. 李放,任平弟,张晓宇,向红先,任思聪,蔡振兵. 工程科学学报. 2015(10)
[9]模拟酸雨条件下锡尾矿中重金属As、Zn、Pb的释放规律[J]. 董颖博,林海,刘泉利,王亮. 中国有色金属学报. 2015(10)
[10]高速铁路铸造铝合金接触网零部件腐蚀失效分析[J]. 马远征. 铁道技术监督. 2015(07)
博士论文
[1]大气及溶液环境下传热管材料微动磨损行为及损伤机制[D]. 李杰.北京科技大学 2017
[2]钛合金扭动微动腐蚀行为研究[D]. 林修洲.西南交通大学 2010
[3]铝合金和钛合金在雨水/海水环境下的腐蚀与磨损交互作用研究[D]. 丁红燕.南京航空航天大学 2007
[4]高强高导电铜合金研究[D]. 陆德平.上海交通大学 2007
[5]钢材料微动腐蚀行为研究[D]. 任平弟.西南交通大学 2005
[6]酸雨/雨水环境中典型金属材料的腐蚀行为研究[D]. 安百刚.天津大学 2003
[7]径向与复合微动的运行和损伤机理研究[D]. 朱旻昊.西南交通大学 2001
硕士论文
[1]高速铁路接触网定位线夹用Cu-Ni-Si合金的疲劳性能和强度提高方法研究[D]. 王华强.西南交通大学 2018
[2]铜合金的磨损与腐蚀行为研究[D]. 高原.大连理工大学 2015
[3]氯化钠及联氨溶液中NC30Fe合金的微动腐蚀特性研究[D]. 李放.西南交通大学 2014
[4]车轴材料弯曲微动过程的有限元分析[D]. 郭严.西南交通大学 2010
[5]钛及钛合金在三种介质下的微动腐蚀特性[D]. 王勇.西南交通大学 2005
[6]新型高铝青铜组织及腐蚀磨损行为的研究[D]. 袁利华.兰州理工大学 2005
本文编号：3222957
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
微动的四种基本模式示意图
西南交通大学硕士研究生学位论文第3页本属性，如强度、刚度、硬度、弹性、塑性、表面粗糙度等[11]；第二是微动运行的相关试验参数，如接触方式、法向载荷、位移幅值、循环次数、运动频率等[12]；第三是微动运行的相关环境，如气氛、腐蚀性介质、湿度、温度、电接触环境等[13,14]。1.2微动三体理论Berthier[15,16]、Godet[17]等基于大量的实验研究以及前人的研究结论，总结了微动磨损过程的运动方式及其调节机理，称为三体理论。他们认为微动过程是两接触本体以及产生的磨屑体（第三体）之间相互作用的结果，且磨屑的产生能够被看作是同时进行的两个连续的过程，即磨屑的产生以及磨屑的演化。运用三体理论可以很好的解释金属材料的微动摩擦系数随循环次数变化的过程，如图1-3所示：①微动初期，两接触表面的自然污染物（如吸附膜、氧化膜等）被对磨副刮走，摩擦系数较低。②随着自然污染膜的去除，两接触体裸露出新鲜的金属表面直接接触，即两体之间的相互作用，引起材料的微观组织发生转变，例如机械作用产生的加工硬化，摩擦系数逐渐上升。③金属颗粒脱离或磨屑床的形成，从二体接触逐渐过渡到三体接触，第三体床的逐渐形成保护了金属表面，能够减缓磨损，摩擦系数下降。④微动的后期，磨屑不断的形成和排出，最终达到动态平衡，微动磨损步入稳定阶段，摩擦系数保持在相对稳定的数值内。图1-3微动磨损的摩擦系数随循环次数变化示意图1.3微动图理论二十世纪80年代，Vingsbo[18]等分析总结了Mindlin理论，在此基础上结合不同工况的大量试验现象，率先提议了微动图的概念，但由于实验设施不够完善，对微动的运行机制的解释还存在一定的偏差。随后，Vincent和周仲荣等[19-22]通过在各种试验工
西南交通大学硕士研究生学位论文第4页况和不同材料的微动试验基础上，发现接触表面的摩擦力（Ft）和位移（D）的变化曲线有着三种不同的基本形状，即直线、椭圆、平行四边形，如图1-4所示：（a）直线形（b）椭圆形（c）平行四边形图1-4Ft-D曲线的三种类型（1）直线形Ft-D曲线：此种类型的曲线通常出现在法向载荷相对较大或者位移幅值相对较小的情况下，接触表面不发生相对滑动，只在接触表面的边缘位置产生轻微滑移，而在中心区域发生粘附现象，其相对位移主要是靠接触面的弹性变形来控制。（2）椭圆形Ft-D曲线：此种类型的曲线在微动的初始阶段很少出现，通常是在接触面经过了一定时间（循环次数）的磨损之后形成的，其接触表面往往可以观测到较为强烈的塑性变形。（3）平行四边形Ft-D曲线：此种类型的曲线出现在接触表面发生了相对滑移的情况下，其接触表面往往可以观测到较为明显的滑动磨损特征。为了描述微动实验的动态过程，通常将Ft-D曲线随着循环次数N的变化过程绘制成三维图。根据Ft-D-N图的变化情况，微动运行工况可以大致将分为三个基本区域，即部分滑移区、混合区、完全滑移区[23]，如图1-5所示：（a）部分滑移区（b）混合区（c）完全滑移区图1-5三种区域的典型Ft-D-N曲线图[24]（1）部分滑移区：处于此区域的的Ft-D曲线变化不大，几乎都是直线形状，对
【参考文献】：
期刊论文
[1]典型选矿设备腐蚀磨损案例分析[J]. 郑鹏华,王倩,边美华,梁庆国,张兴森,杨丽霞. 材料保护. 2018(09)
[2]高速接触网零部件失效问题研究现状及展望[J]. 谭德强,莫继良,彭金方,罗健,陈维荣,朱旻昊. 西南交通大学学报. 2018(03)
[3]不同pH值环境中镍铝青铜冷喷涂涂层腐蚀磨损性能[J]. 孙晓峰,陈正涵,李占明,黄元林,史玉鹏. 工程科学学报. 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]高速铁路接触网整体吊弦断裂分析及改进效果验证[J]. 杨广英. 铁道技术监督. 2016(09)
[6]316L不锈钢关节材料的摩擦腐蚀行为[J]. 崔文,张鑫,王庆良. 润滑与密封. 2016(08)
[7]热处理制度对含Yb航空铝合金电化学腐蚀行为的影响[J]. 孙擎擎,陈康华,陈启元. 中国有色金属学报. 2016(03)
[8]NC30Fe合金在氯化钠溶液中的微动腐蚀特性[J]. 李放,任平弟,张晓宇,向红先,任思聪,蔡振兵. 工程科学学报. 2015(10)
[9]模拟酸雨条件下锡尾矿中重金属As、Zn、Pb的释放规律[J]. 董颖博,林海,刘泉利,王亮. 中国有色金属学报. 2015(10)
[10]高速铁路铸造铝合金接触网零部件腐蚀失效分析[J]. 马远征. 铁道技术监督. 2015(07)
博士论文
[1]大气及溶液环境下传热管材料微动磨损行为及损伤机制[D]. 李杰.北京科技大学 2017
[2]钛合金扭动微动腐蚀行为研究[D]. 林修洲.西南交通大学 2010
[3]铝合金和钛合金在雨水/海水环境下的腐蚀与磨损交互作用研究[D]. 丁红燕.南京航空航天大学 2007
[4]高强高导电铜合金研究[D]. 陆德平.上海交通大学 2007
[5]钢材料微动腐蚀行为研究[D]. 任平弟.西南交通大学 2005
[6]酸雨/雨水环境中典型金属材料的腐蚀行为研究[D]. 安百刚.天津大学 2003
[7]径向与复合微动的运行和损伤机理研究[D]. 朱旻昊.西南交通大学 2001
硕士论文
[1]高速铁路接触网定位线夹用Cu-Ni-Si合金的疲劳性能和强度提高方法研究[D]. 王华强.西南交通大学 2018
[2]铜合金的磨损与腐蚀行为研究[D]. 高原.大连理工大学 2015
[3]氯化钠及联氨溶液中NC30Fe合金的微动腐蚀特性研究[D]. 李放.西南交通大学 2014
[4]车轴材料弯曲微动过程的有限元分析[D]. 郭严.西南交通大学 2010
[5]钛及钛合金在三种介质下的微动腐蚀特性[D]. 王勇.西南交通大学 2005
[6]新型高铝青铜组织及腐蚀磨损行为的研究[D]. 袁利华.兰州理工大学 2005
本文编号：3222957
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