李放等：NC30Fe合金在氯化钠溶液中的微动腐蚀特性 ·1345· 传热管运行经验表明，其失效部位多位于支撑板缝 2结果与讨论 隙处，尽管经过水处理技术后杂质浓度很低，但一些 杂质离子，如钠离子、硫酸根离子和氯离子通过沸腾 2.1开路电位 浓缩，在缝隙处浓度可以达到正常值的10倍切，形 图1为在氯化钠溶液中NC30Fe合金微动过程中 成局部腐蚀环境.文献的调研发现，对传热管材微动 的开路电位一循环次数曲线（由开路电位一时间曲线转 腐蚀行为研究报道较少.综上所述，笔者选用 化得到).在当前实验体系下，0点表示微动实验开始 NC30Fe合金管，在纯水和3.5%氯化钠溶液两种介 点，20000次后为微动实验结束点，0点之前为NC30Fe 质中进行微动腐蚀试验，研究了NC30Fe传热管材在 合金浸泡在氯化钠溶液中的自腐蚀电位，20000次后 微动腐蚀进程中电化学参数的变化规律和损伤机 为微动结束后的自腐蚀电位 理，发现微动腐蚀对NC30Fe合金表面电化学特性有 显著影响 微动开始 -0.1 微动结束 1实验 -0.2 -0.3 1.1微动腐蚀实验装置 -0.4 通过对PLNT微动磨损实验设备的改装，使微动 F.=20N 磨损在凹槽液体介质中进行，附加典型的三电极电化 -0.6 F=50N 学测试系统，工作电极为镶样的NC30Fe合金，参比电 F=80N 极为饱和甘汞电极，对电极为铂电极，分别与电化学工 -0.7 作站相连构成微动腐蚀的实验装置.采用圆管/圆柱 -0.8 5000 10000 15000 20000 十字交叉接触方式，载荷分别为20、50和80N,位移幅 循环次数 值为100um,循环次数20000次，微动频率为2Hz.实 图1氮化钠溶液中NC30F©合金微动腐蚀电位变化曲线 验在3.5%氯化钠溶液和纯水中进行.微动磨损实验 Fig.1 Fretting corrosion potential curves of NC30Fe alloyin the sodi- um chloride solution 过程中，利用电化学系统测量开路电位一时间曲线以 及Tafel极化曲线.测量Tafel极化曲线的扫描速度为 微动开始的几十个循环周期内，电位迅速负移：随 0.1mV·s,扫描范围为-1~+1V.实验温度为(20 后约2000次的微动初期，电位值负移速度逐渐减小： ±3)℃，环境湿度为50%±15%，相同参数下的实验 微动继续运行，电位值逐渐趋于稳定.以上电位变化 重复三次.实验后用纯水清洗并烘干样品 过程与微动过程中摩擦系数的变化过程（图4）有相似 1.2实验材料 规律.因此可将电位变化和微动运行的三个阶段相联 实验材料为NC30Fe合金，密度为8.19gcm,其 系：(1)微动初始阶段，表面直接接触，导致高摩擦， 主要化学成分见表1.样品直径为19.05mm,厚度为 NC30Fe合金表面钝化膜快速破坏，活性原子露出，表 1.09mm,长度为10mm,表面粗糙度为0.02μm.镶样 面膜钝化速度远小于膜破坏速度，表现为摩擦系数较 后的样品与铜导线相连，实验前表面抛光后用丙酮清 大，电位迅速负移.(2)过渡阶段，微动产生磨屑，同时 洗，并在氯化钠溶液中浸泡3h.对偶件选择圆柱形刚 腐蚀产物出现，形成腐蚀产物和磨屑的混合膜层，二体 玉，其主要成分为Al,03,直径为10mm,长度为10mm, 接触逐渐变为三体接触，混合膜层能起到润滑减摩作 密度为3.9g°cm3,莫氏硬度9. 用，表现为摩擦系数降低，电位负移减缓，并随第三体 表1NC30Fe合金的化学成分（质量分数） 膜层的形成和破坏发生波动.(3)稳定阶段，大量磨屑 Table 1 Main chemical composition of NC30Fe alloy% 和腐蚀产物生成并覆盖在磨痕表面，这样的膜层形成 Ni Cr Fe Ti Al Si Mn Cu 和破坏保持动态平衡，膜层下活性表面的钝化和破坏 59.9429.889.800.180.080.050.020.02 也构成动态平衡，表现为摩擦系数较稳定，电位的波动 较小.由此可见，微动磨损改变了NC30Fe合金的表面 1.3检测分析方法 状态，不同的表面状态对应着不同的摩擦系数和不同 采用LK2500A电化学工作站得到电化学参数. 的电位值，因此电位变化曲线和摩擦系数曲线有相似 摩擦系数由PLNT微动试验机的数据采集系统直接 的变化规律.微动结束后，电位值恢复性正向移动，由 获得.实验结束后，样品在化学清洗前后，分别观察磨 于微动前后表面状态发生改变，电位恢复值短期内远 屑形貌和磨痕形貌.采用JSM-7001F型扫描电子显微 小于微动前的电位值 镜观察形貌.采用ContourGT光学轮廓仪测量三维形 综上所述，在氯化钠溶液中，微动磨损使NC30Fe 貌和磨损体积 合金的腐蚀倾向增大，更易于被腐蚀。在不同载荷李 放等: NC30Fe 合金在氯化钠溶液中的微动腐蚀特性 传热管运行经验表明，其失效部位多位于支撑板缝 隙处，尽管经过水处理技术后杂质浓度很低，但一些 杂质离子，如钠离子、硫酸根离子和氯离子通过沸腾 浓缩，在缝隙处浓度可以达到正常值的 106 倍［7］，形 成局部腐蚀环境． 文献的调研发现，对传热管材微动 腐蚀 行 为 研 究 报 道 较 少． 综 上 所 述，笔 者 选 用 NC30Fe 合金管，在纯水和 3. 5% 氯化钠溶液两种介 质中进行微动腐蚀试验，研究了 NC30Fe 传热管材在 微动腐蚀 进 程 中 电 化 学 参 数 的 变 化 规 律 和 损 伤 机 理，发现微动腐蚀对 NC30Fe 合金表面电化学特性有 显著影响． 1 实验 1. 1 微动腐蚀实验装置 通过对 PLINT 微动磨损实验设备的改装，使微动 磨损在凹槽液体介质中进行，附加典型的三电极电化 学测试系统，工作电极为镶样的 NC30Fe 合金，参比电 极为饱和甘汞电极，对电极为铂电极，分别与电化学工 作站相连构成微动腐蚀的实验装置． 采用圆管/圆柱 十字交叉接触方式，载荷分别为 20、50 和 80 N，位移幅 值为 100 μm，循环次数 20000 次，微动频率为 2 Hz． 实 验在 3. 5% 氯化钠溶液和纯水中进行． 微动磨损实验 过程中，利用电化学系统测量开路电位--时间曲线以 及 Tafel 极化曲线． 测量 Tafel 极化曲线的扫描速度为 0. 1 mV·s － 1 ，扫描范围为 － 1 ～ + 1 V． 实验温度为( 20 ± 3) ℃，环境湿度为 50% ± 15% ，相同参数下的实验 重复三次． 实验后用纯水清洗并烘干样品． 1. 2 实验材料 实验材料为 NC30Fe 合金，密度为 8. 19 g·cm － 3 ，其 主要化学成分见表 1． 样品直径为 19. 05 mm，厚度为 1. 09 mm，长度为 10 mm，表面粗糙度为 0. 02 μm． 镶样 后的样品与铜导线相连，实验前表面抛光后用丙酮清 洗，并在氯化钠溶液中浸泡 3 h． 对偶件选择圆柱形刚 玉，其主要成分为 Al2O3，直径为 10 mm，长度为 10 mm， 密度为 3. 9 g·cm － 3 ，莫氏硬度 9． 表 1 NC30Fe 合金的化学成分( 质量分数) Table 1 Main chemical composition of NC30Fe alloy % Ni Cr Fe Ti Al Si Mn Cu 59. 94 29. 88 9. 80 0. 18 0. 08 0. 05 0. 02 0. 02 1. 3 检测分析方法 采用 LK2500A 电化学工作站得到电化学参数． 摩擦系数由 PLINT 微动试验机的数据采集系统直接 获得． 实验结束后，样品在化学清洗前后，分别观察磨 屑形貌和磨痕形貌． 采用 JSM--7001F 型扫描电子显微 镜观察形貌． 采用 ContourGT 光学轮廓仪测量三维形 貌和磨损体积． 2 结果与讨论 2. 1 开路电位 图 1 为在氯化钠溶液中 NC30Fe 合金微动过程中 的开路电位--循环次数曲线( 由开路电位--时间曲线转 化得到) ． 在当前实验体系下，0 点表示微动实验开始 点，20000 次后为微动实验结束点，0 点之前为 NC30Fe 合金浸泡在氯化钠溶液中的自腐蚀电位，20000 次后 为微动结束后的自腐蚀电位． 图 1 氯化钠溶液中 NC30Fe 合金微动腐蚀电位变化曲线 Fig． 1 Fretting corrosion potential curves of NC30Fe alloyin the sodi￾um chloride solution 微动开始的几十个循环周期内，电位迅速负移; 随 后约 2000 次的微动初期，电位值负移速度逐渐减小; 微动继续运行，电位值逐渐趋于稳定． 以上电位变化 过程与微动过程中摩擦系数的变化过程( 图 4) 有相似 规律． 因此可将电位变化和微动运行的三个阶段相联 系: ( 1) 微动初始阶段，表面直接接触，导致高摩擦， NC30Fe 合金表面钝化膜快速破坏，活性原子露出，表 面膜钝化速度远小于膜破坏速度，表现为摩擦系数较 大，电位迅速负移． ( 2) 过渡阶段，微动产生磨屑，同时 腐蚀产物出现，形成腐蚀产物和磨屑的混合膜层，二体 接触逐渐变为三体接触，混合膜层能起到润滑减摩作 用，表现为摩擦系数降低，电位负移减缓，并随第三体 膜层的形成和破坏发生波动． ( 3) 稳定阶段，大量磨屑 和腐蚀产物生成并覆盖在磨痕表面，这样的膜层形成 和破坏保持动态平衡，膜层下活性表面的钝化和破坏 也构成动态平衡，表现为摩擦系数较稳定，电位的波动 较小． 由此可见，微动磨损改变了 NC30Fe 合金的表面 状态，不同的表面状态对应着不同的摩擦系数和不同 的电位值，因此电位变化曲线和摩擦系数曲线有相似 的变化规律． 微动结束后，电位值恢复性正向移动，由 于微动前后表面状态发生改变，电位恢复值短期内远 小于微动前的电位值． 综上所述，在氯化钠溶液中，微动磨损使 NC30Fe 合金的腐蚀倾向增大，更易于被腐蚀． 在不同 载 荷 ·1345·