2000年第2期 王志刚等：1C13不锈钢微动腐蚀中腐蚀与磨损交互作用 ·139 逼近试样与陶瓷球的接触点：采用饱和甘汞电 质量损失为1.1μg.阴极保护不能完全抑制腐蚀， 极(SCE)作参比电极，Pt为辅助电极.阴极保护 但使腐蚀减轻了93.6%. 电源为PS一1型恒电位/恒电流仪. 2.4塔菲尔直线外推法测定微动腐蚀中腐蚀分量 试样的制备：A类试样，1Cr13不锈钢，尺寸 定量研究微动腐蚀中腐蚀与磨损的交互作 规格15mm×15mm×3mm:B类试样，1Crl3不锈 用，必须确定微动腐蚀中的腐蚀分量△m的数值. 钢，尺寸规格15mm×15mm×3mm用环氧树脂 1C13在氯化钠中微动腐蚀过程受活化控制.我 封成电极，引出导线.A、B类试样均用水砂纸从 们用塔菲尔直线外推法求出icm,根据以下公式 150依次打磨到1200：再用1.5um的抛光膏抛 可算出△m的大小： 光，直至光学显微镜100倍下观察不到明显的 △m=MnF)-icm·S 划痕：清水清洗、无水乙醇擦拭后，去离子水清 其中：△m为溶解的物质的量：M为元素摩尔质 洗，冷风吹干，置于干燥器中待用. 量；m为自腐蚀电流强度；S为研究电极的面 微动介质：A类试样的介质为空气、去离子 积，S-1.5cm×1.5cm:t为微动腐蚀实验的时间， 水、无水乙醇；B类试样的介质质量分数为3.5% 本文微动腐蚀的时间为70h. NaCl溶液，用分析纯NaCl和去离子水配制. 实验结果得出icm=58×10A/cm,计算得到 微动参数：微动频率为10Hz:微动周次为 △m=26.4μg. 2.5×10次：法向载荷为13N,微动在大气和室温 140 下进行，用失重法来衡量腐蚀磨损量.称量使用 120 万分之一的分析天平. 100 80 2实验结果与讨论 60 3.5%NaCl 2.1润滑对微动损伤的影响 40 试样在空气中微动后的质量损失为3.0g, 20 在无水乙醇中微动后的质量损失为1.5g.试样 0 在去离子水中微动后，表面光亮如初，中心凹坑 -500 -600 -700 -800-900 E/mV(SCE) 是陶瓷球和试样作用点，也呈光亮状，表面没有 图2阴极保护电位对1Cr13微动腐蚀的影响 明显的腐蚀产物.试样经过微动后的质量损失 Fig.1 Effect of cathodic protection potential on fretting 为1.5μg. corrosion 22阴极保护对微动腐蚀的影响 2.5腐蚀、磨损交互作用分析 在3.5%NaCl溶液中，微动条件完全一样， 腐蚀、磨损交互作用可以根据材料流失量 施加不同的阴极保护电位，对1C13微动腐蚀 简单地描述为：腐蚀磨损率不是单纯腐蚀率和 的影响见图2.由图可见，未加阴极保护时，即 单纯磨损率的加和，即腐蚀可以加速磨损，磨损 在自然腐蚀电位(-494mV)的条件下，质量损失 可以加速腐蚀，腐蚀磨损交互作用的数学模型 为61.9μg:随电位的负移质量损失逐渐减小， 可概括为： -670mV时质量损失达到最小，为83ug:此后 m总=mcor+mwea+△m (1) 随着阴极保护电位的负移，质量损失反而逐渐 其中，me为腐蚀、磨损联合作用造成材料的质量 增加：电位负于-800mV时质量损失大于未加 损失；mcm为纯腐蚀量，即单纯腐蚀引起材料的 阴极保护时的质量损失， 质量损失：mw为纯磨损量，即单纯磨损（在真 2.3平行对比实验结果 空或干燥的空气中)引起材料的质量损失；△m为 试样在3.5%NaC1溶液中静态腐蚀，没有微 腐蚀、磨损交互作用量. 动，也没有施加阴极保护时，实验后试样的质量 △m=ma-mcm-mwe=61.9-17.2-3.0=41.7μg. 损失为17.2g,即为纯腐蚀量， 交互作用量占总质量损失的百分比为： 在3.5%NaCl溶液中、没有微动的条件下， (△m/ma)×100%=(41.7/61.9)×100%=67.4%. 试样上施加的阴极保护电位为-670mV,其他的 数学模型(1)没有独立考虑湿腐蚀环境下的 实验条件与微动腐蚀都一样，实验前、后称重， 润滑减摩作用，而是把它笼统地归在交互作用2 0 0 0 年 第 2 期 王志 刚等 : ICr 3l 不 锈 钢微 动腐 蚀 中腐 蚀与 磨损 交互 作用 一 1 3 9 - ó日Un 4 00 勺ùOR ù ù 6 、如V盖￡ 逼近试样 与陶 瓷 球 的接触 点 ; 采 用饱和 甘 汞 电 极 ( S C E) 作参 比 电极 , tP 为辅助 电极 . 阴极 保护 电源 为 P S 一 1 型 恒 电位 /恒 电流 仪 . 试样 的制备 : A 类试样 , I C r l3 不 锈钢 , 尺 寸 规格 15 m m X 15 m m X 3 1刀 n l ; B 类试 样 , I C r l 3 不 锈 钢 , 尺 寸规格 15 m m x l s m m x 3 r n ln 用 环 氧树脂 封 成 电极 , 引出 导线 . A 、 B 类试 样均用 水砂纸从 1 5以依次打磨 到 1 2 0 以; 再 用 1 . 5 脚 的 抛光 膏抛 光 , 直 至 光学显 微 镜 10 倍下 观察 不到 明 显 的 划 痕 ; 清 水清洗 、 无水 乙 醇 擦拭后 , 去 离子 水清 洗 , 冷风 吹干 , 置 于 干 燥器 中待 用 . 微动介 质 : A 类 试样 的介 质为空 气 、 去 离子 水 、 无水 乙 醇 ;B 类试 样 的介质 质量分 数 为 3 . 5 % N a C I 溶液 , 用 分析 纯 N a CI 和 去 离 子 水配制 . 微 动 参数 : 微 动 频率 为 10 H z ; 微动 周 次为 2 . 5 x l护 次 ; 法 向载荷为 13N , 微动 在大气和 室温 下 进行 . 用 失重法来衡量腐蚀 磨损 量 . 称量使用 万 分之一 的分析天 平 . 质量损 失为 1 . 1 林9 . 阴 极保护不 能 完全抑制腐蚀 , 但 使腐蚀减 轻 了 93 . 6% . .2 4 塔菲尔直线外推法测 定微动腐蚀中腐蚀分 量 定 量研 究微动 腐蚀 中腐蚀 与磨损 的交互 作 用 , 必 须 确定微动 腐蚀中的腐蚀分量△m 的数值 . I C r l3 在氯化钠 中微动腐蚀过程受活化 控制 . 我 们 用塔 菲尔直线外 推法 求出 ic 。 , 根据 以下 公 式 可 算 出△m 的大 小 : △m = M/ ( 刀月 · ico 。 · tS 其 中 : △m 为 溶解 的物质的量 ; M 为 元素 摩尔质 量 ; ic or 为 自腐蚀 电流强 度 ; S 为研 究电 极的面 积 , =s 1 . s c m x l . s c m ; t 为微动腐蚀实验的时间 , 本文 微动 腐蚀的时 间为 70 h . 实验结 果 得 出 ic 。 二 58 ` 10 3 A c/ m Z , 计 算得到 △m = 2 6 . 4 林9 . 八UO 片月 2 2 实验结果 与讨论 2 . 1 润滑对微动 损伤的影响 试样在 空气 中微动 后 的质量损 失为 3 . 0 林g , 在无水 乙 醇 中微动 后 的质 量损 失为 1 . 5 陀 . 试样 在去 离子 水 中微动 后 , 表面光亮如初 , 中心 凹坑 是 陶瓷 球和 试样 作用 点 , 也呈 光亮 状 , 表面没 有 明 显 的腐蚀 产物 . 试样经 过 微动后 的质量损 失 为 1 . 5 林9 . .2 2 阴极保护 对微动 腐蚀的影 响 在 3 . 5% N a CI 溶 液中 , 微动 条件完全 一 样 , 施加不 同 的 阴极 保护 电位 , 对 I C r 13 微动腐 蚀 的影 响见图 2 . 由 图 可 见 , 未加 阴极保 护 时 , 即 在 自然腐蚀 电位卜 4 94 m V )的 条件下 , 质量损失 为 61 . 9 林g ; 随 电位 的 负移 质量损 失逐渐 减小 , 一 6 7 0 m v 时质量 损失达 到 最小 , 为 .8 3 林g ; 此后 随着 阴 极保护 电位 的负移 , 质 量损 失反 而逐渐 增加 ; 电位负于 一 80 0 m V 时 质量损 失大于 未加 阴 极保护 时的 质量损 失 . .2 3 平行对 比实验结果 试样在 3 . 5 % N a CI 溶 液 中静态 腐蚀 , 没有微 动 , 也 没 有施 加 阴 极保护 时 , 实验后 试样的 质量 损 失为 17 2 林g , 即 为纯 腐蚀量 . 在 3 . 5% N a CI 溶液 中 、 没 有微动 的条件下 , 试样上施加 的阴 极保护 电位为 一 6 70 m V, 其他 的 实验条件 与微 动腐蚀 都一样 , 实验前 、 后 称重 , O L 一 — . 一一— 一一一一一` 一一一一一一一口 一 5 0 0 一 6 0 0 一 7 0 0 一 8 0 0 一 9 0 0 E/ m V ( SC E ) 图 2 阴极保 护 电位对 I C lr 3 微 动 腐蚀 的影 响 F ig . 1 E fe e t o f e a t h o d i e P or t e e t i o n P o t e n t i a l o n fr e t t i n g Co r r 0 S 10 n .2 5 腐蚀 、 磨损交互 作用分析 腐蚀 、 磨损 交互 作用可 以根据 材料流失量 简单 地描述 为 : 腐蚀 磨损 率不 是 单纯 腐蚀率和 单纯磨损 率的加 和 , 即腐蚀可 以加 速磨损 , 磨损 可 以 加 速腐 蚀 . 腐蚀 磨损交互 作用 的数学 模 型 可 概括为 : m 总 = m e o r + m w e , + △m ( 1) 其 中 , m 。为 腐蚀 、 磨损联合 作用造成材料的质量 损 失 ; m co 。 为纯 腐蚀量 , 即 单纯腐蚀引起材料的 质量损 失 ; m w ear 为纯磨损 量 , 即单纯磨损 (在真 空或干燥的空气 中) 引起材料的质量损失 ; △m 为 腐蚀 、 磨损 交互作用量 . △m = m 总 一 m c 二一 m w ear = 6 1 , 9 一 17 . 2 一 3 . 0 二 4 1 . 7 林9 . 交互作用量 占总 质量损 失的百 分 比为 : (A m /m 总 ) X 10 0 % = ( 4 1 . 7 /6 1 . 9 ) X 10 0 % = 6 7 . 4 % . 数学 模型 ( l) 没 有独立考虑湿腐蚀环 境下 的 润 滑 减摩作 用 , 而 是 把它 笼统地 归在交互 作用