| 题名 | 304不锈钢在海水中的腐蚀磨损性能与表面防护研究 |
| 作者 | 范娜 |
| 答辩日期 | 2019-05-27 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 梁军 ; 王鹏 |
| 关键词 | 微动磨损 滑动磨损 海水腐蚀 不锈钢 防护薄膜 Fretting wear Sliding wear Seawater corrosion Stainless steel Protective films |
| 学位名称 | 理学博士 |
| 其他题名 | 无 |
| 学位专业 | 物理化学 |
| 英文摘要 | 腐蚀和磨损是海洋机械部件面临的主要挑战，其会造成材料的损伤，影响设备的稳定安全运行，酿成巨大的经济损失，甚至会引起灾难性事故。研究金属材料在海洋环境中的腐蚀磨损机理，寻找适合于海洋环境中的摩擦配副材料，探寻适用于金属材料的防护技术具有重要的意义。本论文系统研究了304不锈钢在海水介质中的微动、滑动腐蚀磨损行为，并进一步采用磁控溅射技术制备了类金刚石碳基薄膜和氮化物薄膜，系统考察了两类薄膜对304不锈钢基底腐蚀与磨损的防护作用。论文主要结论如下： 1.在微动摩擦条件下，空气介质中的微动在高载荷和低位移振幅工况下处于部分滑移区，微动损伤较轻微。而海水的润滑作用使接触表面易滑移，微动运行区域由空气介质中的部分滑移区转变为海水介质中的完全滑移区，结果海水介质中的微动损伤比空气介质中的严重。随着载荷的减小和位移振幅的增大，空气介质中的微动逐渐由部分滑移区转变为完全滑移区并伴随着微动损伤的加剧，海水润滑在减缓微动磨损方面起到关键作用。 2.在滑动摩擦条件下，304不锈钢在海水介质中与不同材料配副时，表现出不同的腐蚀磨损行为。304不锈钢与碳化硅陶瓷球对磨时在平整光滑的摩擦接触表面上形成了有效的润滑层，体现出低的摩擦系数和磨损体积。而与氮化硅陶瓷球对磨时，表面粘附的磨屑对摩擦化学反应产物的润滑效应有抑制作用，表现出较大的摩擦系数和磨损体积。外加电位通过改变304不锈钢表面的腐蚀速率进而影响其腐蚀磨损行为，随着外加电位的增大表面磨损逐渐加剧。 3.采用反应磁控溅射技术，在固定Si靶和Ti靶溅射电流的条件下，通过改变甲烷流量制备了一系列梯度复合碳基薄膜。当甲烷流量增加至靶表面成分变化恒定时，制备的碳基薄膜具有最优异的耐腐蚀和耐磨损性能。碳基薄膜对304不锈钢基底的腐蚀保护效率可达到99%左右，且碳基薄膜可以防护304不锈钢基底的磨损表面。在海水介质中，a-C:H:Ti薄膜与不同陶瓷球配副时，可生成摩擦化学产物的硅基陶瓷球对应着较小的摩擦系数和磨损率。a-C:H:Ti薄膜在低载荷5N条件下的磨损率达到10-16m3N-1m-1数量级。当载荷增大到10N时，由于整个薄膜体系的塑性变形磨损率显著增大。 4.采用反应磁控溅射技术，制备了面心立方结构的CrN和TiN薄膜，以及纤锌矿结构的AlN薄膜。研究结果显示：CrN和TiN薄膜具有相近的阻抗值，腐蚀保护效率约为85%。AlN薄膜的阻抗值比CrN和TiN薄膜的阻抗值高约两个数量级，其腐蚀保护效率达到了99%。但长效腐蚀实验结果显示AlN薄膜在海水介质中的水解反应会使其防护失效。TiN和CrN薄膜在海水介质具有良好的长效腐蚀稳定性。在腐蚀磨损条件下，优异的机械性能和氧化物的生成使得CrN薄膜具有最低的摩擦系数和磨损率。 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.licp.cn/handle/362003/25258]  |
| 专题 | 中国科学院兰州化学物理研究所 |
| 作者单位 | 1.中国科学院兰州化学物理研究所; 2.中国科学院大学 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 范娜. 304不锈钢在海水中的腐蚀磨损性能与表面防护研究[D]. 北京. 中国科学院大学. 2019. |
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