Page 61 - 《摩擦学学报》2020年第5期
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616                                     摩   擦   学   学   报                                 第 40 卷

                 steels shifted negatively and the corresponding corrosion densities increased obviously. Peeling pits could be mainly
                 observed on the worn surface of the N steel, while small cracks and etch pits dominated on the worn surface of the QT
                 steel. The volume losses caused by the wear and corrosion for the N steel accounted for 80.6% and 44.9%, respectively,
                 which became 55.1% and 44.9% for the QT steel. The wear and corrosion processes of both the N and QT steels were
                 mutual positively promoted, evidencing the presence of the synergistic tribocorrosion coupling effects.
                 Key words: tribocorrosion; coupling effect; heat treatment; polar marine steel; applied potential

                由于具有高强度、焊接性能好、良好的涂料涂覆                          中的摩擦系数.
            性能  [1-6] 以及较好的加工成型特点，低碳合金钢板作为                         对于极地航行船舶来说，船体同时受到低温海冰
            大规格化、大厚度海洋工程用钢的关键材料 一直被                            和海水的磨损和腐蚀共同作用，不同外加保护电位下
                                                   [7]
            广泛应用于海洋船舶及海洋装备等领域. 对于极地航                           钢板仍会产生不同程度的腐蚀，目前对于此类问题的
            行船舶，船体在航行的过程中会受到冰层的连续撞                             研究鲜见报道. 为了探索极地船用钢板在航行过程中
              [8]
            击 ，船体表面防撞漆往往会发生严重的脱落，裸漏出                           的磨损-腐蚀耦合作用，本文以与宝钢集团共同设计
            的船体钢板在海冰环境中与海水接触会同时发生冰                             并制备的低碳船用合金钢板(10CrMn2NiSiCu)为研究
            载荷磨损和电化学腐蚀. 因此，极地船舶用钢不仅需                           对象，使用正火和调质两种热处理工艺进行加工以保
            具有较强的抗冰面磨损能力以承受冰层的动态、连续                            证其低温力学性能，从微观形貌、化学成分等方面讨
                       [9]
            的冲击载荷 ，还要在发生磨损的状况下保持较好的                            论了低温海水环境中两种热处理后合金钢的磨损和
                                                               腐蚀行为，并分析了钢板在不同外加电位下的磨损-
            耐腐蚀性能.
                                                               腐蚀耦合作用机制，以期为新型高强度船舶用钢的研
                随着表征技术的发展，科研人员逐渐发现磨损和
            腐蚀之间存在着复杂的耦合作用               [10-11] ，往往磨损会通       制和进一步产业化应用提供重要的理论支持.
            过改变材料表面层的特性从而影响材料的腐蚀性能.                            1    试验部分
            Chen等 探究了AISI316不锈钢和Ti6Al4V合金在海
                   [12]
            水中的摩擦腐蚀行为，发现摩擦后导致钢样的开路电                            1.1    材料及制备
            位负移，摩擦时的腐蚀电流密度远比静态腐蚀时的电                                试验用新型低碳合金钢(10CrMn2NiSiCu)设计成
            流密度大，这是因为摩擦过程中基体被破坏后完全暴                            分列于表1中，由宝山钢铁研究院冶炼轧制. 经过控轧
                                         [13]
            露，导致腐蚀速率增加. 汪陇亮等 研究了CrAlN涂层                        控冷(TMCP)后分别进行正火处理(正火温度920 ℃，
            海水环境磨损腐蚀行为，发现摩擦和腐蚀的发生会加                            保温时间45 min)和调质处理(淬火温度860 ℃，回火温
            剧CrAlN涂层的磨损. 崔文等 研究了316L不锈钢关                       度660 ℃)，钢材常温拉伸性能参数列于表2中. 将钢样
                                      [14]
            节材料的摩擦腐蚀行为，发现随着试验载荷的增加，                            用线切割机切割成20 mm×20 mm×2 mm的长方体试
                                                                                         #    #     #      #
            腐蚀电流也在增加，进而加剧了316L不锈钢关节材料                          样，用水磨砂纸逐级打磨(500 、800 、1 200 和1 600 )
                          [15]
            的腐蚀. Shan等 在研究PVD镀铬不锈钢在海水中的                        后测得其表面平均粗糙度为0.7 μm，再用酒精超声清
            摩擦腐蚀行为时发现在不同电位下PVD镀铬不锈钢                            洗10 min后低温干燥2 h封存备用. 使用泰明光学仪器
                                               [16]
            呈现出不同的磨损程度. Toptan Fatih 对自制的                      有限公司HXD-2000TM/LCD维氏数显硬度计对试样
            Ti6Al4V进行了摩擦和腐蚀性能的研究，发现摩擦和                         的表面硬度进行测量，加载载荷为1.96 N，加载时间为
            腐蚀之间有严格的相互促进作用. Yebiao Zhu等 采                      15 s，测得正火处理钢样硬度为HV112.8，−40 ℃冲击
                                                      [17]
                                                                                                     2
                                                                             2
            用多离子弧镀技术制备了TiSiN和TiSiN/Ag涂层，并                      韧性为46.3 J/cm ，−60 ℃冲击韧性为27.1 J/cm ；调质处
                                                                                                            2
            研究了其在650 ℃下退火5 h后的腐蚀和摩擦腐蚀性                         理钢样硬度为HV142.5，−40 ℃冲击韧性为271.1 J/cm ，
                                                                                        2
            能. 退火后的TiSiN涂层由于孔隙率的降低，在电化学                        −60 ℃冲击韧性为269.7 J/cm ，以上数据皆选择每个
            阻抗谱中表现出较缓慢的失效过程. 此外，退火工艺                           样品测试3次取平均值为准. 两种钢材均符合中国船
            可以降低涂层中的残余应力，从而降低摩擦磨损试验                            级社发布的《材料与焊接规范2015》要求，可以作为

                                            表 1    10CrMn2NiSiCu低碳合金钢成分表
                        Table 1    Chemical composition (weight fraction) of the 10CrMn2NiSiCu low carbon alloy steel
               w(C)/%    w(Si)%/    w(Mn)/%    w(P)/%    w(S)/%     w(Cr)/%   w(Ni)/%    w(Mo)/%    w(Cu)/%
                0.11       0.3        1.7       0.007     0.001      0.7        0.66       0.11       0.47
   56   57   58   59   60   61   62   63   64   65   66