Page 65 - 《摩擦学学报》2020年第5期
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620                                     摩   擦   学   学   报                                 第 40 卷

                     0.4    0.20  0.155  0.133   N/−0.8 V            0.4    0.20  0.107         QT/−0.8 V
                                                                                                QT/OCP
                                                 N/OCP
                                                                            0.15
                            0.15
                                                                                                QT/−0.4 V
                                                 N/−0.4 V
                    Friction coefficient  0.3  Average    friction coefficient  0.10  −0.8 V OCP −0.4 V  Friction coefficient  0.3  Average    friction coefficient  0.10  −0.8 V OCP −0.4 V
                                                                                    0.100
                                        0.072
                                                                                        0.062
                            0.05
                                                                            0.05
                     0.2
                                                                     0.2
                                  Potential
                                                                                  Potential
                                                                     0.1
                     0.1
                     0.0                                             0.0
                       0      500     1 000   1 500   2 000            0      500     1 000   1 500   2 000
                                     Time/s                                          Time/s
                                  (a) Normalizing                            (b) Quenching and tempering
                 Fig. 6  Plots of friction coefficients of the heat-treated steels under different applied potentials as a function of testing time
                                       图 6    两种热处理钢在不同电位下的摩擦系数变化曲线
            的摩擦系数均高于调质钢，这是由于调质处理过后得                            开路电位时最大，进一步正移外加电位后，磨痕宽度
            到的马氏体组织提高了钢的硬度，加大了摩擦系数.                            略有缩小，但是磨痕深度明显增加. 从图7(b)N/−0.8 V
            2.6    磨损-腐蚀耦合作用形貌                                 放大500倍和1 000倍的形貌图可以清楚发现，调质钢
                图7所示为正火钢[图7(a)]和调质钢[图7(b)]在三                   磨痕表面在−0.8 V外加电位下出现磨屑与海水混合形
            种外加电位下磨损腐蚀后的磨痕形貌图，从左到右依                            成的过渡层与犁沟共存的现象. 当对调质钢样施加
            次经200倍、500倍和1 000倍放大. 随着加载电位逐渐                     −0.4 V的外加阳极电位时，外加电位高于试样的自腐
            正移，两种钢样的磨痕表面腐蚀程度均逐渐加重，且                            蚀电位，钢样腐蚀加剧，从图7(b)N/−0.4 V可以看出，
            磨痕表面残留更多磨屑，如图7(a)中N/−0.4 V及7(b)中                   磨痕表面既有腐蚀坑，又富集了大量磨屑和腐蚀产物.
            N/−0.4 V所示. 这主要是由于经过热处理的钢样在摩                       这些产物在摩擦副的作用下会被重新带入磨痕并逐
            擦过程中受到摩擦副的剪切力作用，表面的微凸峰会                            渐填充基体，降低了摩擦副之间的摩擦系数，该结果
            发生微小的塑形变形和疲劳失效，进而产生磨屑和微                            与图6所示的摩擦系数曲线变化趋势相符.
            裂纹.                                                2.7    磨损-腐蚀耦合作用机理分析
                对比图7(a)放大200倍的磨痕宽度可以发现，随着                          图8为两种钢样的磨痕三维形貌和截面曲线图，
            加载电位逐渐正移，正火钢的磨痕宽度也逐渐增加，                            从两种钢样的截面曲线图都可以看出随着外加电位
            说明其磨损程度也随着电位正移而逐渐增加. 外加电                           的正移，磨痕轮廓的深度逐渐增加. 原因是钢样在阴
            位也影响了钢样的摩擦磨损形貌，如图7(a)N/−0.4 V                      极电压的保护作用下抑制了腐蚀的发生，单纯海水介
            放大1 000倍下的磨痕形貌所示，正火钢表面的犁沟状                         质中的摩擦行为磨痕最浅、磨损量最小，而在加速腐
            磨损最为严重，这主要是由于在试样表面受到腐蚀破                            蚀电位下钢样表面的腐蚀速率加快，磨损-腐蚀耦合
            坏之后，磨屑和对摩球的双重作用加强了犁沟形貌的                            作用加剧，所以其磨痕最深、磨损量最大                 [28-31] ，分别对
            产生；而由图7(a)N/OCP可以看出，正火钢在OCP电位                      比图8(a)、(b)，(c)、(d)和(e)、(f)可以发现同一腐蚀电位
            下发生摩擦磨损时，钢样会受到磨损和海水腐蚀耦合                            下正火钢的磨损量明显高于调质钢，磨痕宽度和深度
            作用的影响，在磨痕表面，磨屑和海水腐蚀坑同时存                            均更大，可知在磨损和腐蚀的耦合作用下正火钢样的
            在；当对钢样施加−0.8 V的阴极保护电位后，海水对于                        磨蚀损失量更大，磨蚀程度更为严重.

            试样表面具有润滑作用，腐蚀作用可以忽略，钢材表                                综合电化学试验结果和摩擦磨损测试结果，发现
            面的破坏程度最低.                                          对于不同钢样而言，在模拟海水中磨损-腐蚀的作用
                材料的磨损程度和自身的力学性能有直接的相                           机理并不一致. 为研究这两种热处理钢样在模拟海水
            关性. 结合图7(a~b)和表2中所列出的两种钢的力学性                       试验中磨损与腐蚀的耦合作用，本文中引用了ASTM
            能可以发现，经过调质处理后，钢样的屈服强度远高                            G119-09标准中计算材料磨蚀损失量的研究方法分析
            于正火处理钢，因此在不同外加电位下其表面的犁沟                            了两种钢样的磨痕. 每种条件试验中，钢样的总损失
            形貌相对较弱. 而调质钢的磨痕宽度在外加电位等于                           量V包括钢样的纯磨损量V           W0 ，纯腐蚀量V 及他们的
                                                                                                   C0
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