Page 54 - 《摩擦学学报》2021年第4期

第 4 期 孙士斌, 等: DH32船用钢板在模拟极地破冰环境中的冰载荷冲蚀磨损性能研究 497

10 μm 10 μm 10 μm

100 μm 100 μm 100 μm

(a) 1.1 m/s (b) 2.2 m/s (c) 3.3 m/s

10 μm 10 μm

100 μm 100 μm

(d) 4.4 m/s (e) 5.5 m/s

Fig. 4 Surface morphologies of DH32 steel after erosion-wear tests at different speeds
图 4 不同转速砂粒冲蚀磨损后DH32的表面形貌

涉三维光学显微镜测量了钢样冲蚀磨损表面3D形貌
−1 Seawater
Pure water
图，如图6所示. 比较可知，随着转速的增加，钢样的冲
−2 蚀磨损坑数量逐渐增多，且深度也在不断增大：转速
log|I|/(A/cm 2 ) −3 为1.1 m/s时，DH32钢样平均冲蚀磨损坑深度为13 μm；

转速为2.2 m/s时为18 μm；转速为3.3 m/s时冲蚀磨损
−4
−5 坑的深度明显增加，平均冲蚀磨损坑深度在25 μm左
右，且部分冲蚀磨损坑深度达到约30 μm；转速为4.4 m/s
−6
时平均深度为28 μm左右，部分冲蚀磨损坑深度达到
−1.0 −0.8 −0.6 −0.4 −0.2 0.0
E(vs SCE)/V 约36 μm；转速为5.5 m/s时DH32钢样冲蚀磨损坑数量

有所增加，但是平均深度略有减少，约为26 μm.
Fig. 5 Electrochemical polarization curves of DH32 steel in
seawater and pure water 2.3 低温下海冰冲蚀磨损试验
图 5 DH32钢在海水及纯水中的电化学极化曲线 表4 列出了不同转速、冰水比条件下DH32失重，
图7是DH32钢在不同海冰-海水比例下的冲蚀磨损失
Al O 和Cr O 钝化层，从而提高钢材的钝化能力，最 重率随转速变化曲线. 可以看出，不同冰载荷条件下
2
3
3
2
[18]
终提高钢的耐蚀性 . 尽管如此，在两种介质中的阳
的冲蚀磨损失重率变化明显. 其中，冰水比为2∶1时的
极电流密度均随着阳极电位的升高而增大，表明钢样 冲蚀磨损失重率最高，而冰水比为1∶2时整体最低，说
持续发生阳极溶解反应(腐蚀过程). 根据能斯特方程， 明海冰载荷确实加剧了钢材的冲蚀磨损失效；在同一
在pH值为8.2的模拟海水中，25 ℃时析氢反应的平衡 冰载荷下，随着速度的增加，钢样的冲蚀磨损失重率
电位为726 mV SCE [19] . 对照极化曲线的阴极部分可知 逐渐升高，且当转速由2.2 m/s增至3.3 m/s时，钢样的
DH32钢在纯水和海水中腐蚀的阴极过程主要受吸氧 冲蚀磨损失重率升高幅度更加明显，与常温条件下变
反应影响. 模拟海水中钢材的腐蚀电位明显负移，进 化规律一致.

一步说明海水会加剧DH32钢的腐蚀. 使用SEM和白光干涉显微镜观察DH32钢样在冰
为了更加直观地表征不同转速下冲蚀磨损形成 水比为1∶2、1∶1和2∶1的模拟碎冰航行环境中的冲蚀磨
的冲蚀磨损坑深度，使用Bruker Contour GT-1白光干 损形貌. 其中1.1 m/s转速情况下钢材表面形貌如图8