鉻、鉬對(duì)不銹鋼砝碼腐蝕與腐蝕磨損性能的影響 0引言 在使用過程中,鉻、鉬對(duì)不銹鋼砝碼腐蝕及磨損對(duì)金屬材料有嚴(yán)重的破壞作用。以往人們?cè)u(píng)價(jià)材料時(shí),多從靜態(tài)的或電化學(xué)觀點(diǎn)出發(fā),忽略了腐蝕與磨損的協(xié)同作用。而在腐蝕性介質(zhì)中工作的摩擦副如各類輸送介質(zhì)的泵、閥門的密封圈,某些軸套等機(jī)械部件往往均是腐蝕與磨損同時(shí)作用而過早失效。為了探討腐蝕磨損過程,本文通過合.金元素Cr、Mo對(duì)不銹鋼腐蝕與腐蝕磨損性能的影響討論了合金元素、材料表面膜同環(huán)境的腐蝕磨損條件的相互關(guān)系,為發(fā)展新型耐蝕合金提供科學(xué)依據(jù)和評(píng)價(jià)手段。 
1試驗(yàn)條件及方法 試驗(yàn)材料用中頻感應(yīng)爐熔煉,鑄造不銹鋼,其化學(xué)成份見表1。不銹鋼砝碼腐蝕及磨損試驗(yàn)用試樣經(jīng)1100CX30min固溶處理。用X-熒光衍射儀測(cè)定了各試樣的化學(xué)成份;用金相顯微鏡及掃描電鏡觀察了各試樣的顯微組織;相結(jié)構(gòu)分析用D/max-rA旋轉(zhuǎn)陽極X射線衍射儀;掃描觀察和微區(qū)成份分析用EPM-810電子探針分析儀。極化曲線的測(cè)定用HA-301型恒電位儀,腐蝕介質(zhì)為2.5mol/LH2SO,+1200mg/LNaCl溶液。腐蝕磨損試驗(yàn)是在銷環(huán)式磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行.試樣為圓環(huán)狀,.測(cè)試方法參見文獻(xiàn)[1].腐蝕介質(zhì)0, 5mol/L H2SO,+100mg/L NaCl1載荷27N;線速度0. 032m/s;時(shí)間10h,采用光電分析天平稱重。
2試驗(yàn)結(jié)果及分析 2.1合金的顯微組織及相結(jié)構(gòu)分析 用金相顯微鏡及掃描電鏡觀察了各試樣的顯徽組織。其中C1、C2、C3為單一的奧氏體組織而添加Mo ;的C4.C5中還存在針狀或塊狀組織見圖1。電子探針對(duì)C5組織定分析結(jié)果見表2。 可見塊(針)相中 的Cr、Mo含均高于基體,而Fe、Ni含t均低于基體。對(duì)CS樣品進(jìn)行X射線相結(jié)構(gòu)分析,結(jié)合Fe-Cr-C-Mo四元合金相圖綜合判斷此相為a相。 2.2極化曲線及穩(wěn)定電位 圖2為各試樣在2. 5mol/LHSO. + 1200mg/LNaCl溶液中的極化曲線。 (1)從穩(wěn)定電位來看,低Cr.Ni含的C1樣品的穩(wěn)定電位較負(fù),隨鋼中含Cr、Ni、Mo的增加,穩(wěn)定電位正移，說明合金元素Cr,Ni、Mc增加了不銹鋼在腐蝕介質(zhì)中的化學(xué)穩(wěn)定性。 (2)從維鈍電流密度來看,C2、C3較C1有明顯下降,C4又較C3有明顯下降,其中C5的維飩電流最小。維鈍電流的大小代表著不銹翎鈍化的難易程度,由金屬氧化物的化學(xué)溶解速度所決定,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,Cr.Mo都能使不銹銅在鈍化狀態(tài)下有較小的溶解速度，其中Mo的佳。 (3)不銹鋼砝碼從鈍化區(qū)間來看,在C1樣品的鈍化區(qū)間內(nèi)， 電慌密度-直都隨電位正移而明顯變化,C2、C3樣晶有明顯的一次和二次飩化區(qū),隨Mo含上的增加,不銹鋼的活化睜趨于消失,鈍化區(qū)間明顯增大,C5樣品的鈍化區(qū)間長達(dá)1100mV左右。在介質(zhì)中不銹鋼表面存在一層耐蝕性好的鈍化膜,這種鈍化膜的化學(xué)溶解速度決定著金屬的維鈍電瘦的大小。從圖2可見,低Cr、Ni的C1試樣的鈍電癱很大,而且隨電位變化而變化,說明C1試樣在此介質(zhì)中,表面鈍化膜的溶解速度大于膜的修補(bǔ)速度,因此C1試樣的耐蝕性較差。而含高Cr.Ni的C2、C3試樣在介質(zhì)中.其維飩電流較大,鈍態(tài)區(qū)間也較小，只有含高Cr、Ni,又含Mo的不銹鋼，既有較大的鈍態(tài)區(qū)間,又有較低的溶解速度。顯然,鉻是構(gòu)成鈍化膜的主要合金元素,隨Cr含量的增加,飩化膜的穩(wěn)定性將增加1鑲的電極電位較鐵正,因此膜中含鎳較少,而臒下則富集鎳,氧化物可以在鎳表面迅速還原,從而避免鈍化膜的還原,增加了膜的穩(wěn)定性切;不銹鋼在含有CI~的環(huán)境中,由于Cl“特性吸附的化學(xué)侵蝕導(dǎo)致飩化膜不斷破壞,而鉬能不斷地起到快速修補(bǔ)作用,保持相對(duì)穩(wěn)定;的鈍化膜.從而阻止點(diǎn)蝕的形成及浸延。 2.3不銹鋼砝碼腐蝕廖損失 圖3為各試樣在0. 5mol/L H;SO, + 100mg/LNaCl介質(zhì)中的腐蝕磨損失重。可見，低Cr.Ni含量的C1試樣的失重量最小;高Cr.Ni含量的C3試樣失重量最大;高Cr、Ni含Mo的C5試樣的失重量雖比C3、C2小,但仍比C1稍高。隨Cr、Ni含量的增加,不銹鋼的腐蝕磨損失重反而增大。而隨Mo的加入其失重t有所下降,且加入量愈大，其耐腐蝕磨損性能愈好。圖4為試樣磨痕表面的SEM照片.可見它們的共同特征是:由磨損造成許多平行的溝槽,其中C5試樣的溝櫓細(xì)而淺且均勻(圖4a);C2、C3試樣的表面有明顯的敏劃破甚至刮掉表面膜的特征(圖4b),這反映了材料有嚴(yán)重流失;含Cr、Nif t低的C1試樣的磨痕雖比較細(xì),但凸凹不平。而且有的溝槽邊沿不整齊,磨痕表面出現(xiàn)了腐蝕痕跡(圖4c)。試驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn),C]試樣的磨痕表面有明顯的鐵銹生成，而其它試樣的磨痕表面仍呈金屬光滯。 在不銹鋼砝碼腐蝕磨損工況條件下，金屬的腐蝕磨損失重與金屬表面膜性質(zhì),表面膜的自修補(bǔ)能力及表面膜的承載能力有直接的關(guān)系。不銹鋼中隨Cr、Ni含量的增加. :表面膜的自潤滑能力下降,當(dāng)摩擦載荷超過膜的承受能力時(shí)膜被成片撕裂,嚴(yán)重時(shí)還會(huì)帶著材起敏撕掉成為磨屑。其次,隨Cr.Ni含量的增加.表面膜的厚度將增加.這樣在相同載荷下被刮去厚膜造成材料的癡失量將相對(duì)增大;局時(shí)Cr.Ni含量高的鋼,鈍化膜的修補(bǔ)速度比低Cr.Ni含上鋼的要快,這樣在相同條件下,不銹鋼表面被刮去的膜造成材料的流失量也將更，大一些。而低Cr、Ni含的鋼在介質(zhì)中雖易被腐蝕,但鈍化膜的修復(fù)速度慢,鈍化膜在腐蝕磨攢過程中很可.能尚不完整,這種表面膜倒不會(huì)成片撕裂,不完整的鈍化膜在摩擦過程中還可能起到“潤滑"作用,所以低Cr.Ni含量不銹鋼表面流失量反而比高Cr,Ni的要小。不銹鋼砝碼當(dāng)鋼中添加Mo并在介質(zhì)作用下,金屬表面能夠形成致密的、粘附力很強(qiáng)、白潤滴性良好的鉬的氧化膜, .所以添加鑰的不銹鋼有良好的耐扃蝕磨損性能。
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