镍铝青铜合金的耐蚀性及表面处理的研究

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作者：

都春燕

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摘要：

螺旋桨是舰船的主要推进装置,由于其恶劣的工作环境,螺旋桨不但受到海水腐蚀和生物污损,还要经受强烈的冲击腐蚀、空泡腐蚀和腐蚀疲劳,从而使推进效率下降,并严重降低螺旋桨的服役寿命。镍铝青铜作为螺旋桨的主要材料,其综合性能对舰船的发展至关重要。由于镍铝青铜通常在铸态下使用,从而造成热处理对镍铝青铜组织和性能的影响规律研究和认识较少;另一方面,随着表面涂镀层技术的发展,表面处理技术被广泛应用于金属的长效防腐,并取得了可喜的成效。本文采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)和X射线衍射分析(XRD),以及模拟海水全浸试验、电化学极化曲线测试、空泡腐蚀试验以及力学性能测试等手段,系统研究了镍铝青铜铸态及热处理态的组织、结构、相组成及耐蚀性能,并采用电弧喷涂技术在镍铝青铜合金表面进行316L不锈钢镀层处理,通过对涂层进行力学性能及腐蚀机理的测定,探究表面处理对镍铝青铜耐蚀性能的影响。研究结果表明:镍铝青铜的铸态组织为α相和各相,相以不同的形态分布在α相基体上。铸态镍铝青铜在人工海水中浸蚀一段时间后,首先在试样表面生成蜂窝状的多孔腐蚀产物,蜂窝状腐蚀产物内层为较薄的致密的钝化膜,浸蚀90D后,镍铝青铜表面有较厚的钝化膜生成,该钝化膜主要为Cu和Al的氧化物,此外,还含有Ni和Fe的氧化物,以及CuCl和Cu2Cl(OH)3等,材料表面钝化膜的生成降低了试样的腐蚀速率。铸态镍铝青铜的空蚀微裂纹首先在α相和相的交界处形成,随着空蚀的进行,微裂纹在α相内合并扩展导致α相出现失重,相亦随之剥离基体。铸态镍铝青铜具有较好的抗空蚀性能的重要原因是它具有较高的加工硬化能力,合金能够有效的吸收作用在其表面的能量。900℃固溶2h后,镍铝青铜的组织为α++β’相,当时效温度低于450℃时,部分β’相生成α+Ⅲ相,时效温度达到500℃,β’相完全分解。镍铝青铜在900℃固溶2h后在300℃~450℃时效时有明显的时效硬化,时效时间为1h时硬度到达峰值,500℃及以上温度时效时时效硬化现象消失。热处理态镍铝青铜(900℃×2h+400℃×1h)在进行空蚀试验时首先在α相与β’相的交界处形成微裂纹,导致边界处的α相从试样表面剥离。由于热处理态镍铝青铜的加工硬化能力较差,对作用于试样表面的应力没有缓冲作用,金属是以较大的块状从基体剥落的,导致其空蚀失重量明显增加。316L不锈钢涂层具有典型的层状形貌,粒子变形较为充分。涂层与基体合金元素之间未发生相互扩散,主要是机械结合。316L不锈钢丝材经熔融并高速撞击到试样表面的过程中,部分Fe元素被氧化,生成了Fe2O3(α)。涂层在人工海水中的腐蚀并不是均匀腐蚀,腐蚀产物为疏松的Fe2O3。涂层试样的耐海水腐蚀能力和耐空蚀能力均低于铸态镍铝青铜。

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关键词：

镍铝青铜 热处理 组织 电弧喷涂 耐腐蚀性能 nickel-aluminum bronze heat treatment microstructure arc spraying corrosionresistance