鈍態(tài)金屬的空蝕研究方法和研究進(jìn)展

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(1. 南昌航空大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，南昌 330063； 2. 南昌航空大學(xué) “腐蝕與防護(hù)”江西省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南昌 330063)

空化是液體由液相轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀嗟南嘧冞^程。恒溫條件下液體壓力降低，內(nèi)部將產(chǎn)生空穴，空穴在液流中不斷經(jīng)歷初生、發(fā)育、潰滅與再生，這一過程即為空化。由于空泡在潰滅時，會產(chǎn)生很大的瞬時壓強(qiáng)，當(dāng)潰滅發(fā)生在固體表面附近時，水流中不斷潰滅的空泡所產(chǎn)生的高壓強(qiáng)反復(fù)作用在固體表面，可對其造成破壞，這種現(xiàn)象即為空蝕。十九世紀(jì)以來，隨著科學(xué)的發(fā)展，受空蝕影響的領(lǐng)域逐漸增多，例如：化工、發(fā)電、原子能、生物醫(yī)學(xué)、航空等。但目前對空蝕機(jī)理的理解還不夠完全，這是由于空蝕是一個復(fù)雜的過程，涉及到流體動力、機(jī)械、冶金和化學(xué)的交互作用[1]。為深入了解復(fù)雜的空蝕現(xiàn)象，需要收集盡可能多的數(shù)據(jù)和信息來全面探討其腐蝕磨損機(jī)制和控制因素。

鈍態(tài)金屬是高耐蝕金屬，表面能夠自然形成致密、穩(wěn)定且具保護(hù)性的鈍化膜，在空氣、水、酸、堿、鹽等各種腐蝕介質(zhì)中具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性，其中以不銹鋼和鈦?zhàn)顬榈湫蚚2]。鈍態(tài)金屬因其良好的耐蝕性廣泛應(yīng)用于航空航天、核能以及海洋等相關(guān)領(lǐng)域，在容易產(chǎn)生空化的區(qū)域(如螺旋槳、泵等)也有廣泛應(yīng)用?？瘴g效應(yīng)會造成零件過早失效，甚至可能導(dǎo)致重大事故，造成重大的經(jīng)濟(jì)損失，因此十分有必要對其進(jìn)行探討。國內(nèi)外研究者借助各種測試手段和方法對鈍態(tài)金屬材料的空蝕破壞機(jī)制進(jìn)行了研究[3]。本工作綜述了近幾年探索鈍態(tài)金屬材料空蝕機(jī)理的主要研究方法，以及不同鈍態(tài)金屬材料的空化腐蝕研究近況[4]。通過對目前研究現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)，提出了今后鈍態(tài)金屬材料研究方法的發(fā)展趨勢以及空蝕行為研究的重點(diǎn)內(nèi)容，以期推動鈍態(tài)金屬空蝕研究向更微觀、更細(xì)致的方向發(fā)展。

1 空蝕的研究方法

1.1 空蝕破壞程度研究

為了分析空蝕的破壞程度，研究者分別從宏觀和微觀角度提出了表征方法。

(1) 宏觀測試 失質(zhì)法和失體法是兩種宏觀測試方法，這兩種方法簡單、易計(jì)算，適用于空蝕損失較大的材料。失質(zhì)法用于測試塑性較大的材料時會產(chǎn)生較大的誤差，失體法不適于空蝕前后體積發(fā)生變化但無質(zhì)量損失的塑性較大的材料或空蝕前后體積變化較小的材料。目前失體法的應(yīng)用較少，而失質(zhì)法由于操作簡單，誤差結(jié)果相對較小，被應(yīng)用于鈍態(tài)金屬的破壞研究中[5]。

(2) 微觀測試 鈍態(tài)金屬的空蝕主要發(fā)生在局部區(qū)域，且質(zhì)量損失較小，因此一些微觀測試方法也被用于空蝕破壞程度的研究，如蝕坑深度法和蝕點(diǎn)數(shù)量法。點(diǎn)蝕深度是衡量空蝕破壞程度的一個重要參數(shù)，但當(dāng)材料表面蝕坑大小不一時，不能準(zhǔn)確地衡量材料空蝕破壞程度，因此通常采用平均蝕坑深度作為評價指標(biāo)；單位時間和單位面積的蝕點(diǎn)數(shù)量是代表空蝕破壞程度的另一個參數(shù)，該方法由KNAPP[6]提出，在孕育期的結(jié)果可能很容易被推測，但只能在較短的試驗(yàn)時間內(nèi)起作用，之后蝕坑可能出現(xiàn)疊加和聚集等問題，則不再適用。PATELLA等[7-8]在KNAPP的基礎(chǔ)上應(yīng)用激光表面測量儀以及圖像分析軟件提出了更準(zhǔn)確的蝕點(diǎn)計(jì)數(shù)技術(shù)。將蝕坑假設(shè)成錐形，測出蝕坑的深度和半徑，對蝕坑體積進(jìn)行計(jì)算，通過建立計(jì)算模型獲得體積損失率或蝕點(diǎn)生長率，借此表征材料的空蝕破壞程度。統(tǒng)計(jì)分析的方法被用來探討蝕點(diǎn)數(shù)量和尺寸的分布，同時提出了減少蝕坑疊加的影響和校正的方法，但還需要進(jìn)行更多的探討來提高結(jié)果的準(zhǔn)確性。

在研究形狀記憶合金空蝕時，WANG等[9]將質(zhì)量損失與表面局部彈性參數(shù)相結(jié)合來表征材料空蝕破壞程度

Δm=3.407 3+{968.842 1/+

[4(H-45.745 1)2+2.577 8]}

(1)

式中：H為材料表層硬度，該方法可考慮應(yīng)用于鈍態(tài)金屬材料。

1.2 形貌結(jié)構(gòu)和組成分析

對空蝕破壞后的材料進(jìn)行形貌結(jié)構(gòu)觀察和成分分析，是研究空蝕過程的主要手段。分析技術(shù)有SEM、TEM、AFM、粗糙度輪廓儀、XRD、EDS、XPS等，主要用于觀察空蝕破壞特征和分析空蝕表面粗糙度的變化。其中，前者包括塑性變形、局部腐蝕特征、裂紋生長、表層組織結(jié)構(gòu)和成分變化等，可為探討空蝕過程中的力學(xué)因素、腐蝕與力學(xué)因素的交互作用、組織結(jié)構(gòu)對空蝕行為的影響以及鈍態(tài)金屬表面鈍化膜破壞方式提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù);后者粗糙度測量較容易，雖然不能直接獲得空蝕深度的定量結(jié)果，但可以獲得空蝕過程的不同階段，如孕育期、上升期、穩(wěn)定期和衰減期，找到空蝕過程的發(fā)展規(guī)律。

1.3 表面力學(xué)性質(zhì)

空蝕是一種以力學(xué)作用為主，腐蝕作用為輔的破壞方式，因此研究材料表面力學(xué)性質(zhì)的變化可以為闡明空蝕破壞機(jī)制提供重要信息。表征材料表面力學(xué)性質(zhì)時，通常使用的參數(shù)是硬度與殘余應(yīng)力。測定儀器主要有：硬度計(jì)、納米壓痕儀以及X射線應(yīng)力分析儀。通過測試材料表面硬度、殘余應(yīng)力的變化，得到空蝕對材料表面力學(xué)性質(zhì)的影響以及變形方式，從而輔助其他研究方式，進(jìn)一步探討空蝕機(jī)理。

H(硬度)/E(彈性模量)參數(shù)可以表征材料的變形性質(zhì)，是描述材料表面損傷現(xiàn)象的基本參數(shù)[10]，H/E越低，材料的損傷越嚴(yán)重，該處的力學(xué)性質(zhì)劣化也更嚴(yán)重。因此，H/E已成為表征材料空蝕破壞的重要參數(shù)之一。納米壓痕儀可以測試試樣橫截面距表層不同深度處的顯微硬度值和楊氏模量的變化[11-12]，從而獲得H/E與深度的變化曲線，借此綜合表述材料的表層力學(xué)性質(zhì)，分析材料的變形性質(zhì)。

1.4 電化學(xué)方法

電化學(xué)測試是研究金屬腐蝕的重要方法，在鈍態(tài)金屬的空蝕研究中，可用于測試鈍態(tài)金屬表面鈍化膜的破壞、再鈍化的過程。關(guān)于空蝕對材料表面鈍化膜的破壞溶解過程，一直是空蝕研究的重點(diǎn)之一。目前，空化對鈍態(tài)金屬表面鈍化膜的影響主要有以下幾個方向：鈍化膜的穩(wěn)定性，鈍化膜的結(jié)構(gòu)，以及鈍化膜的半導(dǎo)性質(zhì)。通過得到材料的腐蝕電位、腐蝕電流、維鈍電位和電流以及點(diǎn)蝕電位等電化學(xué)參數(shù)，表征空化作用對材料電化學(xué)性質(zhì)的影響。

2 不銹鋼的空蝕研究進(jìn)展

劉景軍等[13]采用失重法探討空蝕時間、鹽濃度和溫度對不銹鋼空化腐蝕速率的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)氯化物介質(zhì)的腐蝕性對材料的空化腐蝕行為影響更為顯著。失重法還被用來確定材料空蝕的孕育期。SOYAMA等[14]通過分析304和316L不銹鋼在模擬海水中的質(zhì)量損失發(fā)現(xiàn)，質(zhì)量損失隨暴露時間的增加而增加，根據(jù)將失重曲線進(jìn)行指數(shù)變換后，可判斷空蝕孕育期。利用失重法對0Cr13Ni5Mo和Cr-Mn-N不銹鋼進(jìn)行空化腐蝕研究，可發(fā)現(xiàn)其分為三個階段，失重率迅速增加的空蝕初期，損傷程度減緩、失重率迅速的下降的第二階段以及失重率緩慢增加的第三階段[15]。

對于典型奧氏體不銹鋼，利用SEM觀察發(fā)現(xiàn)，在空蝕初期，材料表面產(chǎn)生凹坑，發(fā)生明顯塑性變形。隨時間的延長，空蝕坑相互疊加擴(kuò)展，同時材料表面疲勞裂紋萌生并開始向材料內(nèi)部擴(kuò)展，直至材料開始脫落。304不銹鋼在3.5% NaCl溶液中空蝕時[16]，可用AFM觀察空蝕后表面微觀塑性變形和整個過程的表面變化。不銹鋼空蝕一段時間后，原有的深淺一致的劃痕會彎曲，表面形成深淺不一，最深大于0.1 μm的凹坑和起伏，此時說明材料發(fā)生了明顯的微觀塑性變形，材料的微觀表面粗糙度也隨之變大[17]。隨著空蝕的進(jìn)行，材料表層裂紋和溝壑明顯，裂紋從晶界處優(yōu)先產(chǎn)生。GRAJALES等[18]應(yīng)用SEM和EBSD探討了304奧氏體不銹鋼的織構(gòu)對其空蝕行為的影響，由于表面晶粒結(jié)晶取向的不均一性導(dǎo)致了表面的不均勻腐蝕，腐蝕優(yōu)先發(fā)生在具有高剪切應(yīng)力的(001)和(111)晶面的晶粒以及在兩個取向差異較大晶粒間的邊界。鄭玉貴等[19-20]采用掃描電鏡結(jié)合電化學(xué)分析技術(shù)探討了CrMnN和1Cr18Mn14N雙相不銹鋼中鐵素體和奧氏體相空蝕行為的差別，前者為體心立方晶格，對應(yīng)變比較敏感，優(yōu)先發(fā)生空蝕破壞，發(fā)生脆性失效，隨空蝕進(jìn)行破壞逐漸向奧氏體相擴(kuò)展，其發(fā)生的是延性失效，滑移和孿晶引起的塑性變形消耗了空泡潰滅產(chǎn)生的沖擊能量，從而提高了材料抗空蝕性能?？瘴g會導(dǎo)致有些不銹鋼材料組織內(nèi)部發(fā)生相變。觀察空蝕20 h后的Cr-Co-Ni-Mn新型耐空蝕奧氏體不銹鋼的TEM圖，可見應(yīng)力誘發(fā)γ奧氏體轉(zhuǎn)變成了ε馬氏體，隨后部分ε馬氏體還會轉(zhuǎn)變?yōu)棣榴R氏體，從而提高材料的抗空蝕性能[21]。而SANTA等[5]利用XRD技術(shù)對奧氏體不銹鋼(AWS E309)空蝕前后的表面相進(jìn)行分析測試，發(fā)現(xiàn)空蝕后仍主要是奧氏體相，沒有因?yàn)榭瘴g作用而生成明顯的馬氏體相。利用TEM觀察經(jīng)空泡作用的SUS304SS鋼，其表面出現(xiàn)大量的孿晶，隨著空蝕破壞速率的增加，孿晶密度也隨之增加，晶胞尺寸變小[22]，導(dǎo)致其耐空蝕性逐漸降低。用EDS對Cr-Co-Ni-Mn新型不銹鋼材料空蝕后表面進(jìn)行成分分析[23]，發(fā)現(xiàn)相比于一般奧氏體不銹鋼，較高含量的Cr、Mn、Co和Si元素降低了合金的層錯能，使其在應(yīng)力作用(如空蝕)條件下，極易出現(xiàn)大量層錯，進(jìn)而降低了位錯發(fā)生交滑移的機(jī)會，同時材料中較高的含碳量也使馬氏體中碳含量增加，從而增強(qiáng)了其強(qiáng)化效果，提高了材料抗空蝕能力。

李棟梁等[24]研究了空化對不銹鋼材料表層力學(xué)性質(zhì)的影響，隨著空化進(jìn)行，材料表層力學(xué)性質(zhì)發(fā)生顯著劣化，劣化深度也隨空蝕時間的延長而逐漸加深。NIEDERHOFER等[25]利用納米壓痕儀測試加入了元素C和N的CrMnCN奧氏體不銹鋼空化前后的壓痕硬度，對比未添加元素的奧氏體不銹鋼發(fā)現(xiàn)，材料的表層皆發(fā)生了加工硬化現(xiàn)象，表層硬度隨C和N濃度的提升而提升，奧氏體不銹鋼的抗空蝕性也隨C和N含量的增加而增加。雍興躍等[26-27]研究了奧氏體不銹鋼在3.5% NaCl溶液中的空蝕行為，通過納米壓痕儀測試發(fā)現(xiàn)，存在導(dǎo)致空蝕嚴(yán)重發(fā)生的表層力學(xué)性質(zhì)劣化闕值，當(dāng)大于此值時,表面發(fā)生嚴(yán)重的空蝕。

極化曲線是研究腐蝕趨勢最直接有效的電化學(xué)測試方法。張茄等[12]利用極化曲線研究空蝕對奧氏體不銹鋼的電化學(xué)性質(zhì)影響。發(fā)現(xiàn)與靜態(tài)條件相比，空化明顯加快了陰極的擴(kuò)散過程，而陽極的自鈍化過程出現(xiàn)了陽極自鈍化電流的震蕩現(xiàn)象，進(jìn)而說明在空化作用下，試樣表面的鈍化膜處于亞穩(wěn)態(tài)。ZHENG等[28]利用動電位極化曲線探討了0Cr13Ni5Mo不銹鋼在0.5 mol/L NaCl溶液中空蝕過程中的電化學(xué)行為?？栈饔煤?，試樣的陽極電流密度增加，試樣表面的鈍化膜局部被破壞，隨后被破壞的表面迅速進(jìn)入再鈍化階段，而先前未被破壞的表面可能開始被破壞。同時在靜態(tài)條件下，試樣存在兩個陽極峰，而在空化條件下，第二個陽極峰消失，造成這一現(xiàn)象的原因，目前尚未清楚。對于鈦，存在同樣的現(xiàn)象[29]。材料表面的破壞程度、鈍化情況也可以用電化學(xué)阻抗譜來進(jìn)行分析。李棟梁[30]研究空蝕對奧氏體不銹鋼表面鈍化膜的影響時，利用交流阻抗測試發(fā)現(xiàn)，隨著空化時間的增加，阻抗弧越小，鈍化膜越來越薄，表面粗糙度隨之增大，電化學(xué)反應(yīng)速率加快，腐蝕程度逐漸加深。姜勝利等[31]利用阻抗譜對316L不銹鋼的空蝕孕育期進(jìn)行了檢測。隨著空蝕時間的增加，容抗弧逐漸減小，但隨著時間的增加，減小的趨勢變緩，孕育期后與孕育期中的阻抗譜有明顯差別，孕育期后(3 h)的阻抗譜出現(xiàn)了兩個時間常數(shù)，此時材料表面發(fā)生塑性變形和脫落，更容易發(fā)生點(diǎn)蝕。王保成等[32]研究了0Cr13Ni5Mo和1Cr18Ni9Ti不銹鋼在1 mol/L的HCl溶液中的電化學(xué)腐蝕行為。從極化曲線和電化學(xué)阻抗測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩種不銹鋼材料的鈍化膜呈多層結(jié)構(gòu)，空蝕的機(jī)械作用會降低鈍化膜的穩(wěn)定性，一定空化時間后表面鈍化膜被破壞。電位時間曲線通常用來表征空化作用后電位所發(fā)生的變化，可以將其應(yīng)用到鈍化膜的研究當(dāng)中，根據(jù)開路電位隨時間的變化，研究鈍化膜的形成、破壞、再生長過程。駱?biāo)卣涞萚19]采用靜態(tài)空化交替的方法，測試CrMnN雙相不銹鋼在3% NaCl溶液中的腐蝕電位的變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著空化的進(jìn)行，腐蝕電位明顯發(fā)生負(fù)移，說明空泡破滅后所形成的高速微射流破壞材料表面膜的完整性，使不銹鋼局部表面處于活性腐蝕狀態(tài)。KWOK等[33]研究了316L和304不銹鋼在3.5% NaCl溶液中的自腐蝕電位隨時間的變化，借此觀察空化對鈍化膜的影響。結(jié)果表明，空化使它們的電位向活躍的方向移動，空化開始后，鈍化膜隨之被破壞，侵蝕。然后材料迅速再鈍化，因此，當(dāng)狀態(tài)穩(wěn)定后，基材上覆著了一層比原鈍化膜更薄的膜層。在空蝕研究中，時間電流曲線圖也可用在鈍化膜的研究當(dāng)中，借此觀察空化對鈍化膜的破壞程度，不過時間電流曲線圖不能單獨(dú)使用，需要與其他表征手段進(jìn)行配合使用。FERNNDEZ-DOMENE等[34]研究了空蝕在溴化鋰溶液中對UNS N08031鈍化膜的影響。利用極化曲線測試與激光共聚焦顯微鏡聯(lián)合觀測恒電位測試過程中材料表面的破壞過程。發(fā)現(xiàn)空化加強(qiáng)了材料的陽極反應(yīng)，減薄了鈍化膜的厚度。

不銹鋼在受到空蝕作用后，空蝕表面產(chǎn)生明顯的塑性變形與空蝕凹坑，表面硬度增加，出現(xiàn)加工硬化現(xiàn)象，隨時間的延長，表面硬度開始下降，表層力學(xué)性質(zhì)劣化，疲勞裂紋在晶界萌生，并向材料內(nèi)部擴(kuò)展?？瘴g會造成不銹鋼材料自腐蝕電位負(fù)移，腐蝕電流增加，材料表面阻抗值逐漸減小，腐蝕加速，材料表面鈍化膜初期發(fā)生減薄，隨腐蝕程度的加深，終被擊穿，鈍化膜被破壞后，新鮮基體暴露于溶液中，進(jìn)而發(fā)生點(diǎn)蝕破壞，當(dāng)空化停止后，材料表面發(fā)生再鈍化現(xiàn)象，基材隨后附著一層比原來更薄的氧化膜?？棙?gòu)和微觀組織結(jié)構(gòu)會影響不銹鋼的空蝕行為，對于雙相不銹鋼，鐵素體和奧氏體發(fā)生不同方式的形變，奧氏體相上的塑性變形能夠吸收一部分的沖擊能量，提高空蝕性能。有些奧氏體不銹鋼空蝕過程中應(yīng)力可以誘發(fā)奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體，并出現(xiàn)大量層錯，從而增加抗空蝕性能。

3 鈦及鈦合金的空蝕研究進(jìn)展

失質(zhì)法常被用來衡量鈦材的抗空蝕性能，李海斌[35]通過對比去離子水中TA2與TC4的空蝕質(zhì)量損失發(fā)現(xiàn)TC4的質(zhì)量損失更少，比TA2更耐空蝕作用，同時對比NaCl溶液中的質(zhì)量損失可知腐蝕介質(zhì)會降低TA2和TC4的抗空蝕性[36]。

HATTORI等[37-39]對純鈦和Ti-6Al-4V合金在去離子水中的空蝕行為進(jìn)行了研究，通過SEM觀察空蝕后的表面形貌，發(fā)現(xiàn)Ti-6Al-4V合金抗空蝕能力強(qiáng)于純鈦的。在空蝕初期，Ti-6Al-4V合金主要以裂紋和蝕坑為主，塑性變形程度不明顯，隨后材料表層β相先于α相脫落，最終形成“蜂窩狀結(jié)構(gòu)”。而純鈦在空蝕初期則以塑性變形為主，裂紋和蝕坑較少，隨空蝕的進(jìn)行裂紋快速擴(kuò)展與閉合，導(dǎo)致表面大量材料發(fā)生脫落，因此鈦合金材料微觀結(jié)構(gòu)的不同會對空蝕行為產(chǎn)生不同的影響。從SEM圖上觀察純鈦以及Ti-6Al-4V合金在純水中和3.5% NaCl溶液中空蝕表面，3.5% NaCl溶液中的空蝕蝕坑與裂紋多于純水中的，說明NaCl介質(zhì)的腐蝕作用促進(jìn)了空蝕破壞[29,40]。

采用TEM觀察空泡作用后的純鈦表面深度30～40 μm的微觀結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)兩個不同方向的變形孿晶相互作用，同時高密度位錯沿著特定孿晶帶分布，這三種孿晶系統(tǒng)在同一個點(diǎn)處交錯。根據(jù)TEM結(jié)果，再輔以質(zhì)量損失等手段，說明變形孿晶和位錯在HCP結(jié)構(gòu)的金屬材料微塑性變形中起著重要的作用，進(jìn)而說明通過水流沖擊所產(chǎn)生的空化的強(qiáng)化機(jī)理與形變孿晶的程度和位錯皆有關(guān)[41]。

鈦表面鈍化膜的主要成分為TiO2，利用XPS可以表征TiO2中Ti的不同結(jié)構(gòu)，不同晶體結(jié)構(gòu)會導(dǎo)致電化學(xué)性質(zhì)不同。LI等[10]將純鈦分別放入通O2和N2的0.35%的NaCl溶液中，進(jìn)行自鈍化，隨后對其施加空蝕作用，通過XPS結(jié)果發(fā)現(xiàn)在不同的氛圍中，鈦表面生成的鈍化膜結(jié)構(gòu)不同，在氧氣中為銳鈦礦相二氧化鈦，而在氮?dú)庵?，為金紅石型二氧化鈦。結(jié)合Mott-schottky曲線的結(jié)果表明，鈦在0.35%的NaCl溶液中，通O2對其抗空蝕能力的提升比通N2更好。

研究Ti-6Al-4V合金抗空蝕性能時，利用X射線衍射法對激光沖擊后的試樣進(jìn)行殘余應(yīng)力測試[42]，發(fā)現(xiàn)殘余應(yīng)力對試驗(yàn)材料的強(qiáng)化效應(yīng)主要表現(xiàn)在沖擊區(qū)表面，整體成高斯分布，應(yīng)與沖擊波在此處收到的約束有關(guān)，釋放了一些能量，降低了殘余應(yīng)力，也因此在后續(xù)空蝕試驗(yàn)中，激光沖擊后在表面產(chǎn)生的殘余壓應(yīng)力可抑制裂紋的萌生與擴(kuò)展，進(jìn)而顯著提高了Ti-6Al-4V合金的抗蝕性能。對其表面硬度進(jìn)行測試[29]，發(fā)現(xiàn)在空蝕初期材料表面因塑性變形出現(xiàn)加工硬化現(xiàn)象，等到空蝕6 h后，材料表面硬度維持相對穩(wěn)定的狀態(tài)，這是因?yàn)樗苄宰冃芜_(dá)到一定程度時，材料表層逐漸脫落完全。

由于鈦容易鈍化，在表面生成一層致密的保護(hù)膜，它的電流密度較低，鈦的陽極極化存在明顯的鈍化現(xiàn)象。FERNNDEZ-DOMENE等[43]研究了純鈦在高濃度溴化鋰溶液中的空蝕行為。將極化曲線測試與激光共聚焦顯微鏡相結(jié)合，發(fā)現(xiàn)極化測試后，自腐蝕電位、鈍態(tài)區(qū)域、自腐蝕電流皆發(fā)生明顯變化，鈍化膜減薄，當(dāng)LiBr濃度減小時，電流密度明顯正移。在不同濃度的LiBr溶液中，鈦的極化曲線皆呈現(xiàn)出兩個陽極峰，但在低濃度溶液中不太明顯。之后選取特征電位，進(jìn)行線性電流密度-時間曲線研究鈦的再鈍化行為。發(fā)現(xiàn)在停止空化作用后，低電位下鈍化膜的再生占據(jù)主導(dǎo)，而高電位下不會發(fā)生再鈍化行為。

目前對鈦的空蝕破壞研究較少，主要集中于Ti-6Al-4V和TA2兩種鈦材料。硬度更強(qiáng)的Ti-6Al-4V合金比TA2(純鈦)具有更好的抗空蝕性能，二者在空蝕初期，均以塑性變形為主，同時有裂紋和蝕坑出現(xiàn)，其中Ti-6Al-4V合金從低強(qiáng)度相(α相)開始空蝕破壞，隨空蝕時間延長，裂紋和蝕坑向高強(qiáng)度相(β相)擴(kuò)展；而對于TA2，晶界優(yōu)先腐蝕，并出現(xiàn)脫落和裂紋，然后蔓延至晶粒內(nèi)部，最終出現(xiàn)大顆粒材料脫落現(xiàn)象。TA2的空蝕行為還與變形孿晶和位錯有關(guān)，同時鈦表面鈍化膜的組成對其抗空蝕性能有重要的影響。對Ti-6Al-4V合金在NaCl溶液空蝕過程中的表層硬度測試發(fā)現(xiàn)了與不銹鋼類似的現(xiàn)象。

4 結(jié)語

(1) 鈍態(tài)金屬的空蝕研究方法主要有空蝕破壞程度定量分析，形貌成分分析，表面力學(xué)性質(zhì)測量 和電化學(xué)測試。其中定量分析目前仍主要采用失質(zhì)法；通過表面分析技術(shù)以及表面粗糙度測試對空蝕破壞后的形貌成分變化進(jìn)行分析，獲得空蝕過程的不同階段以及發(fā)展規(guī)律；借助硬度計(jì)與納米壓痕儀對材料表面力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行測試，同時結(jié)合極化曲線、交流阻抗、電位-時間以及電流-時間等電化學(xué)測試方法，探討空化作用對表面鈍化膜的破壞以及腐蝕與力學(xué)的交互作用。

(2) 對于不銹鋼的空蝕研究較多，利用上述方法測試和分析發(fā)現(xiàn)不銹鋼的組織結(jié)構(gòu)、織構(gòu)以及空蝕過程中的相變對其空蝕行為和抗空蝕性能會產(chǎn)生重要的影響；空蝕初期，表面出現(xiàn)加工硬化現(xiàn)象，但一段時間后力學(xué)性質(zhì)逐漸劣化；表面鈍化膜容易受到空化力學(xué)作用的破壞，促進(jìn)點(diǎn)蝕發(fā)生，導(dǎo)致力學(xué)和腐蝕產(chǎn)生協(xié)同作用。鈦及鈦合金的空蝕研究處于初步階段，目前研究發(fā)現(xiàn)微觀組織結(jié)構(gòu)和鈍化膜會影響其空蝕行為，但需要進(jìn)一步深入探討揭示鈦材在強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)中空蝕特征和機(jī)理。

(3) 鈍態(tài)金屬的空蝕主要發(fā)生在局部區(qū)域，在蝕坑深度法和蝕點(diǎn)數(shù)量法等微觀定量測試中如何消除或校正材料表面蝕坑疊加的影響，確定蝕坑深度，是從微觀角度衡量鈍態(tài)金屬空蝕破壞程度的重點(diǎn)研究問題；對于鈦及鈦合金，空蝕進(jìn)程中微觀定量測試、鈍化膜的破壞與再鈍化過程對空蝕的影響，表面力學(xué)性質(zhì)的變化以及力學(xué)和腐蝕的交互作用是空蝕研究的重點(diǎn)方向。

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