铬、钼对不锈钢砝码腐蚀与腐蚀磨损性能的影响
0引言
在使用过程中,铬、钼对不锈钢砝码腐蚀及磨损对金属材料有严重的破坏作用。以往人们评价材料时,多从静态的或电化学观点出发,忽略了腐蚀与磨损的协同作用。而在腐蚀性介质中工作的摩擦副如各类输送介质的泵、阀门的密封圈,某些轴套等机械部件往往均是腐蚀与磨损同时作用而过早失效。为了探讨腐蚀磨损过程,本文通过合.金元素Cr、Mo对不锈钢腐蚀与腐蚀磨损性能的影响讨论了合金元素、材料表面膜同环境的腐蚀磨损条件的相互关系,为发展新型耐蚀合金提供科学依据和评价手段。
1试验条件及方法
试验材料用中频感应炉熔炼,铸造不锈钢,其化学成份见表1。不锈钢砝码腐蚀及磨损试验用试样经1100CX30min固溶处理。用X-荧光衍射仪测定了各试样的化学成份;用金相显微镜及扫描电镜观察了各试样的显微组织;相结构分析用D/max-rA旋转阳极X射线衍射仪;扫描观察和微区成份分析用EPM-810电子探针分析仪。极化曲线的测定用HA-301型恒电位仪,腐蚀介质为2.5mol/LH2SO,+1200mg/LNaCl溶液。腐蚀磨损试验是在销环式磨损试验机上进行.试样为圆环状,.测试方法参见文献[1].腐蚀介质0, 5mol/L H2SO,+100mg/L NaCl1载荷27N;线速度0. 032m/s;时间10h,采用光电分析天平称重。
2试验结果及分析
2.1合金的显微组织及相结构分析
用金相显微镜及扫描电镜观察了各试样的显徽组织。其中C1、C2、C3为单一的奥氏体组织而添加Mo ;的C4.C5中还存在针状或块状组织见图1。电子探针对C5组织定分析结果见表2。 可见块(针)相中 的Cr、Mo含均高于基体,而Fe、Ni含t均低于基体。对CS样品进行X射线相结构分析,结合Fe-Cr-C-Mo四元合金相图综合判断此相为a相。
2.2极化曲线及稳定电位
图2为各试样在2. 5mol/LHSO. + 1200mg/LNaCl溶液中的极化曲线。
(1)从稳定电位来看,低Cr.Ni含的C1样品的稳定电位较负,随钢中含Cr、Ni、Mo的增加,稳定电位正移，说明合金元素Cr,Ni、Mc增加了不锈钢在腐蚀介质中的化学稳定性。
(2)从维钝电流密度来看,C2、C3较C1有明显下降,C4又较C3有明显下降,其中C5的维饨电流最小。维钝电流的大小代表着不锈翎钝化的难易程度,由金属氧化物的化学溶解速度所决定,实验结果表明,Cr.Mo都能使不锈铜在钝化状态下有较小的溶解速度，其中Mo的佳。
(3)不锈钢砝码从钝化区间来看,在C1样品的钝化区间内，
电慌密度-直都随电位正移而明显变化,C2、C3样晶有明显的一次和二次饨化区,随Mo含上的增加,不锈钢的活化睁趋于消失,钝化区间明显增大,C5样品的钝化区间长达1100mV左右。在介质中不锈钢表面存在一层耐蚀性好的钝化膜,这种钝化膜的化学溶解速度决定着金属的维钝电瘦的大小。从图2可见,低Cr、Ni的C1试样的钝电瘫很大,而且随电位变化而变化,说明C1试样在此介质中,表面钝化膜的溶解速度大于膜的修补速度,因此C1试样的耐蚀性较差。而含高Cr.Ni的C2、C3试样在介质中.其维饨电流较大,钝态区间也较小，只有含高Cr、Ni,又含Mo的不锈钢，既有较大的钝态区间,又有较低的溶解速度。显然,铬是构成钝化膜的主要合金元素,随Cr含量的增加,饨化膜的稳定性将增加1镶的电极电位较铁正,因此膜中含镍较少,而臒下则富集镍,氧化物可以在镍表面迅速还原,从而避免钝化膜的还原,增加了膜的稳定性切;不锈钢在含有CI~的环境中,由于Cl“特性吸附的化学侵蚀导致饨化膜不断破坏,而钼能不断地起到快速修补作用,保持相对稳定;的钝化膜.从而阻止点蚀的形成及浸延。
2.3不锈钢砝码腐蚀廖损失
图3为各试样在0. 5mol/L H;SO, + 100mg/LNaCl介质中的腐蚀磨损失重。可见，低Cr.Ni含量的C1试样的失重量最小;高Cr.Ni含量的C3试样失重量最大;高Cr、Ni含Mo的C5试样的失重量虽比C3、C2小,但仍比C1稍高。随Cr、Ni含量的增加,不锈钢的腐蚀磨损失重反而增大。而随Mo的加入其失重t有所下降,且加入量愈大，其耐腐蚀磨损性能愈好。图4为试样磨痕表面的SEM照片.可见它们的共同特征是:由磨损造成许多平行的沟槽,其中C5试样的沟橹细而浅且均匀(图4a);C2、C3试样的表面有明显的敏划破甚至刮掉表面膜的特征(图4b),这反映了材料有严重流失;含Cr、Nif t低的C1试样的磨痕虽比较细,但凸凹不平。而且有的沟槽边沿不整齐,磨痕表面出现了腐蚀痕迹(图4c)。试验中还发现,C]试样的磨痕表面有明显的铁锈生成，而其它试样的磨痕表面仍呈金属光滞。
在不锈钢砝码腐蚀磨损工况条件下，金属的腐蚀磨损失重与金属表面膜性质,表面膜的自修补能力及表面膜的承载能力有直接的关系。不锈钢中随Cr、Ni含量的增加. :表面膜的自润滑能力下降,当摩擦载荷超过膜的承受能力时膜被成片撕裂,严重时还会带着材起敏撕掉成为磨屑。其次,随Cr.Ni含量的增加.表面膜的厚度将增加.这样在相同载荷下被刮去厚膜造成材料的痴失量将相对增大;局时Cr.Ni含量高的钢,钝化膜的修补速度比低Cr.Ni含上钢的要快,这样在相同条件下,不锈钢表面被刮去的膜造成材料的流失量也将更，大一些。而低Cr、Ni含的钢在介质中虽易被腐蚀,但钝化膜的修复速度慢,钝化膜在腐蚀磨攒过程中很可.能尚不完整,这种表面膜倒不会成片撕裂,不完整的钝化膜在摩擦过程中还可能起到“润滑”作用,所以低Cr.Ni含量不锈钢表面流失量反而比高Cr,Ni的要小。不锈钢砝码当钢中添加Mo并在介质作用下,金属表面能够形成致密的、粘附力很强、白润滴性良好的钼的氧化膜, .所以添加钥的不锈钢有良好的耐扃蚀磨损性能。
