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钛标准件的腐蚀性能分析

发布时间:2020-12-01 06:07:00 浏览次数 :

钛标准件是一种量大面广的通用基础件,包括螺栓、螺钉、螺柱、螺母、自攻螺钉、木螺钉、垫圈、挡圈、销、铆钉、连接副和组合件及其他12大类,广泛用于通用机械、工程机械及国防工业等领域。标准件的品质和可靠性对主机的工作性能和结构安全性起着重要作用,一些重要的连接,可能因为这种失效酿成重大事故。

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某些防蚀措施也会影响零件的性能,例如,常用的电镀标准件可能出现氢脆;较厚的表面涂镀层将影响螺纹的旋合性,也有可能影响连接强度。

钛及钛合金具有高比强度、优良的耐腐蚀性、良好的耐高温性能等,在航空、航天、船舶、地面武器装备等国防工业中得到了广泛应用。钛合金标准件连接件是飞机及地面武器装备上的典型结构件,其失效破坏包括标准件自身的疲劳、连接板材紧固孔处的疲劳及腐蚀疲劳等。一般情况下钛及钛合金表面可生成一层致密的氧化膜,起到防腐蚀的作用,但是在恶劣的环境中或者氧化膜破裂以及发生缝隙腐蚀的情况下,钛合金的耐腐蚀性能将大大降低。在海洋或潮湿环境中,标准件材料都存在不可预见的腐蚀性和由此带来的故障风险,当钛合金与结构钢、铝合金等异种金属接触时,由于电偶腐蚀,常常会加速其他金属及其自身的腐蚀,造成标准件及紧固孔周围产生破裂。因此,必须采取合适的防护措施以保证其环境耐久性满足在实际应用中尤其是国防工业中的安全性要求。本工作旨在探讨钛合金标准件的腐蚀及其控制技术。

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钛合金结构件的腐蚀分析

1、腐蚀性能

由于标准件安装时自然形成间隙,那些易受影响的金属材料常会在金属与金属间或金属衬垫间,或在表面涂层裂纹下发生缝隙腐蚀。钛合金具有良好的抗腐蚀性,是海洋环境中常用的标准件材料,本身不受天然水、海洋环境及80℃以下海水的腐蚀影响。钛具有良好的抗腐蚀性是因为其表面紧密附着了一层防护性氧化膜,膜一旦受损,在有氧的情况下,可瞬时自动修补。但实际使用中,当环境条件改变时(如温度的升高、某种介质浓度的增加及发生了与其他易腐蚀金属的接触等),腐蚀就可能发生。在涂层下,由于涂层破裂或失效,可能会发生点蚀。对于表面有钝化膜的钛合金而言,在静止或低流速的海水中由于氧的供应不足,钛合金表面钝化膜的作用降低,这时点蚀也可能发生。钛标准件对纯的非氧化酸(如盐酸、稀硫酸等)、氢氟酸、高温的稀磷酸和室温浓磷酸也不耐蚀。

钛合金标准件同其他易钝化金属一样,易产生缝隙腐蚀、氢脆,只是缝隙腐蚀通常发生在高温含卤素离子的溶液中。钛合金标准件与更惰性的金属结合在一起时,会受到电偶腐蚀,而影响较大的是牺牲阳极或阴极保护的吸氢引起的脆性晶间断裂腐蚀。

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2、几种可能产生的腐蚀情形

2.1 应力腐蚀断裂(SCC)

应力腐蚀断裂是标准件技术人员最为关心的问题之一。不同的钛合金材料对应力腐蚀的敏感性不一样,如在室温海水环境中Ti-511l几乎不受SCC影响,而在海水中Ti-6Al-4V的断裂韧性却会降低,尤其当采用该材料的钛标准件处在海水中,再加上持续拉伸力的作用时,应力腐蚀断裂就会产生。

2.2 氢脆断裂

海水腐蚀或海洋阴极保护系统产生的氢可使标准件由于氢脆而断裂。钛合金虽然适应普通海洋条件,当其与活性金属结合后表面会产生氢,在温度为80℃以下,氢不会扩散到钛金属内部,而当温度在80℃以上时,氢脆就可能产生。

2.3 电偶腐蚀

钛合金可安全地与耐蚀金属连接,如惰性不锈钢和石墨增强的复合材料等。但应用在铝构件中时,则往往是钛标准件周围的局部腐蚀引起断裂。选择合适的材料可以避免电偶腐蚀,如耐磨的螺纹涂层一般是非导电的,通过减少钛标准件面积有效降低动电电流,实际限制了钛合金标准件的电偶腐蚀。

2.4 缝隙腐蚀

钛合金标准件的缝隙腐蚀常常是由几何原因、材料原因、环境原因引起。由于钛合金标准件自身具有的几何形状,在标准件与螺栓、螺母之间自然形成了一定的缝隙。钛合金标准件自身材质状态、合金元素种类与含量、表面光洁度等因素都会影响到钛合金材料发生缝隙腐蚀的行为和过程。钛合金缝隙腐蚀在一些环境因素如特定的介质和温度等环境中都可能产生,如在含氯离子溶液中最易发生。在温度低于85℃的环境中,在实验室阶段未发现钛合金的缝隙腐蚀,但缝内的电位同步监测试验显示,随着温度升高,发生缝隙腐蚀时的缝内电位也变负,说明缝隙腐蚀的驱动力在增加。

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