舵傳動拉桿常用材料腐蝕試驗

李德遠，胡軍華，武 朝，黎 申，陳國琳

(1．海軍駐431廠軍代室，遼寧 葫蘆島 125004;2．武漢第二船舶設計研究所，湖北 武漢 430064)

舵傳動拉桿常用材料腐蝕試驗

李德遠1，胡軍華2，武 朝2，黎 申2，陳國琳2

(1．海軍駐431廠軍代室，遼寧 葫蘆島 125004;2．武漢第二船舶設計研究所，湖北 武漢 430064)

針對目前舵傳動拉桿容易腐蝕的問題，對0Cr17Ni4Cu4Nb、18Cr2Ni4WA等幾種常用不銹鋼材料進行了腐蝕試驗對比分析，實海潮差腐蝕、鹽霧/干/濕交替循環腐蝕、動電位極化及人工海水全浸腐蝕試驗結果表明，0Cr17Ni4Cu4Nb材料可用于拉桿耐腐蝕材料并優于目前舷外拉桿材料。

傳動拉桿;0Cr17Ni4Cu4Nb;實海潮差腐蝕;動電位極化

0 引言

舵傳動拉桿長期處于干濕交替的海洋環境中，其不僅要求具有較強的機械性能、抗海水腐蝕能力和抗海洋生物粘附能力，同時兼具有較低的摩擦系數及抗磨損能力。目前，舵傳動拉桿采用40Cr材料，其耐海水腐蝕性能較差，使用中腐蝕嚴重，其主要腐蝕包括下述幾種：磨損腐蝕、縫隙腐蝕(拉桿與密封圈之間產生的腐蝕)、電偶腐蝕(配對運動副為鋁青銅材料)、局部腐蝕、點蝕和均勻腐蝕等。

在解決桿件材料的腐蝕方面，通常采用的方法是選用耐腐蝕性能良好的材料(比如鈦合金、高分子材料、陶瓷等)，或者在拉桿材料基體表面采用熱處理的方法增進材料表面耐腐蝕性能［1－6］。然而，耐腐蝕性能優良的材料往往價格昂貴或者是某方面的機械性能得不到特定場合的需求，如鈦合金基本無腐蝕［7］，但價格昂貴;PEEK材料耐腐蝕和耐磨性能較好，但機械性能不夠，常用于空壓機閥門閥片中［8－9］;工程陶瓷則脆性大，不適用于大負載且承受徑向載荷的情況。另外，陶瓷的制作、生產及加工比較復雜，只適用于部件尺寸及負載較小的場合［10－12］。采用不銹鋼作為基體，通過合適的表面熱處理方法則不但能滿足機械性能和耐腐蝕的要求，而且制作成本低，適合于海水環境下傳動拉桿的制作。但不同不銹鋼材料的耐腐蝕性能不同，為更好地提高拉桿的防腐性能，本文著重對幾種常用材料的耐腐蝕性能進行試驗分析，以找出合適的拉桿基體材料作為傳動拉桿陶瓷噴涂基材。

1 試驗

1.1 實海潮差腐蝕試驗

試 驗 材 料 為：40Cr，316L，0Cr17Ni4Cu4Nb，1Cr18Ni9Ti，18CrNiW。各種材料試樣尺寸為 200 mm×100 mm×2 mm。

試驗參照GB/T 6384－1986“船舶及海洋工程用金屬材料在天然環境中的海水腐蝕試驗方法”。試驗6個月，試驗區間為間浸試驗，由于潮差水位的變化，造成干濕交替的腐蝕作用。試樣的掛放按標準執行為串掛固定方式進行腐蝕試驗，試樣間及其與掛桿金屬材料間采用高分子材料的套管和隔套絕緣。

選擇三亞和青島分別代表我國南海和黃海海域環境的海水試驗站進行實海標準樣板的掛片試驗，試驗結果如圖1和表1所示。

圖1 海水試驗后裸材外觀圖Fig.1 The pictures of the material after sea corrosion experiment

將5種裸材在三亞和青島海水中的腐蝕情況進行對比可以看出，三亞海水腐蝕性比青島海水強，除了0Cr17Ni4Cu4Nb外其他裸材在三亞海水中的腐蝕速率均大于在青島海水中的腐蝕速率，而且三亞海水使裸材點蝕傾向變大。40Cr在三亞海水中點蝕和均勻腐蝕同時進行，且點蝕嚴重，而在青島海水中則以均勻腐蝕為主，只有少量點蝕。對比材料在三亞和青島海水的耐蝕性可知，316L及0Cr17Ni4Cu4Nb在這兩海水區域中耐蝕性較好。

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1.2 鹽霧/干/濕交替循環腐蝕試驗

試驗材料同實海潮差試驗，試驗參照GB/T 20854－2007“金屬和合金的腐蝕循環暴露在鹽霧、‘干’和‘濕’條件下的加速試驗”。試驗條件為噴霧2 h，5%NaCl溶液，溫度35℃;干燥4 h，溫度60℃;潮濕2 h，溫度50℃，試樣尺寸為100 mm×50 mm。

圖2 鹽霧/干/濕交替循環腐蝕試驗曲線Fig.2 The curve of the salt spray/dry/wet alternate cycling corrosion experiment

由圖2可知，鹽霧/干/濕交替循環下，材料耐蝕性大小為316L＞0Cr17Ni4Cu4Nb＞1Cr18Ni9Ti＞18Cr2Ni4WA＞40Cr，試驗中以40Cr和18Cr2Ni4WA的腐蝕率為大。

1.3 動電位極化試驗

試驗材料同實海潮差試驗，試驗溶液為3.5%NaCl，室溫，試樣面積為1 cm2，采用2273電化學工作站進行試驗。

圖3 裸材試樣動電位極化曲線Fig.3 The potentiodynamic polarization curve of the uncover material

表2為從圖3的極化曲線中讀出的反應材料耐蝕性的參數，點蝕電位Eb100為腐蝕電流等于100 μA·cm－2時所對應的電位值(如圖3虛線所示)。

表2 裸材試樣動電位極化參數Tab．2 The poteniodynawvic polarization parameterof the wneover material

從表2可見，5種裸材的自腐蝕電位和點蝕電位的大小排序均為：316L＞0Cr17Ni4Cu4Nb＞1Cr18Ni9Ti＞18Cr2Ni4WA＞40Cr;自腐蝕電流的大小排序為：40Cr＞18Cr2Ni4WA＞1Cr18Ni9Ti＞0Cr17Ni4Cu4Nb＞316L。自腐蝕電位越大表明材料越難陽極極化，自腐蝕電流越小表明材料的腐蝕速率越小，點蝕電位越大表明材料越耐點蝕。綜合3種參數可得此5種材料的耐蝕性大小順序為：316L＞0Cr17Ni4Cu4Nb＞1Cr18Ni9Ti＞18Cr2Ni4WA ＞40Cr，這與前面腐蝕試驗所得的結論相同。由圖3還可以看 出，316L，0Cr17Ni4Cu4Nb，1Cr18Ni9Ti 和18Cr2Ni4WA均有明顯的鈍化區，而40Cr沒有鈍化區，這表明40Cr表面不能形成有效的鈍化膜阻礙腐蝕的進行，因此40Cr耐蝕性很差。

1.4 實驗室人工海水全浸腐蝕試驗

在實驗室人工海水中模擬材料的海水全浸腐蝕試驗，試驗方法參照GB/T 10124－1988“金屬材料實驗室均勻腐蝕全浸試驗方法”。試驗時間為3 000 h，試驗溫度為室溫，人工海水配方參照GB/T 15748－1995“船用金屬材料電偶腐蝕試驗方法”進行配方。試驗結果如圖4所示。

由圖4(a)可以看出，316L，0Cr17Ni4Cu4Nb與1Cr18Ni9Ti的腐蝕速率出現先減少后增的現象。這是因為不銹鋼鈍化膜遭到腐蝕介質破壞發生腐蝕后，鈍化膜會很快自我修復，在1 000～2 000 h之間由于溶液中溶解的氧還較充足，因此鈍化膜的修復能力較強，對腐蝕的發展起較大的阻礙作用，所以1 000～2 000 h腐蝕速率出現下降;但在2 000 h后，溶液中溶解的氧因消耗變得越來越少，鈍化膜的修復能力變差，腐蝕速率自然變大。由圖4(b)可見，40Cr的腐蝕速率一直減小，但降低的幅度減小，18Cr2Ni4WA的腐蝕速率先增大后減小，這是因為人工海水全浸時40Cr表面很快會產生銹層，并且銹層會逐漸致密和增厚，18Cr2Ni4WA的耐蝕性比40Cr好，1 000 h時表面只是局部有少量的銹跡，沒有形成銹層，對腐蝕的發展不能起阻礙作用，到2 000 h后表面逐漸形成一層銹層，延緩了腐蝕的發展。由以上分析可以看出，其5種材料在人工海水中的耐蝕性大小順序為：316L＞0Cr17Ni4Cu4Nb＞1Cr18Ni9Ti＞18Cr2Ni4WA ＞40Cr，此結果與鹽霧干濕交替循環腐蝕試驗相同。

2 結語

本文對幾種常用的不銹鋼材料的耐腐蝕進行了大量的試驗研究，從實海潮差腐蝕、鹽霧/干/濕交替循環腐蝕、動電位極化及人工海水全浸腐蝕試驗結果來看，316L的耐腐蝕性最好，0Cr17Ni4Cu4Nb次之，40Cr最差，但316L，1Cr18Ni9Ti的抗拉強度不夠，不宜作為拉桿的基材。為此，從材料耐蝕性和機械力學性能綜合考慮，拉桿基體材料應選用0Cr17Ni4Cu4Nb較為合適。

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Corrosion experiment research on the materials common used in transmission pole

LI De-yuan1，HU Jun-hua2，WU Chao2，LI Shen2，CHEN Guo-lin2
(1．Naval Representative Office of 431 Shipyard，Huludao 125004，China;2．Wuhan Second Ship Design and Research Institute，Wuhan 430064，China)

To the problem of the poor corrosion resistance of the outboard transmission pole，the corrosion experimentsofseveralkindsofcommon stainlesssteelincluding 0Cr17Ni4Cu4Nb and 18Cr2Ni4WA were analyzed in this paper．From the seawater-tide corrosion experiment，the salt spray/dry/wet alternate cycling corrosion experiment，the potentiodynamic polarization and the artificial sea immersion corrosion experiment，it can be indicated that the 0Cr17Ni4Cu4Nb can be used as the corrosion resistant material and is superior to the material of the current transmission pole．

transmission pole， 0Cr17Ni4Cu4Nb， seawater-tidecorrosion， potentiodynamic polarization．

O64

A

1672－7649(2012)07－0122－04

10.3404/j.issn.1672－7649.2012.07.028

2011－12－07;

2011－12－26

李德遠(1965－)，男，高級工程師，從事船舶裝置研究。