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第45卷 第11期 腐蚀与防护 Vol.45 No.11
2024年11月 CORROSION &PROTECTION November2024
DOI : 10.11973 / fs y fh230669
铜基自润滑复合材料在海水环境中的腐蚀磨损
王群昌, 陈明辉
( 东北大学材料科学与工程学院, 沈阳 110819 )
摘 要:采用放电等离子烧结法制备了铜基自润滑复合材料( C13W ), 在海水及空气中对 C13W 与对
比材料铝青铜( AlCu ) 进行摩擦磨损试验; 通过腐蚀磨损形貌、 摩擦因数及磨损率, 对比分析了铜基
自润滑复合材料和铝青铜在海水环境中的耐腐蚀磨损性能。结果表明: 与空气中相比, 铜基自润滑
复合材料在海水中的耐蚀性能更佳, 且其摩擦因数及磨损率都比铝青铜优异, 更适合在海洋环境中
的应用。
关键词:自润滑复合材料; 腐蚀磨损; 摩擦因素; 磨损率
中图分类号: TG174 文献标志码: B 文章编号: 1005-748X ( 2024 ) 11-0056-05
海洋装备是实现海洋强国战略的重要基础和支 1 试 验
撑, 在“ 十四五” 规划和2035年远景目标中被列为重
点发展领域。随着海洋资源的开发和利用, 海洋装 1.1 试验材料
备面临着比陆地环境更为苛刻的服役条件, 海洋装 粉( 0.58 μ m 、
将铜粉( 48 μ m 、 纯度≥99% ), WS 2
备中的一些关键摩擦副零部件如轴承、 衬套、 阀、 齿 纯度 ≥99% ), 镍粉 ( 48 μ m 、 纯度 ≥99% ) 和铝粉
轮和螺旋桨, 必须直接在海水中工作 [ 1 ] 。在 海 水 ( 48 μ m 、 纯度≥99.5% ) 按表 1 所示 C13W 的配比
中, 摩擦运动对材料腐蚀具有不可忽视的加速作 称量后, 放入行星球磨机进行混合, 球磨机转速为
用, 而腐蚀的加剧又会增加材料磨损, 最终形成磨 300r / min , 混料时间为8h 。将混合好的粉末装入
损与腐蚀交互作用, 这是海洋装备运动部件面临 HPD-250-C型系统石墨模具中进行烧结。烧结条
的一个重大的难题 [ 2-4 ] 。海洋装备的使用寿命和 件如下: 系统真空度为10Pa , 烧结压力为30MPa ,
安全性很大程度上取决于体系各部件在海水环境 升温速率为50℃ / min , 烧结温度为900℃ , 保温时
中的腐蚀磨损情况, 因此, 研究海水环境中材料的 间为20min 。随炉冷却至150℃得到直径40mm 、
摩擦行为具有重要意义。 高度30mm 的圆柱状 C13W 试样。通过质量分数计
腐蚀磨损一般是指发生在腐蚀介质中的磨损现 算得到 C13W 的理论密度为7.863gcm , 而通过阿
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象, 是力学因素、 化学因素、 电化学因素以及它们交 基米德方法测试得到其实际密度为 7.744gcm ,
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互作用的结果, 腐蚀的存在使得摩擦学的研究变得 C13W 试样的致密性可达到约 98.5% 。 AlCu 为市
复杂。海水中的 Cl 会腐蚀材料并加剧其磨损 [ 5 ] 。 购商用铸造合金, 其化学成分见表1 。
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国内外学者对腐蚀介质中金属材料的摩擦行为进行 表1 试验材料的化学成分
了大量的研究 [ 6-9 ] 。但是, 关于自润滑材料在腐蚀介 Tab.1 Chemicalcom p ositionoftestmaterials
质中腐蚀磨损的研究较少。为此, 作者采用放电等 质量分数 / %
试验材料
离子烧结技术制备了铜基自润滑复合材料( 以下称 WS 2 Al Ni Fe Mn Cu
C13W ), 研究了海水浸润条件下该自润滑材料的摩 C13W 13 5 5 - - 余量
擦磨损性能, 并与 AlCu合金( 以下称 AlCu ) 进行了 AlCu - 9.8 - 2.9 1.5 余量
对比, 期望为此材料在海洋环境中的应用提供理论 1.2 摩擦磨损试验
基础。 采用 HSR-2M 型高速往复摩擦试验机在空气
( 干摩擦) 和海水( 浸润) 中进行摩擦磨损试验。用人
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收稿日期: 2023-10-18 工海水模拟海水环境, 其化学成分为25gLNaCl 、
通信作者: 王群昌( 1978- ), 高级实验师, 博士, 研究方向为 11 gLM g Cl 2 6H 2O 、 8gLM g SO 4 7H 2O 、 1.2gL
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防腐蚀自润滑材料, 15998362400 , q cwan g @mail.neu.edu.cn CaCl 2 p H 为7~8 , 呈弱碱性。通过注射滴管滴加
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