林 翠，趙曉斌，杜 楠，趙 晴，楊 穎

?

溫度對(duì)溴化鋰溶液中Ti-6Al-4V初期空蝕行為的影響

林 翠1, 2，趙曉斌3，杜 楠1, 2，趙 晴1, 2，楊 穎2

(1. 南昌航空大學(xué)輕合金加工科學(xué)與技術(shù)國(guó)防重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室，南昌 330063；2. 南昌航空大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，南昌 330063；3. 中航工業(yè)北京青云航空儀表有限公司表面處理分廠，北京 102402)

采用三維視頻顯微鏡、粗糙度輪廓儀和電化學(xué)測(cè)試研究溴化鋰溶液中不同溫度條件下Ti-6Al-4V微觀空蝕形貌、粗糙度以及電化學(xué)腐蝕行為，探討溫度對(duì)空蝕的影響機(jī)理。結(jié)果表明：溫度的影響隨空蝕時(shí)間增加不斷加強(qiáng)，240 min時(shí)最為顯著，之后影響減弱并趨于穩(wěn)定。溫度升高，空泡潰滅產(chǎn)生的微射流沖擊強(qiáng)度增大，使表面鈍化膜更易被破壞，同時(shí)腐蝕作用加速了點(diǎn)蝕形成，導(dǎo)致表面局部應(yīng)力集中和更多電化學(xué)電池的產(chǎn)生，從而促進(jìn)了力學(xué)和腐蝕因素，兩者的協(xié)同作用加速了空蝕破壞。空蝕破壞程度在溫度55 ℃時(shí)達(dá)到最大值，繼續(xù)升高溫度，腐蝕因素仍被促進(jìn)，但微射流對(duì)表面的沖擊強(qiáng)度減弱，對(duì)表面鈍化膜的破壞作用降低，由于力學(xué)因素在空蝕中占據(jù)主導(dǎo)地位，因此使空蝕速率得到減緩。

Ti-6Al-4V合金；溴化鋰溶液；溫度；空蝕；影響機(jī)理

在溴化鋰吸收式制冷機(jī)吸收系統(tǒng)的彎曲處、狹窄處和閥等部位容易產(chǎn)生高流速和壓強(qiáng)降低的液體，致使在具有強(qiáng)腐蝕性的高濃度溴化鋰溶液中產(chǎn)生空化現(xiàn)象，形成的空泡流動(dòng)到高壓強(qiáng)區(qū)域時(shí)會(huì)破滅而產(chǎn)生高壓脈沖，最終導(dǎo)致金屬部件發(fā)生空蝕[1?2]。材料空蝕破壞程度不僅與材料的微觀組織結(jié)構(gòu)和機(jī)械力學(xué)性能有關(guān)[3?6]，同時(shí)介質(zhì)流動(dòng)速度、介質(zhì)性質(zhì)和溫度等材料所服役的外界環(huán)境因素也會(huì)影響材料空蝕破壞程度[7?9]。溫度是液體介質(zhì)的固有物理性質(zhì)，液體的表面張力、黏度和飽和蒸氣壓等液體介質(zhì)的性質(zhì)均會(huì)因液體溫度改變而發(fā)生變化，對(duì)空泡產(chǎn)生、生長(zhǎng)和潰滅的空化現(xiàn)象及空泡潰滅時(shí)誘導(dǎo)的微射流沖擊作用產(chǎn)生影 響[10?11]，進(jìn)而對(duì)材料表面的空蝕行為產(chǎn)生影響。

劉秀梅[11]和LIU等[12?13]采用光偏轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)裝置研究不同溫度純水中空泡潰滅產(chǎn)生的微射流對(duì)銅靶材的力學(xué)作用，研究結(jié)果顯示靶材所受的力學(xué)作用隨溫度升高呈增大趨勢(shì)，達(dá)到最大(液體溫度約40 ℃)后隨溫度繼續(xù)升高而減小。AHMED等[14]認(rèn)為，在10~42 ℃范圍內(nèi)的純水中利用超聲振動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置產(chǎn)生的空泡數(shù)和空泡潰滅形成的微射流沖擊強(qiáng)度隨溫度增加都呈增強(qiáng)趨勢(shì)；而HATTORI等[15]通過空泡射流裝置模擬研究純鋁和純銅在純水中的空蝕行為時(shí)，得到空蝕速率在5~45 ℃范圍內(nèi)以1%/℃增加，而在45~80 ℃時(shí)以2%/℃降低。KWOK等[16]對(duì)雙相不銹鋼在3.5% NaCl溶液中10~70 ℃的空蝕行為進(jìn)行了研究，隨溫度增加，溶解氧、溶液黏度和表面張力降低，而空泡中的蒸汽數(shù)量增加，兩者的共同作用在50 ℃產(chǎn)生了最大的空蝕破壞。顯然，液體介質(zhì)溫度是影響材料空蝕的一個(gè)重要因素。

表面致密穩(wěn)定的氧化膜使鈦合金具有高耐蝕性而廣泛應(yīng)用于航空航天、船舶、生物工程等領(lǐng)域[17?18]，也使鈦合金成為了不銹鋼的替代材料而被應(yīng)用于溴化鋰吸收式制冷機(jī)中[19]。目前，對(duì)鈦合金的空蝕研究較少且集中在探討顯微組織對(duì)鈦合金空蝕過程的影 響[20?21]。MOCHIZUKI等[22]在探討鈦及鈦合金在3.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))NaCl 溶液中空蝕行為時(shí)觀察到了溫度的影響，其使用空穴射流裝置模擬空蝕環(huán)境，測(cè)試了30 ℃、45 ℃和60 ℃的空蝕體積損失，發(fā)現(xiàn)了與KWOK等[16]相似的溫度影響規(guī)律?？瘴g過程中存在力學(xué)、腐蝕以及兩者的交互作用[23?25]，且在鈍態(tài)金屬的空蝕行為中需要考慮鈍化膜的破壞和再修復(fù)，但目前對(duì)溫度如何影響這些作用和鈍化膜的性能還未有深入的探索。

本文作者采用超聲波氣蝕試驗(yàn)機(jī)對(duì)Ti-6Al-4V鈦合金在溴化鋰溶液中的空蝕環(huán)境進(jìn)行模擬，研究不同溫度溴化鋰溶液中Ti-6Al-4V合金空蝕特征，分析溫度對(duì)初期空蝕行為的影響機(jī)理。

1 實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)材料為TC4鈦合金(Ti-6Al-4V)，其化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)為：Al 6.4，V 4.1，F(xiàn)e 0.04，C 0.01，余量為Ti。試樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前用SiC水性砂紙逐級(jí)打磨至1500號(hào)，超聲除油、純水清洗并干燥。按照ASTM G32—06[23]標(biāo)準(zhǔn)，利用超聲波氣蝕試驗(yàn)機(jī)模擬空蝕環(huán)境。實(shí)驗(yàn)介質(zhì)為市售溴化鋰(純度為99%)和純水配制的55% 溴化鋰溶液，利用恒溫控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)介質(zhì)溫度在25~75 ℃范圍內(nèi)，溫度間隔為10 ℃，誤差為±2 ℃。

采用JB?6CA型粗糙度輪廓儀(精度為1 nm)測(cè)量試樣表面空蝕破壞區(qū)域的粗糙度q、平均空蝕深度和輪廓形狀等表面形態(tài)。測(cè)量q值時(shí)，測(cè)量長(zhǎng)度為4 mm，采樣方向垂直于原始試樣的磨痕方向；測(cè)量空蝕破壞區(qū)域輪廓時(shí)，測(cè)量長(zhǎng)度為18 mm，采樣軌跡經(jīng)過空蝕破壞區(qū)域中心，以確保每次所測(cè)得的輪廓曲線為最大輪廓，通過輪廓曲線得到試樣表面空蝕破壞區(qū)域的平均空蝕深度。同時(shí)應(yīng)用Hirox KH?7700型三維視頻顯微鏡獲得試樣表面空蝕破壞區(qū)域的二維和三維形貌特征及微觀表面輪廓形狀。

利用荷蘭的AutolabPGSTAT30型電化學(xué)工作站進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試，每組測(cè)試至少重復(fù)3次，采用三電極體系，其中參比電極為飽和甘汞電極，輔助電極為鉑電極。在空化作用條件下，分別在不同溫度的溴化鋰溶液和純水里進(jìn)行動(dòng)電位極化曲線測(cè)試，從負(fù)于開路電位300 mV的電位開始以5 mV/s的速度向正向掃描，測(cè)試前空化作用15 min；靜態(tài)(無(wú)空化作用)條件下，測(cè)試不同溫度溴化鋰溶液中的循環(huán)動(dòng)電位極化曲線，靜置2 min后以5 mV/s的速度從負(fù)于開路電位300 mV的電位開始掃描，當(dāng)電流密度達(dá)到1 mA/cm2時(shí)開始回掃。測(cè)試不同溫度溶液中自腐蝕電位下的?曲線，每隔10 min對(duì)電極表面進(jìn)行空化作用。

2 結(jié)果與討論

2.1 材料空蝕表面粗糙度和平均空蝕深度

Ti-6Al-4V合金在不同溫度溴化鋰溶液里空蝕過程中表面粗糙度q和空蝕深度變化曲線分別如圖1所示。兩者的變化可分為3個(gè)階段：空蝕0~160 min為粗糙度呈線性增長(zhǎng)和平均空蝕深度基本為零的初始階段(階段I)；空蝕160~320 min內(nèi)粗糙度增長(zhǎng)速率降低，平均空蝕深度則緩慢增大，即過渡階段(階段II)；空蝕約320 min時(shí)，達(dá)到穩(wěn)定階段(階段III)，粗糙度值基本趨于穩(wěn)定，平均空蝕深度則開始趨于不同斜率的線性增大。在空蝕初始階段，不同溫度條件下空蝕后表面粗糙度和平均空蝕深度沒有明顯差異，即溫度對(duì)材料空蝕的影響較小。繼續(xù)空蝕，溫度的影響加劇，不同溫度條件下的表面粗糙度之間的差異逐漸增加(見圖1(a))，且平均空蝕深度開始增大并因溫度不同而產(chǎn)生差異(見圖1(b))?？瘴g240 min時(shí)，溫度的影響最為顯著。溫度從25 ℃開始每增加1 ℃，表面粗糙度與平均空蝕深度分別增加約1%和3%，大概在55 ℃達(dá)到最大值；當(dāng)溫度高于65 ℃后每增加1 ℃，表面粗糙度和平均空蝕深度的減少量都約為10%(見圖2)。到達(dá)空蝕穩(wěn)定階段后，空蝕破壞區(qū)域的表面粗糙度和平均空蝕深度的最大值都基本出現(xiàn)在55 ℃或65 ℃，不同溫度條件下表面粗糙度之間的差異開始減小。

圖1 不同溫度條件下Ti-6Al-4V合金空蝕過程中表面粗糙度和平均空蝕深度的變化

溫度的影響作用隨空蝕的進(jìn)行而不斷加強(qiáng)，不同溫度條件下的Ti-6Al-4V合金表面粗糙度差異逐漸增大，空蝕240 min時(shí)，不同溫度之間的差異達(dá)到最大，平均空蝕深度開始緩慢增大，之后，溫度的影響作用開始減弱并趨于穩(wěn)定。通過觀察Ti-6Al-4V合金在不同溫度條件下空蝕900 min后的表面輪廓(見圖3)時(shí)發(fā)現(xiàn)，不同溫度條件下的空蝕破壞區(qū)域都呈縱向方向發(fā)展且不同局部區(qū)域的表面形狀相類似。相對(duì)于其余溶液介質(zhì)溫度，溫度為55 ℃或65 ℃時(shí)表面局部區(qū)域的空蝕深度較深，故空蝕過程中表面局部區(qū)域遭受的破壞程度也較大。

圖2 Ti-6Al-4V合金空蝕240 min后表面粗糙度Rq和平均空蝕深度隨溫度的變化

2.2 材料表面空蝕微觀形貌

Ti-6Al-4V合金在不同溫度溴化鋰溶液里空蝕240 min后的表面微觀形貌和截面形狀如圖4所示。

圖4中白色區(qū)域是未被破壞區(qū)域，溫度為55 ℃時(shí)白色區(qū)域面積相對(duì)較少，表明此時(shí)表面空蝕破壞最為嚴(yán)重。不同溫度條件下空蝕微區(qū)截面形狀(圖4中紅色線所在位置)的波峰和波谷之間最大差值的變化情況與圖2中的規(guī)律相似，在55 ℃的時(shí)候達(dá)到最大值(2.081 μm)。為了進(jìn)一步分析溫度對(duì)Ti-6Al-4V合金空蝕初期表面形貌的影響，使用三維視頻顯微鏡觀察不同溫度條件下空蝕240 min后表面的3D輪廓(見圖5)，圖中凹陷區(qū)域?yàn)椴牧媳砻嬉蛩苄宰冃位虮砻娌牧细g脫落形成的低洼處。隨著溶液溫度的升高，材料表面凹陷區(qū)隨空蝕進(jìn)行而不斷增多且加深，即材料表面的凹凸程度增大。當(dāng)溶液溫度升高到55 ℃時(shí)，材料表面的凹凸程度達(dá)到最大值，之后凹凸程度隨溫度繼續(xù)升高而減小。

2.3 極化曲線

圖6所示為靜態(tài)條件下Ti-6Al-4V合金在不同溫度溴化鋰溶液中的循環(huán)動(dòng)電位極化曲線。圖7所示為靜態(tài)Ti-6Al-4V合金在不同溫度溴化鋰溶液中點(diǎn)蝕電位和再鈍化電位。圖8所示為Ti-6Al-4V合金在不同溫度溴化鋰溶液中空化條件下的動(dòng)電位極化曲線。對(duì)靜態(tài)和空化條件下極化曲線獲得的電化學(xué)參數(shù)：自腐蝕電位corr、腐蝕電流密度corr、維鈍電流密度p、穩(wěn)定鈍化電位區(qū)間(過鈍化電位tp與維鈍電位p之差)、點(diǎn)蝕電位b和再鈍化電位rp進(jìn)行對(duì)比，其結(jié)果如圖9所示。

圖3 不同溫度條件下Ti-6Al-4V合金空蝕900 min后的表面輪廓

圖4 不同溫度條件下Ti-6Al-4V合金空蝕240 min后的形貌

在靜態(tài)條件下溴化鋰溶液中，自腐蝕電位、再鈍化電位隨溫度升高逐漸向負(fù)方向移動(dòng)，腐蝕電流密度和維鈍電流密度增加，穩(wěn)定鈍化區(qū)區(qū)間的電位范圍基本維持在600 mV。在溴化鋰溶液中，腐蝕過程中存在O和Br?的競(jìng)爭(zhēng)吸附。隨著溶液溫度升高，點(diǎn)蝕電位降低，使點(diǎn)蝕傾向增大。溫度升高也會(huì)降低溶液中Br?的活度，但溶解氧含量也會(huì)減少，從而導(dǎo)致更多的Br?吸附在鈦合金表面。因此，點(diǎn)蝕電位的降低以及更多Br?在鈦合金表面的吸附使鈦合金表面鈍化膜更易遭到破壞，增加點(diǎn)蝕的可能性。

靜態(tài)條件下極化曲線呈現(xiàn)滯后環(huán)特征，說(shuō)明鈦合金表面鈍化膜被破壞后能夠發(fā)生再鈍化。然而施加空化作用后，陽(yáng)極極化曲線沒有出現(xiàn)滯后現(xiàn)象(見圖8)，說(shuō)明空化作用使表面鈍化膜劣化，再鈍化能力(鈍化膜修復(fù)能力)降低。隨著溫度的升高，Ti-6Al-4V合金的自腐蝕電位明顯負(fù)移，腐蝕電流密度和維鈍電流密度顯著增大，穩(wěn)定鈍化區(qū)逐漸不存在，維鈍電流密度出現(xiàn)明顯的震蕩現(xiàn)象，說(shuō)明鈍化膜處于不斷溶解的亞穩(wěn)態(tài)，55 ℃時(shí)，鈦合金表面鈍化膜的破壞程度最大。然而溫度高于55 ℃之后，自腐蝕電位發(fā)生正移，腐蝕電流密度和維鈍電流密度減小，且又逐漸出現(xiàn)穩(wěn)定鈍化區(qū)，表明鈦合金空蝕破壞減小。

通過觀察不同溫度溶液介質(zhì)中自腐蝕電位下Ti-6Al-4V合金的?曲線(見圖10)，可發(fā)現(xiàn)施加空化作用后材料的腐蝕電流增大且各溫度下不同空化作用階段的增加量基本相同，55 ℃時(shí)腐蝕電流增加量最為顯著，而停止空化作用后不同溫度下的腐蝕電流基本能恢復(fù)到初始值。這說(shuō)明空化力學(xué)作用在Ti-6Al-4V合金空化腐蝕過程中起主導(dǎo)作用。當(dāng)溫度高于55 ℃后空化作用開始減弱，降低了對(duì)表面的沖擊破壞作用，總的腐蝕速度降低，表面空蝕破壞程度減弱。

2.4 溫度影響機(jī)理探討

1) 當(dāng)溴化鋰溶液介質(zhì)溫度較低時(shí)，溶液中氣體含量高，對(duì)空泡潰滅產(chǎn)生的微射流的緩沖作用較大[26]，致使微射流對(duì)Ti-6Al-4V合金表面的力學(xué)沖擊強(qiáng)度較弱，同時(shí)由于溶液中溶氧量較高，Ti-6Al-4V合金的點(diǎn)蝕傾向小，且表面鈍化膜被空化作用破壞后的修復(fù)能力相對(duì)較強(qiáng)，從而使表面的空蝕破壞程度較小(見圖5(a))，即表面粗糙度q值在空蝕初期的增長(zhǎng)速率 較小。

2) 隨著溶液介質(zhì)溫度的升高，溶液中所含氣體量減少，緩沖作用減弱，空泡潰滅產(chǎn)生的微射流對(duì)鈦合金表面的力學(xué)沖擊強(qiáng)度增大，同時(shí)溫度升高減少了溶氧量，增加了Br?在鈦合金表面的吸附，表面鈍化膜容易遭受破壞，點(diǎn)蝕傾向增大(見圖6)，鈍化膜的修復(fù)能力變差(見圖9(d))，表面腐蝕點(diǎn)的導(dǎo)波作用使局部應(yīng)力更加集中而加強(qiáng)力學(xué)因素[27]，同時(shí)導(dǎo)致表面形成更多的腐蝕電化學(xué)微電池，力學(xué)和電化學(xué)腐蝕的協(xié)同作用加快了空蝕破壞?？瘴g坑里的腐蝕產(chǎn)物到溶液深處和溴化鋰溶液腐蝕介質(zhì)到空蝕坑里的基體表面的擴(kuò)散速度加快，致使表面原空蝕坑的加深擴(kuò)大和產(chǎn)生新的空蝕坑，材料脫落逐漸加劇。所以，表面粗糙度q值的增長(zhǎng)速率隨溫度升高呈增大趨勢(shì)(見圖2)，溶液介質(zhì)溫度達(dá)到55 ℃時(shí)表面空蝕破壞程度達(dá)到最大值(見圖5(d))。

圖5 不同溫度條件下Ti-6Al-4V合金空蝕240 min后的表面3D輪廓

圖6 靜態(tài)條件下Ti-6Al-4V合金在不同溫度溴化鋰溶液中的循環(huán)動(dòng)電位極化曲線

圖7 靜態(tài)條件下Ti-6Al-4V合金在不同溫度溴化鋰溶液中的點(diǎn)蝕電位和再鈍化電位

圖8 空化作用條件下Ti-6Al-4V合金在不同溫度溶液中的動(dòng)電位極化曲線

3) 當(dāng)溶液介質(zhì)溫度繼續(xù)上升，溶液介質(zhì)的飽和蒸汽壓增大，空泡內(nèi)急劇增加的蒸汽量對(duì)空泡潰滅產(chǎn)生的微射流起到緩沖作用[28]，且空泡間相互影響增強(qiáng)，導(dǎo)致微射流因方向各異而相互作用[10]，最終使微射流對(duì)表面的沖擊破壞作用減弱，即減弱了力學(xué)因素。盡管Ti-6Al-4V合金空蝕過程中溴化鋰的腐蝕作用繼續(xù)加強(qiáng)，但力學(xué)因素在空蝕中占據(jù)主導(dǎo)地位，力學(xué)作用減弱大大減少了對(duì)表面鈍化膜的破壞，從而使表面空蝕破壞程度減弱(見圖5(e)和(f))，以至于表面粗糙度q值顯著減小。

將lgcorr對(duì)1/作圖(見圖11)，發(fā)現(xiàn)靜態(tài)條件下Ti-6Al-4V合金在溴化鋰溶液中的腐蝕電流密度corr與溫度遵守Arrhenius公式：

圖10 在不同溫度溴化鋰溶液中自腐蝕電位下Ti-6Al-4V合金的J—t曲線

圖11 空化和靜態(tài)條件下溴化鋰溶液中Ti-6Al-4V合金lgJcorr與1/T的關(guān)系

式中：corr為腐蝕電流密度，μA/cm2；a為腐蝕表面活化能，kJ/mol；為溶液溫度，K；為摩爾氣體常數(shù)，J/(mol·K)。靜態(tài)條件下，Ti-6Al-4V合金在溴化鋰溶液中的腐蝕活化能比較小(12.258 kJ/mol)，腐蝕速率隨溫度升高而增加，但增加量較小。相對(duì)于靜態(tài)條件，空化作用條件下溫度升高同時(shí)促進(jìn)了空化力學(xué)因素和腐蝕因素，Ti-6Al-4V合金的腐蝕速率隨溫度升高而明顯增大，使表面空蝕破壞加劇。當(dāng)溶液介質(zhì)溫度高于55 ℃后，腐蝕作用增強(qiáng)，但空化作用減弱，而腐蝕速率受空化作用影響較大，導(dǎo)致總體腐蝕速率減小，故空化作用時(shí)Ti-6Al-4V合金的腐蝕電流密度corr與溫度不遵守Arrhenius公式。

3 結(jié)論

1) 溴化鋰溶液介質(zhì)溫度的變化主要對(duì)Ti-6Al-4V合金空蝕初期產(chǎn)生影響，空蝕240 min時(shí)溫度的影響作用最為顯著，當(dāng)空蝕一定時(shí)間后，不同溫度條件下鈦合金空蝕破壞程度之間的差異變小并趨于穩(wěn)定。

2) 隨溫度升高，Ti-6Al-4V合金在溴化鋰溶液中的點(diǎn)蝕傾向增大，表面腐蝕點(diǎn)的導(dǎo)波作用使局部?jī)?nèi)應(yīng)力更加集中而加強(qiáng)力學(xué)因素，且微射流沖擊強(qiáng)度加劇，增加了對(duì)鈍化膜的破壞，更多腐蝕微電池形成，力學(xué)和腐蝕因素協(xié)同作用加速了空蝕破壞，空蝕破壞程度在55 ℃時(shí)最為嚴(yán)重。之后，溶液中蒸汽含量因溫度升高而增大，對(duì)微射流起到緩沖作用，同時(shí)空泡間相互影響增強(qiáng)，微射流對(duì)表面的沖擊強(qiáng)度減弱，使鈦合金空蝕破壞程度降低。

3) 空化作用力學(xué)因素為Ti-6Al-4V合金空蝕過程中的主導(dǎo)因素，溫度升高同時(shí)促進(jìn)力學(xué)和腐蝕因素，在55 ℃后繼續(xù)升高溫度，腐蝕因素仍被促進(jìn)，但減弱了力學(xué)因素，總的腐蝕速度降低，表面空蝕得到減緩。

REFERENCES

[1] FERNáNDEZ-DOMENE R M, BLASCO-TAMARIT E, GARCíA-GARCíA D M, GARCíA-ANTóN J. Repassivation of the damage generated by cavitation on UNS N08031 in a LiBr solution by means of electrochemical techniques and confocal laser scanning microscopy[J]. Corrosion Science, 2010, 52(10): 3453?3464.

[2] FERNáNDEZ-DOMENE R M, BLASCO-TAMARIT E, GARCíA-GARCíA D M, GARCíA-ANTóN J. Cavitation corrosion and repassivation kinetics of titanium in a heavy brine LiBr solution evaluated by using electrochemical techniques and confocal laser scanning microscopy[J]. Electrochim Acta, 2011, 58: 264?275.

[3] LIU W, ZHENG Y G, LIU C S, YAO Z M, KE W. Cavitation erosion behavior of Cr-Mn-N stainless steels in comparison with 0Cr13Ni5Mo stainless steel[J]. Wear, 2003, 254(7/8): 713?722.

[4] RUDAKOV A A. Relation between parameters of cavitation resistance and structure of steels[J]. Metal Science and Heat Treatment, 2005, 47(1/2): 2?15.

[5] 劉詩(shī)漢, 陳大融. 雙相鋼空蝕破壞的力學(xué)機(jī)制[J]. 金屬學(xué)報(bào), 2009, 45(5): 519?526. LIU Shi-han, CHEN Da-rong. Mechanics mechanism of duplex steel cavitation damage[J]. Acta Metall Sinica, 2009, 45(5): 519?526.

[6] WANG Z Y, ZHU J H. Effect of phase transformation on cavitation erosion resistance of some ferrous alloys[J]. Materials Science and Engineering A, 2003, 358(1/2): 273?278.

[7] 黃繼湯. 空化與空蝕的原理及應(yīng)用[M]. 北京: 清華大學(xué)出版社, 1991: 123?134. HUANG Ji-tang. Principle and application of cavitation and cavitation erosion[M]. Beijing: Tsinghua University Press, 1991: 123?134.

[8] 柳 偉, 鄭玉貴, 敬和民, 姚治銘, 柯偉. 20SiMn在單相液流和液固雙相流中的空蝕行為[J]. 中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)報(bào), 2001, 21(5): 286?289. LIU Wei, ZHENG Yu-gui, JING He-min, YAO Zhi-ming, KE Wei. Cavitation erosion of 20SiMn in single liquid and liquid-solid two-phase medium[J]. Journal of Chinese Society for Corrosion and Protection, 2001, 21(5): 286?289.

[9] FRANC J P, RIONDET M, KARIMI A, CHAHINE G L. Material and velocity effects on cavitation erosion pitting[J]. Wear, 2012, 274/275: 248?259.

[10] 廖庭庭. 溫度與空化空蝕的影響關(guān)系研究[J]. 中國(guó)農(nóng)村水利水電, 2011(10): 133?137. LIAO Ting-ting. Research on the effect of temperature on cavitation and erosion[J]. China Rural Water and Hydropower, 2011(10): 133?137.

[11] 劉秀梅. 液體參量對(duì)激光空泡產(chǎn)生和潰滅的影響研究[D]. 南京: 南京理工大學(xué), 2009: 63?67. LIU Xiu-mei. Effect of liquid parameters on expansion and collapse of laser-induced cavitation bubble[D]. Nanjing: Nanjing University of Science and Technology, 2009: 63?67.

[12] LIU X M, LONG Z, HE J, LIU X H, HOU Y F, LU J, NI X W. Temperature effect on the impact of a liquid-jet against a rigid boundary[J]. Optik, 2013, 124: 1542?1546.

[13] LIU X M, LONG Z, HE J, LI B B, LIU X H, ZHAO J Y, LU J, NI X W. Experimental study of temperature effect on the growth and collapse of cavitation bubbles near a rigid boundary[J]. Optoelectronics Letters, 2013, 9(4): 317?320.

[14] AHMED S M. Investigation of the temperature effects on induced impact pressure and cavitation erosion[J]. Wear, 1998, 218(1): 119?127.

[15] HATTORI S, GOTO Y, FUKUYAMA T. Influence of temperature on erosion by a cavitating liquid jet[J]. Wear, 2006, 260: 1217?1223.

[16] KWOK C T, MAN H C, LEUNG L K. Effect of temperature, pH and sulphide on the cavitation erosion behaviour of super duplex stainless steel[J]. Wear, 1997, 211: 84?93.

[17] 金和喜, 魏克湘, 李建明, 周建宇, 彭文靜. 航空用鈦合金研究進(jìn)展[J]. 中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào), 2015, 25(2): 280?292. JIN He-xi, WEI Ke-xiang, LI Jian-ming, ZHOU Jian-yu, PENG Wen-jing. Research development of titanium alloy in aerospace industry[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2015, 25(2): 280?292.

[18] 楊英麗, 蘇航標(biāo), 郭荻子, 趙 彬, 吳金平, 趙恒章, 羅媛媛. 我國(guó)艦船鈦合金的研究進(jìn)展[J]. 中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào), 2010, 20(S1): s1002?s1007. YANG Ying-li, SU Hang-biao, GUO Di-zi, ZHAO Bin, WU Jin-ping, ZHAO Heng-zhang, LUO Yuan-yuan. Research progress in titanium alloys for naval ships in China[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2010, 20(S1): s1002?s1007.

[19] BLASCO-TAMARIT E, IGUAL-MU?OZ A, GARCíA- ANTóN J, GARCíA-GARCíA D M. Corrosion behavior and galvanic coupling of titanium welded titanium in LiBr solutions[J]. Corrosion Science, 2007, 49(3): 1000?1026.

[20] NEVILLE A, MCDOUGALL B A B. Erosion- and cavitation-corrosion of titanium and its alloys[J]. Wear, 2001, 250(1): 726?735.

[21] 關(guān) 昕. 鈦及Ti-6Al-4V合金的空蝕行為研究[D]. 天津：天津大學(xué), 2010: 17?33. GUAN Xin. Cavitation erosion behavior of titanium and Ti-6Al-4V alloy[D]. Tianjin: Tianjin University, 2010: 17?33.

[22] MOCHIZUKI H, YOKOTA M, HATTORI S. Effects of materials and solution temperatures on cavitation erosion of pure titanium and titanium alloy in seawater[J]. Wear, 2007, 262: 522?528.

[23] 陳大融. 空化與空蝕研究[J]. 中國(guó)基礎(chǔ)科學(xué), 2010(6): 3?7. CHEN Da-rong. Cavitation and cavitation erosion[J]. China Basic Science, 2010(6): 3?7.

[24] 張秀麗, 孫冬柏, 俞宏英, 黃錦濱, 楊德鈞. 金屬材料空蝕過程中的腐蝕作用[J]. 腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù), 2001, 13(3): 162?164. ZHANG Xiu-li, SUN Dong-bai, YU Hong-ying, HUANG Jin-bin, YANG De-jun. Effect of corrosion on cavitation damage process[J]. Corrosion Science and Protection Technology, 2001, 13(3): 162?164.

[25] ASTM G32—06, Standard Test Method for cavitation erosion using vibratory apparatus[S]. Philadelphia: Annual Book of ASTM Standard, 2006.

[26] PLESSET M S. Temperature effects in cavitation damage[J]. Journal of Fluids Engineering, 1972, 94(3): 559?566.

[27] 白 霞, 孫冬柏, 俞宏英, 孟惠民, 李輝勤, 張秀麗. 鐵鉻合金空蝕過程中電化學(xué)?力學(xué)性能相關(guān)性[J]. 中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào), 2001, 11(2): 285?289. BAI Xia, SUN Dong-bai, YU Hong-ying, MENG Hui-min, LI Hui-qin, ZHANG Xiu-li. Relationship between electrochemical and dynamic performances of Fe-Cr alloys during cavitation damage[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2001, 11(2): 285?289.

[28] 張林夫, 夏維洪. 空化與空蝕[M]. 南京:河海大學(xué)出版社, 1989: 4?6, 144?151. ZHANG Lin-fu, XIA Wei-hong. Cavitation and cavitation corrosion [M]. Nanjing: Hohai University Press, 1989: 4?6, 144?151.

(編輯 李艷紅)

Effect of temperature on initial cavitation corrosion for Ti-6Al-4V in lithium bromide solution

LIN Cui1, 2, ZHAO Xiao-bin3, DU Nan1, 2, ZHAO Qing1, 2, YANG Ying2

(1. National Defence Key Discipline Laboratory of Light Alloy Processing Science and Technology Institute,Nanchang Hangkong University, Nanchang 330063, China;2. School of Material Science and Engineering, Nanchang Hangkong University, Nanchang 330063, China;3. Department of Surface Treatment, Avic Beijing Keeven Aviation Instrument Co., Ltd., Beijing 102402, China)

Three-dimensional video microscope, roughness profiler and electrochemical measurement were used to investigate the cavitation corrosion morphologies, surface roughness and electrochemical corrosion behavior of Ti-4Al-4V in LiBr solution at different temperatures. Furthermore, the influence mechanism of temperature on cavitation corrosion was discussed. The results show that the temperature effect is gradually strengthened as cavitation time increasing. It is most significant for 240 min, after that, it is reduced and tends to be stable. The rise in temperature enhances micro-jet impact strength, and the passive film on the surface is easy to be damaged. Simultaneously, the corrosion effect promotes the growth of more pits, which leads to the concentration of local stress and the formation of more electrochemical cell. As a result, the mechanical and electrochemical corrosion factors are promoted. The synergetic effect accelerates the cavitation corrosion. The damage of cavitation corrosion reaches a maximum value at 55 ℃. Afterwards, the continuous increase of temperature improves the corrosion effect. However, the attenuation of impact strength of micro-jets weakens the destruction of surface passivation film. The mechanical effect plays a dominant role in cavitation erosion, accordingly the cavitation corrosion rate is mitigated.

Ti-6Al-4V alloy; lithium bromide solution; temperature; cavitation corrosion; influence mechanism

Project (51361024) supported by the National Natural Science Foundation of China

2016-04-21; Accepted date:2016-11-28

LIN Cui; Tel: +86-13707916950; E-mail: lincwi@126.com

10.19476/j.ysxb.1004.0609.2017.07.08

1004-0609(2017)-07-1376-09

TG172.9

A

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51361024)

2016-04-21；

2016-11-28

林 翠，教授，博士；電話：13707916950；E-mail：lincwi@126.com