曾群鋒，許雅婷，林乃明

（1.西安交通大學(xué) 現(xiàn)代設(shè)計(jì)及轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710049；2.太原理工大學(xué) 表面工程研究所，太原 030024）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，陸地資源和空間已經(jīng)難以滿足社會(huì)發(fā)展的需要，廣闊的海洋空間和豐富的海洋資源已步入人們的視野[1]。海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展和海洋資源開發(fā)的各項(xiàng)活動(dòng)，都離不開先進(jìn)的海洋裝備。304不銹鋼因其優(yōu)異的耐腐蝕性和良好的機(jī)械性能而廣泛應(yīng)用于海洋的各個(gè)領(lǐng)域，如海水淡化裝置、海上油氣田設(shè)備、遠(yuǎn)洋巨輪船、潛水艇等，但是在石油和天然氣鉆井作業(yè)工具、潮汐能和風(fēng)能發(fā)電裝置、船舶動(dòng)力系統(tǒng)和其他海洋裝備的液壓傳動(dòng)設(shè)備中，304不銹鋼摩擦磨損十分嚴(yán)重，使用壽命很短[2-4]。

304不銹鋼在海水服役環(huán)境中在其表面形成一層厚度小于10 nm的鈍化膜，在一些運(yùn)動(dòng)部件中，由于摩擦副的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，鈍化膜容易被破壞，導(dǎo)致金屬溶解加速，而海水的腐蝕作用同時(shí)影響了304不銹鋼的磨損，這就是304不銹鋼在海水環(huán)境中的腐蝕磨損行為[5]。腐蝕磨損（tribocorrosion）是指摩擦副對(duì)偶表面在相對(duì)滑動(dòng)過程中，表面材料與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，并伴隨機(jī)械作用而引起的材料損失現(xiàn)象[6]。在材料的腐蝕磨損過程中，材料同時(shí)受到力學(xué)作用和電化學(xué)作用，兩者之間存在耦合作用。因此，腐蝕磨損條件下材料的損失不僅僅是材料腐蝕量和磨損量的簡(jiǎn)單疊加，而是因腐蝕、磨損及其交互作用造成材料的損失顯著增加。在過去30年中，越來越多的學(xué)者致力于材料的腐蝕磨損行為及其機(jī)理的研究，探索材料在腐蝕環(huán)境中力學(xué)與電化學(xué)之間的耦合效應(yīng)[7-9]。不過，對(duì)于304不銹鋼的腐蝕磨損行為研究多數(shù)基于NaCl、H2SO4的服役環(huán)境。Liu M[10]通過比較304不銹鋼在H2SO4與蒸餾水中的材料損失及性能變化，研究了304不銹鋼的摩擦腐蝕行為。Sun Y等人[11]研究了304不銹鋼在NaCl溶液中的單向滑動(dòng)，指出載荷和滑動(dòng)速度對(duì)304不銹鋼的開路電位有很大影響，腐蝕磨損交互作用在不同條件下的作用也略有不同。Huttunen S E[12]通過對(duì)比在不同恒電位下304不銹鋼的力學(xué)性能及電化學(xué)性能，研究材料的腐蝕磨損行為。也有學(xué)者致力于316L不銹鋼的腐蝕磨損行為研究。陳君等人[13]研究了316不銹鋼在人工海水中的腐蝕磨損行為，探討了摩擦對(duì)不銹鋼腐蝕行為的影響以及腐蝕與磨損之間的協(xié)同作用。Chen J等人[14]研究了316不銹鋼在海水壞境中的腐蝕磨損性能，表明316不銹鋼和Inconel 625摩擦副在海水中的摩擦系數(shù)要低于蒸餾水中的摩擦系數(shù)，但是磨損率更大。針對(duì)海水的服役環(huán)境，大多數(shù)研究只通過實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析了304不銹鋼和另外一種材料的腐蝕磨損行為的不同，指出兩種材料性能上的差異，并沒有深入探究304不銹鋼在海水環(huán)境摩擦過程中微觀組織的變化及腐蝕磨損耦合作用的實(shí)質(zhì)原因。

本文系統(tǒng)地研究了304不銹鋼在海水環(huán)境腐蝕磨損過程中電化學(xué)性能及表面特征的變化，通過304不銹鋼表面微觀組織的變化進(jìn)一步解釋腐蝕磨損耦合作用，建立海洋環(huán)境中材料的力學(xué)-電化學(xué)交互作用理論，為水下機(jī)器人、深海設(shè)備、海上采油平臺(tái)等海洋設(shè)備的開發(fā)和利用提供理論支持。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

本文主要研究304不銹鋼材料，其化學(xué)成分如表1。人工海水按照標(biāo)準(zhǔn)ASTM D1141—98配制，其成分如表2。

表1 304不銹鋼的化學(xué)成分Tab.1 Chemical composition of 304 stainless steel wt.%

表2 人工海水的化學(xué)成分Tab.2 Chemical composition of artificial seawater g/L

1.2 腐蝕磨損試驗(yàn)

304不銹鋼在人工海水環(huán)境中的腐蝕磨損試驗(yàn)主要在蘭州華匯儀器MS-ECT3000旋轉(zhuǎn)電化學(xué)腐蝕摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，儀器示意圖如圖1所示。本儀器配置電化學(xué)模塊和力學(xué)模塊。電化學(xué)模塊采用三電極體系，實(shí)驗(yàn)樣品作為工作電極（WE），鉑片作為對(duì)電極（CE），Ag/AgCl作為參比電極（RE）。腐蝕磨損試驗(yàn)機(jī)通過力學(xué)模塊對(duì)摩擦副施加載荷及控制轉(zhuǎn)速和時(shí)間。工作試樣為?20 mm×5 mm的304不銹鋼圓盤，用SiC砂紙打磨至1200#并拋光，摩擦配副采用?4 mm的Al2O3陶瓷球，實(shí)驗(yàn)前對(duì)摩擦配副試樣進(jìn)行超聲清洗。試驗(yàn)載荷為5、10、15 N，轉(zhuǎn)速為20 r/min，試驗(yàn)時(shí)間為50 min。

304不銹鋼的腐蝕磨損試驗(yàn)有3組：（1）304不銹鋼在腐蝕磨損過程中的開路電位測(cè)試。利用三電極體系對(duì)304不銹鋼在靜態(tài)及動(dòng)態(tài)條件下的開路電位進(jìn)行測(cè)試。首先進(jìn)行5 min的靜態(tài)開路電位測(cè)試，然后分別施加5、10、15 N的載荷，測(cè)試滑動(dòng)過程中的開路電位，測(cè)試時(shí)間為40 min，最后測(cè)試卸載后的開路電位。（2）304不銹鋼的動(dòng)態(tài)極化曲線測(cè)試。采用動(dòng)態(tài)極化曲線測(cè)量方法，以2 mV/s的速率測(cè)試304不銹鋼在-1～0.7 V電壓范圍內(nèi)的電流密度變化。（3）測(cè)試不同恒電位下304不銹鋼的電流密度變化。分別在-0.7 V和+0.3 V恒電位下，施加10 N載荷，測(cè)試電流密度隨時(shí)間的變化。上述實(shí)驗(yàn)都需要待304不銹鋼的開路電位穩(wěn)定后才開始進(jìn)行。

本文所有的電位值都是相對(duì)Ag/AgCl參比電極的電位值。

1.3 表征

利用場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（SEM，TESCAN MAIA3LMH）觀察304不銹鋼磨損表面形態(tài)，并通過其配置的能譜分析儀（EDS）進(jìn)行表面元素分析。利用光學(xué)顯微鏡（舜宇光學(xué)CX40M）觀察試樣的磨損表面和304不銹鋼的金相表面，侵蝕液由3 mL HCl+12 mL H2O+1 g FeCl3組成。利用X射線衍射儀（XRD，Bruker D8-Advance）對(duì)304不銹鋼基體及磨痕區(qū)域進(jìn)行物相分析，使用CuKα為X射線源（λ=0.154 06 nm），采用0.5 (°)/s的掃描速率在2θ=10°～90°范圍內(nèi)掃描。利用激光共聚焦顯微鏡（LSCM，Carl Zeiss LSM 700）觀察304不銹鋼的磨痕截面形狀，觀察不同條件下其磨損量的變化。

2 結(jié)果及分析

2.1 304不銹鋼的微觀組織

304不銹鋼的金相組織和相應(yīng)的XRD圖譜如圖2所示。從圖2a中可以看出，304不銹鋼的金相組織由多邊形等軸晶粒構(gòu)成，晶粒尺寸為10～30 μm，這是典型的奧氏體晶粒特征。從圖2b中可以看出，304不銹鋼出現(xiàn)三個(gè)明顯的衍射峰，其晶面分別為（111）、（200）和（220），經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)圖譜對(duì)比可知，其為面心立方奧氏體相（PDF 33-0397）。

2.2 304不銹鋼在人工海水環(huán)境中的腐蝕磨損行為

2.2.1 304不銹鋼在人工海水環(huán)境中的動(dòng)電位極化曲線

表3 304不銹鋼在人工海水環(huán)境腐蝕磨損過程中的電化學(xué)參數(shù)Tab.3 Kinetic parameters of 304SS under tribocorrosion process in artificial seawater

圖3是304不銹鋼在人工海水環(huán)境腐蝕磨損過程中的動(dòng)電位極化曲線，通過Tafel外推方法得到的重要電化學(xué)參數(shù)（腐蝕電流密度Jcorr、腐蝕電位Ecorr）如表3所示。304不銹鋼在人工海水中的極化曲線形狀具有典型的區(qū)域劃分特征，以黑色曲線為例，304不銹鋼在人工海水環(huán)境靜態(tài)腐蝕下的極化曲線分為陰極極化曲線ed和陽極極化曲線dc。當(dāng)電位從d點(diǎn)增加至a點(diǎn)時(shí)，電流急劇增加，這是陽極溶解區(qū)；當(dāng)電位超過a點(diǎn)后，電流幾乎恒定，這是因?yàn)?04不銹鋼表面生成了一層高電阻耐腐蝕的鈍化膜，鈍化開始發(fā)生，曲線ab段也被稱為鈍化區(qū)，此時(shí)的電流稱為維鈍電流；當(dāng)電位繼續(xù)增加至b點(diǎn)時(shí)，304不銹鋼進(jìn)入過鈍化狀態(tài)，電流又重新開始增加[15-17]。

從圖表中可以看出，靜態(tài)腐蝕下304不銹鋼的腐蝕電位為-0.310 V，腐蝕電流密度為0.760 μA/cm2，而15 N載荷下的304不銹鋼腐蝕電位為-0.368 V，腐蝕電流密度為3.847 μA/cm2，由此可以得出，相比靜態(tài)腐蝕，動(dòng)態(tài)腐蝕狀態(tài)下的304不銹鋼的腐蝕電位發(fā)生負(fù)向移動(dòng)，腐蝕電流密度增加了近1個(gè)數(shù)量級(jí)，這說明機(jī)械磨損會(huì)顯著加速304不銹鋼的腐蝕速率。同時(shí)，隨著載荷的增加，304不銹鋼的腐蝕電位變小，腐蝕電流變大，表明304不銹鋼的耐腐蝕性能下降，其主要原因是隨著載荷的增加，304不銹鋼表面鈍化膜的破壞程度增加，直接暴露在海水中的新鮮金屬增加，導(dǎo)致304不銹鋼表面的腐蝕程度加重。另外，在加載情況下304不銹鋼的動(dòng)電位極化曲線有波動(dòng)，這是由于在腐蝕磨損過程中，304不銹鋼表面機(jī)械去鈍化和電化學(xué)再鈍化過程不斷建立新平衡。

2.2.2 載荷對(duì)304不銹鋼在人工海水環(huán)境中開路電位的影響

圖4是304不銹鋼在人工海水環(huán)境腐蝕磨損過程中開路電位（OCP）隨時(shí)間的變化曲線。從圖4中可知，304不銹鋼在人工海水環(huán)境中未加載的條件下，OCP為-0.15 V左右，5 min左右時(shí)，施加某一特定的載荷，304不銹鋼的OCP急劇下降，大約減小200 mV，隨著滑動(dòng)磨損持續(xù)進(jìn)行，OCP逐漸平穩(wěn)同時(shí)緩慢下降。OCP的負(fù)向移動(dòng)是由于304不銹鋼表面鈍化膜被破壞，活化態(tài)的新鮮金屬暴露在海水中，腐蝕傾向增大，并且鈍化膜的破壞程度隨著載荷的增加而增加，所以施加的載荷越大，304不銹鋼滑動(dòng)磨損期間達(dá)到的OCP越小?；瑒?dòng)磨損期間，由于機(jī)械去鈍化過程和電化學(xué)再鈍化過程之間建立了新的平衡，即鈍化膜的破壞和形成過程達(dá)到了新的平衡狀態(tài)，故OCP處于穩(wěn)定狀態(tài)；另外，OCP的持續(xù)緩慢下降可能是由于在滑動(dòng)過程中，304不銹鋼表面生成了新的物質(zhì)，其開路電位比奧氏體低。當(dāng)滑動(dòng)磨損停止后，304不銹鋼表面鈍化膜發(fā)生再鈍化，OCP急劇上升，但最終未恢復(fù)至磨損前的OCP值，這進(jìn)一步表明在滑動(dòng)磨損過程中，304不銹鋼表面生成了新物質(zhì)，改變了其表面電化學(xué)特性。

2.2.3 恒電位對(duì)304不銹鋼摩擦磨損的影響

為了進(jìn)一步了解腐蝕和磨損之間的相互關(guān)系，研究304不銹鋼在人工海水環(huán)境中不同恒電位（-0.7 V和+0.3 V）下電流密度及摩擦系數(shù)（COF）隨時(shí)間的變化關(guān)系，如圖5所示，實(shí)驗(yàn)載荷均為10 N。從圖5中可以看出，在-0.7 V陰極恒電位下，304不銹鋼的電流密度在人工海水環(huán)境中滑動(dòng)期間始終為負(fù)值，說明此時(shí)304不銹鋼處于陰極保護(hù)中，在該條件下，由于腐蝕導(dǎo)致的材料損失可以忽略不計(jì)，304不銹鋼在-0.7 V陰極恒電位下的材料損失可以看作是由機(jī)械磨損引起的。滑動(dòng)停止后，電流密度值未能恢復(fù)至滑動(dòng)前的值，這可能是由于在滑動(dòng)過程中304不銹鋼表面產(chǎn)生了新的物質(zhì)，改變了其表面電化學(xué)特性。在+0.3 V陽極恒電位下，304不銹鋼在滑動(dòng)期間的電流密度大大增加，說明此時(shí)304不銹鋼在海水中的耐腐蝕性明顯減弱，這是由于加載條件下，304不銹鋼表面的鈍化膜受到破壞，此時(shí)處于磨痕內(nèi)的材料發(fā)生陽極溶解，這也證實(shí)了“磨損加速腐蝕”效應(yīng)?；瑒?dòng)一旦停止，電流密度立即恢復(fù)至滑動(dòng)開始前的值，說明在+0.3 V陽極恒電位下，304不銹鋼表面未發(fā)生點(diǎn)蝕，因?yàn)閺膱D3可以得到，304不銹鋼在10 N載荷下的點(diǎn)蝕電位大約為+0.35 V，+0.3 V恒電位小于此點(diǎn)蝕電位，故304不銹鋼表面未發(fā)生點(diǎn)蝕，在卸去載荷后可以恢復(fù)原來的狀態(tài)。

從圖5中也可以獲得304不銹鋼和Al2O3陶瓷球在不同恒電位下摩擦系數(shù)的信息，-0.7 V恒電位下304不銹鋼和Al2O3配副的摩擦系數(shù)約為0.35，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于+0.3V恒電位下的0.25，這可能是因?yàn)?0.3 V恒電位下，304不銹鋼表面磨痕內(nèi)的材料發(fā)生陽極溶解，溶解的材料可以有效隔離摩擦副，具有一定的潤滑作用。

2.3 表面分析

2.3.1 形貌及成分

由2.2.3節(jié)可知，在-0.7 V恒電位下的304不銹鋼的材料損失可以看作是由機(jī)械磨損引起的，而在未施加恒電位（OCP）的條件下，其材料損失是由腐蝕磨損引起的。為了深入研究304不銹鋼的腐蝕磨損機(jī)理，本實(shí)驗(yàn)對(duì)比了304不銹鋼在機(jī)械磨損（-0.7 V恒電位）和腐蝕磨損（OCP）條件下磨損40 min后的表面形貌，并對(duì)其成分、物相和硬度進(jìn)行了分析。圖6是海水環(huán)境中不同條件下304不銹鋼磨損表面的形貌，圖7是其磨痕深度。從圖6中可以看出，在-0.7 V恒電位和OCP條件下，304不銹鋼的磨痕內(nèi)都出現(xiàn)了不同大小的犁溝，表明304不銹鋼的磨損機(jī)理主要為磨粒磨損；同時(shí)，磨痕寬度也隨著載荷的增加而增加。另外，OCP條件下，304不銹鋼磨痕區(qū)域也存在擦傷，表明在OCP條件下，304不銹鋼表面也發(fā)生粘著磨損（Adhesive wear）。從圖7中可以得到，在相同工況下，相比-0.7 V恒電位下，OCP條件下的304不銹鋼磨痕更寬、更深，說明其磨損更嚴(yán)重，這也證實(shí)了“腐蝕加速磨損”效應(yīng)。

為進(jìn)一步對(duì)比-0.7 V和OCP條件下304不銹鋼的磨損情況，采用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡對(duì)304不銹鋼磨痕區(qū)域進(jìn)行了表征，其顯微形貌及成分分布見圖8、表4。從圖8可以看出，在-0.7 V恒電位下，304不銹鋼磨痕表面犁溝清晰，犁溝內(nèi)部表面較為平整；而在OCP條件下，304不銹鋼表面粗糙，犁溝內(nèi)部具有許多明顯的納米尺寸顆粒狀物質(zhì)。

從表4可以看出，相比未磨損的304不銹鋼表面，在-0.7 V恒電位下的304不銹鋼磨痕區(qū)域出現(xiàn)了新的元素O，這是由于在應(yīng)力作用下，304不銹鋼基體表面溫度升高，與海水中的溶解氧發(fā)生氧化反應(yīng)，形成了氧化物；另外，其他元素（如Fe、Ni、Cr等）的含量變化不大。在OCP條件下，304不銹鋼磨痕區(qū)域的O元素含量大幅增加，這是由于在腐蝕條件下，304不銹鋼不僅發(fā)生了氧化反應(yīng)，在犁溝內(nèi)部還生成了含O元素的腐蝕產(chǎn)物。這些納米尺寸的腐蝕產(chǎn)物的剪切強(qiáng)度低，在Al2O3劃過時(shí)容易被剪斷，形成粘著磨損，導(dǎo)致磨損加??；同時(shí)，腐蝕產(chǎn)物也有效隔離了摩擦副，阻止摩擦副直接接觸，降低了摩擦副的摩擦系數(shù)，這與圖5的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。這也可以證實(shí)腐蝕通過影響304不銹鋼的表面特性來顯著加大磨損速率。

表4 -0.7 V恒電位和OCP條件下304不銹鋼磨痕區(qū)域的成分Tab.4 Composition of wear track on 304SS at 0.7 V constant potential and OCP wt%

2.3.2 物相

圖9是不同條件下304不銹鋼表面磨痕區(qū)域的XRD圖譜。相比于靜態(tài)腐蝕后的304不銹鋼，施加載荷后的304不銹鋼的XRD圖在44.49°、82.01°附近新出現(xiàn)了兩個(gè)衍射峰，其晶面分別為（110）、（211），經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)圖譜（PDF-06-0696）對(duì)比后，此為馬氏體的衍射峰?？梢哉J(rèn)為，不論在-0.7 V恒電位下，還是在OCP條件下，施加載荷后，304不銹鋼表面都發(fā)生了馬氏體相變[18]。

2.4 人工海水中304不銹鋼的腐蝕磨損交互作用

從上述研究結(jié)果可以看出，304不銹鋼在機(jī)械磨損和腐蝕磨損之后的表面形貌及性能都有所差別，為了定量描述304不銹鋼在海水環(huán)境中腐蝕和磨損之間的交互作用，筆者參考美國試驗(yàn)材料學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)ASTM G119—09，對(duì)304不銹鋼在不同條件下的材料損失量進(jìn)行了研究。采用單位時(shí)間內(nèi)材料的體積損失量來表征磨損率（mm3/d）。腐蝕磨損導(dǎo)致304不銹鋼單位時(shí)間內(nèi)的體積損失量，即總腐蝕磨損率（T）可以看成純磨損率（WO）、純腐蝕率（CO）以及腐蝕磨損交互作用速率（S）之和，可表示成：

其中，T和WO可以通過共聚焦顯微鏡測(cè)得的磨痕截面積計(jì)算得到。

另外，腐蝕磨損交互作用速率（S）又可以看成磨損加速腐蝕速率（ΔCW）和腐蝕加速磨損速率（ΔWC）之和，可表示成：

304不銹鋼在腐蝕磨損下的腐蝕速率（C）可利用法拉第定律計(jì)算得到：

其中，Jcorr表示腐蝕磨損條件下的腐蝕電流密度，單位為μA/cm2；K為單位轉(zhuǎn)化系數(shù)，K=8.954×10-3(g·cm2)/(μA·m2·d)；EW為材料的當(dāng)量質(zhì)量，根據(jù)G102可得到304SS的EW為28；ρ為304不銹鋼的密度，ρ=7.93 g/cm3。根據(jù)公式（1）—（3）可計(jì)算得到304不銹鋼在腐蝕磨損條件下的腐蝕速率和靜態(tài)條件下的腐蝕速率（CO），兩者之差即為磨損加速腐蝕速率（ΔCW）。

根據(jù)上述公式以及極化曲線中的腐蝕電流密度，計(jì)算可得在不同載荷下304不銹鋼的總腐蝕磨損率、純腐蝕率、純磨損率、磨損加速腐蝕速率和腐蝕加速磨損速率，如表5所示。

表5 人工海水環(huán)境中不同載荷下304不銹鋼腐蝕磨損交互作用參數(shù)Tab.5 Interaction parameters for 304SS tribocorrosion under different loads in artificial seawater

圖10是人工海水環(huán)境中304不銹鋼腐蝕磨損條件下各材料損失分量的關(guān)系。從圖10中可以直觀地觀察到，在海水環(huán)境中，304不銹鋼腐蝕磨損條件下的材料損失量主要是WO和ΔWC之和，這說明304不銹鋼的材料損失主要由其抗磨損性能決定；ΔWC和ΔCW之和占T約50%，這進(jìn)一步說明腐蝕和磨損之間存在嚴(yán)重的交互作用；載荷為5 N時(shí)，304不銹鋼的T為0.195 mm3/d，其中，CO最?。?.000 120 mm3/d），ΔWC最大（0.134 mm3/d），約占T的68.7%；而載荷為15 N時(shí)，T明顯增加，其中，WO所占比例（60.1%）最大，且WO為0.253 mm3/d，此時(shí)ΔWC占T的比例為39.1%。由此可以看出，隨著載荷的增加，WO占比逐漸增大，對(duì)T貢獻(xiàn)最大的由ΔWC逐漸變?yōu)閃O，說明載荷對(duì)304不銹鋼的機(jī)械磨損影響更大，腐蝕的影響程度相對(duì)減小。

2.5 腐蝕磨損交互作用機(jī)理

相比單一的腐蝕過程和磨損過程，腐蝕磨損過程中摩擦副的相對(duì)運(yùn)動(dòng)會(huì)破壞材料表面的保護(hù)膜，使新鮮的材料表面不斷暴露在腐蝕介質(zhì)中而加速腐蝕；同時(shí)，腐蝕作用改變材料表面接觸特性，從而導(dǎo)致磨損的加速作用，這就是材料腐蝕與磨損的交互作用。

在人工海水環(huán)境中，具有低層錯(cuò)能的304不銹鋼容易在應(yīng)力作用下發(fā)生馬氏體相變，表面的鈍化膜同時(shí)被除去，活化態(tài)的新鮮金屬重新暴露于海水中，導(dǎo)致腐蝕加??；而高硬度的馬氏體相改善了不銹鋼的耐磨性，但是相變導(dǎo)致馬氏體和奧氏體之間發(fā)生電偶腐蝕，影響了其耐腐蝕性，從而形成了腐蝕與磨損的交互作用，如圖11所示。

磨損加速腐蝕的原因主要有兩個(gè)：一是機(jī)械磨損破壞了304不銹鋼表面的鈍化膜，使更多的活化態(tài)新鮮金屬暴露在海水中，新鮮金屬具有更低的電位，與鈍化膜之間形成了電偶腐蝕，新鮮金屬作為陽極，主要發(fā)生反應(yīng)（4）—（6），導(dǎo)致金屬溶解；二是在應(yīng)力作用下產(chǎn)生的馬氏體比奧氏體的電位低，在這兩者之間發(fā)生了微觀電偶腐蝕，馬氏體作為陽極發(fā)生溶解，進(jìn)一步加速了腐蝕。另外，馬氏體電位低，也可以解釋磨損后304不銹鋼未能恢復(fù)至磨損前的值，304不銹鋼摩擦接觸區(qū)域產(chǎn)生的新物質(zhì)正是馬氏體。

腐蝕加速磨損的原因是：重新暴露在海水中的新鮮金屬通過腐蝕作用生成含O的腐蝕產(chǎn)物，腐蝕產(chǎn)物剪切強(qiáng)度小于304不銹鋼基體，容易在Al2O3球作用下脫落，發(fā)生粘著磨損，導(dǎo)致材料損失加速。但是，這些腐蝕產(chǎn)物同時(shí)對(duì)304不銹鋼和Al2O3球摩擦副產(chǎn)生了有效隔離，起到了一定的潤滑作用，所以摩擦副的摩擦系數(shù)會(huì)稍有減小。

3 結(jié)論

1）在載荷作用下，304不銹鋼的腐蝕電位從靜態(tài)腐蝕的-0.310 V變?yōu)?0.368 V，腐蝕電流密度增加了約1個(gè)數(shù)量級(jí)。304不銹鋼的腐蝕磨損過程是“機(jī)械去鈍化-化學(xué)再鈍化”的動(dòng)態(tài)過程。

2）在力作用下，304不銹鋼的磨損機(jī)理主要為磨粒磨損；在腐蝕磨損條件下，304不銹鋼同時(shí)發(fā)生了粘著磨損。

3）腐蝕和磨損過程存在明顯的交互作用。在磨損過程中，304不銹鋼表面發(fā)生馬氏體相變，通過電偶腐蝕進(jìn)一步加強(qiáng)腐蝕作用；同時(shí)，腐蝕過程的反應(yīng)產(chǎn)物使304不銹鋼的耐磨性能下降。

4）隨著載荷的增加，對(duì)總腐蝕磨損速率貢獻(xiàn)最大的由腐蝕加速磨損速率逐漸變?yōu)榧兡p率，載荷對(duì)304不銹鋼的機(jī)械磨損影響更大。