邱星瀚，陳亞軍*，楊雅婷，胡隆偉，武文博

（1.中國(guó)民航大學(xué)中歐航空工程師學(xué)院，天津300300；2.貴州航天精工股份有限公司，貴州遵義563006）

V2500航空發(fā)動(dòng)機(jī)是目前我國(guó)民航在役的主力發(fā)動(dòng)機(jī)之一，其燃燒室的高集成性與航空緊固件密不可分［1］，為避免緊固件與結(jié)構(gòu)材料發(fā)生磨損而失效，常通過在緊固件表面涂覆自潤(rùn)滑涂層來改善這一現(xiàn)象［2］。銀是一種白色貴金屬，晶格結(jié)構(gòu)為面心立方，銀鍍層作為功能性鍍層起潤(rùn)滑、防粘接、增強(qiáng)導(dǎo)電性等作用，已在航空、航天、電子等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用［3］。銀元素具有12個(gè)滑移系，即使在惡劣的工況下，其仍易在材料表面發(fā)生滑移，因此，銀鍍層常憑借其優(yōu)良的潤(rùn)滑減摩能力而被涂覆于精密的運(yùn)動(dòng)部件表面，以提高其接觸表面的耐磨性［4］。

航空領(lǐng)域零部件的磨損形式復(fù)雜多樣，應(yīng)用固體潤(rùn)滑和耐磨涂層可以提高系統(tǒng)的摩擦學(xué)性能，有效防止零部件因磨損導(dǎo)致的使用壽命降低和構(gòu)件失效［2］。近幾年來，在航空航天高技術(shù)領(lǐng)域需求的牽引下，固體潤(rùn)滑和耐磨涂層得到了長(zhǎng)足發(fā)展，也取得了顯著成果。為了防止航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片與葉冠接觸面發(fā)生磨損而失效，需要采用有效措施在其接觸表面制備潤(rùn)滑耐磨涂層，而這類材料主要有歐美的鈷基Stellite6和鈷鉻鉬T800合金等高溫耐磨涂層，以及俄羅斯的鎳基和Ni3Al基等高溫合金耐磨涂層［5］。此外，銀白色多孔的Cu、Ni/Cr復(fù)合鍍層，常用于輕微摩擦條件下需防護(hù)的零件和飛機(jī)，導(dǎo)彈外部使用的要求良好氣動(dòng)性能的零件；灰色的松孔鍍鉻層表面的網(wǎng)狀溝紋可以貯存潤(rùn)滑油，用于要求吸附潤(rùn)滑油，在較高壓力或較高溫度下工作的零件。鍍鉛層能抵御硫酸，潤(rùn)滑油氧化產(chǎn)物等引起的腐蝕，提高零件磨合，封嚴(yán)和減磨作用。鍍銀層較軟，能承受彎曲和沖擊，并具有優(yōu)良的減磨性，導(dǎo)電性，焊接性和反射率，常用于需高溫釬焊，高頻釬焊或?qū)щ姷碾娮釉骷?，高溫工況下要求防粘接的螺紋零件，以及某些特殊介質(zhì)中服役零件的防護(hù)［6］。Junhuan Chen等人通過電沉積法制備了含有聚苯胺（PAN）潤(rùn)滑脂的純銀鍍層，該鍍層具有優(yōu)異的邊界潤(rùn)滑摩擦性能，所產(chǎn)生的邊界摩擦膜可以保護(hù)磨損表面不受嚴(yán)重的粘著磨損和氧化，甚至誘導(dǎo)磨損表面拋光，對(duì)于滑動(dòng)電機(jī)的應(yīng)用有著巨大的前景［7］。對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)而言，其工況溫度較高，傳統(tǒng)的硫系自潤(rùn)滑涂層易發(fā)生高溫氧化失效［8］，因此航空發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的緊固件常通過鍍銀來解決潤(rùn)滑問題。如Ag-3Pb合金鍍層的減磨性能優(yōu)良，常用于航空航天領(lǐng)域高速運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)滑動(dòng)軸承的減磨鍍層［9］。研究表明：工作溫度低于300℃的緊固件鍍銅，高于300℃的緊固件鍍銀，鍍層厚度采用3～6 μm，可有效防止緊固件的擦傷和粘接（摩擦耗蝕）［10］。對(duì)于銅鍍層和銀鍍層而言，銀鍍層較柔軟，高溫抗氧化性能比銅鍍層好，而鍍銅可能引起氫脆，降低零件疲勞性能。所以，與蘇聯(lián)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)不同，歐美發(fā)動(dòng)機(jī)的螺紋緊固件，彈簧絲套等零件采用較昂貴的鍍銀，而不用鍍銅［11］，以有效防止緊固件內(nèi)外螺紋在高溫下粘連咬合，導(dǎo)致維修時(shí)無(wú)法拆卸或損壞相應(yīng)結(jié)構(gòu)本體。

本文首先對(duì)標(biāo)準(zhǔn)鍍銀緊固件和高溫失效緊固件進(jìn)行對(duì)比分析，利用掃描電子顯微鏡（SEM）和能譜儀（EDS）分析其微觀形貌和元素組成，研究銀鍍層的高溫失效機(jī)理；其次，對(duì)于在腐蝕環(huán)境服役條件下的失效緊固件，通過其微觀形貌和元素組成的分析，研究銀鍍層的腐蝕失效機(jī)理；最后，由于飛機(jī)服役期間，燃燒室緊固件分別處于高空巡航高溫環(huán)境和地面停場(chǎng)常溫環(huán)境中，為評(píng)價(jià)不同溫度下銀鍍層耐腐蝕性的差異，對(duì)常溫和模擬高溫工況的熱處理鎳基基片和鍍銀試片進(jìn)行電化學(xué)實(shí)驗(yàn)，通過交流阻抗譜，極化曲線及等效電路模型等表征方法，研究鍍銀試片的耐腐蝕性能。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

V2500發(fā)動(dòng)機(jī)單元體涉及到的緊固件分別位于發(fā)動(dòng)機(jī)外機(jī)匣連接處，內(nèi)部鼓盤連接處，附屬結(jié)構(gòu)連接處及燃燒室陶瓷隔熱板處。本實(shí)驗(yàn)所用航空標(biāo)準(zhǔn)鍍銀緊固件位于燃燒室陶瓷隔熱板處，工況溫度約為450℃［12］；高溫失效緊固件為在高溫環(huán)境下氧化粘連部件，其拆卸時(shí)內(nèi)外螺紋保持粘接狀態(tài)而無(wú)法分離，表現(xiàn)形式為摩擦和粘合的交叉協(xié)同作用下接觸面的磨損過程［13］；電化學(xué)實(shí)驗(yàn)采用無(wú)氰電鍍工藝鍍銀試片。基體材料選用Inconel718鎳基高溫合金，其成分為（wt%）：55%Ni；21%Cr；11.5%Fe；5.5% Nb；3.3% Mo；1.15% Ti；1.0% Co；0.8% Al。試樣尺寸為30 mm×20 mm×1.5 mm。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及方法

電鍍工藝前處理分為噴砂，超聲波除油和酸洗。噴砂壓力為0.2～0.3 MPa，時(shí)間30 min；超聲波除油采用LCX-52水基清洗劑，溫度為40～50℃，時(shí)間20 min；酸洗采用鹽酸溶液，時(shí)間10 min。

采用PARSTAT 2273電化學(xué)工作站在3.5wt%NaCl溶液中測(cè)試電化學(xué)阻抗譜。工作電極為鍍銀試片，參比電極為飽和Ag/AgCl（Sat.KCl），輔助電極為Pt電極。激勵(lì)信號(hào)為20 mV的正弦波，掃描頻率1 mHz～100 kHz。采用ZSimpWin軟件擬合阻抗譜曲線及數(shù)據(jù)。極化曲線掃描步長(zhǎng)為1 mV，掃描速率為0.5 mV/s。為了對(duì)比分析常溫和模擬高溫工況的鍍銀試片，采用SX-G07103節(jié)能箱式電爐對(duì)試片進(jìn)行熱處理，保溫溫度為650℃（鍍銀緊固件的極限使用溫度），保溫時(shí)間設(shè)定為發(fā)動(dòng)機(jī)的平均單次巡航時(shí)間3 h。

采用Hitachi S-3400N掃描電子顯微鏡對(duì)緊固件和試片的微觀形貌和元素過渡進(jìn)行表征。

2 結(jié)果與分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)鍍銀緊固件的形貌及元素分析

圖1 （a）表示緊固件各部位的示意圖，主要分為4個(gè)典型區(qū)域：內(nèi)螺紋牙頂區(qū)，牙底區(qū)，尾尖區(qū)及緊固件外側(cè)區(qū)。緊固件內(nèi)螺紋和外側(cè)均沉積有銀鍍層，如圖1（b）所示。由于銀鍍層優(yōu)異的延展性，當(dāng)螺栓外螺紋和螺母內(nèi)螺紋的接觸表面承受內(nèi)部的摩擦載荷或外界施加的高壓載荷時(shí)，螺紋表面的銀鍍層便會(huì)產(chǎn)生塑性變形，對(duì)螺紋表面起到有效的防護(hù)作用［13］。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)鍍銀緊固件形貌示意圖Fig.1 Morphology of standard silver-plated fasteners

測(cè)量?jī)?nèi)螺紋牙頂區(qū)五個(gè)部位的鍍層厚度分別為31.80 μm、27.40 μm、21.80 μm、23.60 μm及24.30 μm，銀鍍層的平均厚度為25.78 μm，如圖2（a）所示。牙底區(qū)五個(gè)部位的銀鍍層厚度分別為4.30 μm、5.03 μm、4.63 μm、5.69 μm及4.39 μm，如圖2（b）所示，其平均厚度約為4.81 μm，是牙頂區(qū)鍍層厚度的18.66%。大量電鍍生產(chǎn)實(shí)踐已經(jīng)證明，電鍍過程中的尖端放電效應(yīng)會(huì)造成鍍層厚度分布不均，牙頂處電流密度大于牙底處，所以鍍層厚度從牙頂?shù)窖赖字饾u變薄［14］。同樣地，測(cè)量緊固件外側(cè)區(qū)六個(gè)部位的鍍層厚度，如圖2（c）所示，分別為9.03 μm、10.00 μm、8.63 μm、9.62 μm、10.30 μm及8.00 μm，其平均厚度為9.26 μm，是緊固件內(nèi)螺紋牙底區(qū)鍍層厚度的1.93倍，尖端放電效應(yīng)是造成鍍層厚度出現(xiàn)差異的關(guān)鍵因素。

如圖2（d）所示，尾尖區(qū)六個(gè)部位的銀鍍層厚度分別為21.80 μm、21.40 μm、27.40 μm、14.20 μm、10.60 μm及9.48 μm，鍍層的平均厚度為17.48 μm，其中牙頂處鍍層厚約27.40 μm，相比于螺紋牙兩側(cè)鍍層厚度的增幅為76.82%，進(jìn)一步證實(shí)了尖端放電效應(yīng)。同時(shí)，尾尖牙頂處鍍層（27.40 μm）略厚于中部螺紋的牙頂處鍍層（25.78 μm），這是由于內(nèi)螺紋是孔中的螺紋，電鍍時(shí)螺母內(nèi)部的屏蔽效應(yīng)會(huì)造成螺孔內(nèi)沿螺紋長(zhǎng)度方向上鍍層厚度分布不均，使得兩端螺紋的鍍層比中部螺紋厚1.20～1.42倍［14］。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)鍍銀緊固件形貌圖Fig.2 Morphology of standard silver-plated fasteners

采用線掃描對(duì)鍍層截面加以分析，研究由鍍層（A區(qū)）延伸至基體方向（B區(qū)）上元素分布的情況，掃描方向如圖3中箭頭所示。由圖3（a）～（d）可知，四個(gè)典型區(qū)域均出現(xiàn)Ag元素集中在A區(qū)，呈連續(xù)梯度分布，且沿結(jié)合界面向基體方向含量呈遞減趨勢(shì)；Fe，Ni，Cr基體元素集中在B區(qū)，沿基體方向含量逐漸升高；對(duì)于圖3（a）而言，由于線掃描終點(diǎn)位于基體邊緣且Ni，Cr基體元素的擴(kuò)散能力弱于Fe，所以并沒有檢測(cè)到除Fe之外的其余基體元素。線掃描證明了銀鍍層的確存在，元素分布情況證明了鍍層和基體之間存在元素互擴(kuò)散現(xiàn)象。

圖3 標(biāo)準(zhǔn)鍍銀緊固件元素?cái)U(kuò)散曲線Fig.3 Elemental diffusion curve of standard silver-plated fasteners

2.2 高溫失效緊固件失效機(jī)理分析

圖4 （a）表示失效緊固件的截面形貌，可見螺紋牙頂和牙底均有不同程度的磨損，尤其是尾尖區(qū)的牙頂已被磨平。圖4（b）表示高溫粘接失效件螺栓的斷面全貌，螺栓邊緣區(qū)分布著大小各異的黑色物質(zhì)，初步判斷是高溫氧化產(chǎn)物。同時(shí)，由圖4（b）中白框區(qū)域放大圖可知，螺栓邊緣區(qū)縱橫裂紋不齊，并延伸到邊緣與中部的過渡區(qū)。此外，螺栓斷面極不平整，具有明顯的螺旋型形貌，初步判斷是扭轉(zhuǎn)過載造成的。

圖4 失效緊固件形貌圖Fig.4 Morphology of failed fasteners

2.2.1 元素偏析失效機(jī)理

如圖5（a）和（b）所示，在失效件內(nèi)螺紋牙頂區(qū)并沒有發(fā)現(xiàn)銀鍍層，A區(qū)到B區(qū)的元素線掃描證明了該區(qū)域只含有Fe，Ni，Cr基體元素，銀鍍層已消失且基體邊緣開始剝落。這是由于銀的擴(kuò)散率高，高溫工況下容易擴(kuò)散并聚集到一起，從而發(fā)生銀的擴(kuò)散和偏析，造成鍍層表層之下殘留部分不穩(wěn)定的多孔基質(zhì)，當(dāng)緊固件處于發(fā)動(dòng)機(jī)服役狀態(tài)的循環(huán)載荷作用時(shí)，由于機(jī)械加載而使氣孔塌陷，鍍層最上層崩解，從而銀鍍層脫落失效，所以牙頂區(qū)銀鍍層完全消失，大面積基體裸露在外而發(fā)生磨損剝落［15］。

圖5 失效緊固件內(nèi)螺紋牙頂區(qū)分界面元素?cái)U(kuò)散曲線Fig.5 Element diffusion curve of internal thread crest area of failed fastener

2.2.2 氧通道擴(kuò)散失效機(jī)理

如圖6（a）所示，在失效緊固件牙底區(qū)發(fā)現(xiàn)了大量深暗色區(qū)域，最寬處可達(dá)32.50 μm。圖6（b）和（c）表示A區(qū)向B區(qū)的元素線掃描，該區(qū)域含有大量基體氧化物且邊緣氧含量高，但是并沒有檢測(cè)到Ag元素，初步判斷Ag鍍層已完全脫落。通過標(biāo)準(zhǔn)鍍銀緊固件的分析可知，內(nèi)螺紋牙底區(qū)鍍層最薄，所以緊固件服役時(shí)牙底區(qū)鍍層會(huì)最先脫落。關(guān)于氧元素的來源有四種分析：（1）Ag對(duì)氧的富集作用使得鍍層和基體之間的氧濃度增大，從而基體邊緣初步氧化［16］，造成原有結(jié)構(gòu)疏松多孔，形成一條或多條氧氣通道，向基體內(nèi)部源源不斷地輸送氧氣；（2）銀鍍層與氧氣反應(yīng)生成AgO，在高溫工況下AgO受熱分解［17］，增大了原有鍍層的孔隙率，從而加速氧氣進(jìn)入基體內(nèi)部；（3）大量實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明，對(duì)于銀鍍層而言，銀的擴(kuò)散率高［18］，高溫工況下容易擴(kuò)散并聚集到一起，發(fā)生銀的偏析，造成鍍層表層之下殘留部分不穩(wěn)定的多孔基質(zhì)［15］，加速氧氣進(jìn)入基體內(nèi)部；（4）高溫長(zhǎng)時(shí)間氧化時(shí)，鍍層中的Ag元素會(huì)熱膨脹變形及擴(kuò)散流動(dòng)，導(dǎo)致鍍層內(nèi)部出現(xiàn)微裂紋和孔隙，増加了氧氣向鍍層內(nèi)部擴(kuò)散的通道，加速了基體氧化，從而銀鍍層附著力下降，在外力的作用下銀鍍層將脫落失效。

圖6 失效緊固件內(nèi)螺紋牙底區(qū)分界面形貌與元素?cái)U(kuò)散曲線Fig.6 Morphology and element diffusion curve of internal thread root area of failed fasteners

2.2.3 循環(huán)載荷作用失效機(jī)理

由圖7（a）可知，尾尖區(qū)牙頂有一處輕微破損，初步判斷是服役過程中發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)施加的循環(huán)載荷或是安裝緊固件過程中人為加載造成的尖銳區(qū)應(yīng)力集中，導(dǎo)致出現(xiàn)微裂紋源。該微裂紋源已經(jīng)作為氧氣進(jìn)入渠道，吸納氧氣進(jìn)入基體，使得部分基體氧化，造成鍍層的附著力降低，從而脫落失效；同時(shí)由于循環(huán)載荷的作用，該裂紋還在持續(xù)擴(kuò)展，由圖中可以看出裂紋已經(jīng)貫穿聯(lián)通，這一宏觀性裂紋為氧氣的進(jìn)入提供了更多渠道，并且裂紋的進(jìn)一步擴(kuò)展使得尾尖區(qū)牙頂處趨于整塊脫落，銀鍍層也隨之失效。由圖7（b）可知，牙頂兩側(cè)有輕微剝落，由能譜分析可知是基體氧化物剝落所造成的。由于在高溫工況下，Ag元素會(huì)膨脹并軟化，當(dāng)緊固件處于發(fā)動(dòng)機(jī)提供的熱震環(huán)境中時(shí)，尾尖區(qū)出現(xiàn)應(yīng)力集中且易發(fā)生粘著磨損和塑性變形，造成銀鍍層脫落而失效，導(dǎo)致暴露在外的基體將被氧化脫落。綜上所述，內(nèi)螺紋尾尖區(qū)占主導(dǎo)地位的失效機(jī)理為循環(huán)載荷作用下微裂紋的擴(kuò)展使得緊固件整塊脫落，并且高溫工況下膨脹軟化后的銀鍍層在循環(huán)載荷作用下發(fā)生磨損而脫落，從而銀鍍層失效。

圖7 失效緊固件內(nèi)螺紋尾尖區(qū)形貌與EDS分析Fig.7 Morphology and EDS analysis of internal thread tail tip area of the failed fastener

2.2.4 熱膨脹失效機(jī)理

如圖8（a）所示，在緊固件外側(cè)發(fā)現(xiàn)了較為均勻的深暗色帶狀區(qū)域，測(cè)量四個(gè)部位的帶寬分別為12.80 μm、15.40 μm、13.30 μm及13.20 μm，其平均值為13.68 μm。圖8（b）表示從基體氧化層到鎳基高溫合金基體的元素線掃描，其中O元素含量驟減；Ni元素含量逐步增加，Cr元素含量呈現(xiàn)先增加后減小的變化規(guī)律，而Fe元素則先減小后增加。由于Cr元素可以增強(qiáng)基體高溫抗氧化能力，其容易生成Cr2O3保護(hù)層，所以一旦接觸到氧氣，Cr元素便會(huì)優(yōu)先擴(kuò)散到邊界與氧氣反應(yīng)，造成氧化帶中Cr元素含量略高［19］。同時(shí)，在緊固件外側(cè)并沒有發(fā)現(xiàn)明顯的氧氣通道，初步判斷銀鍍層的脫落是基體和鍍層熱膨脹系數(shù)不匹配造成的。由于發(fā)動(dòng)機(jī)并不是時(shí)刻處于工作狀態(tài)，所以緊固件處于冷熱循環(huán)中，且Ag的熱膨脹系數(shù)為19.5×10-6℃-1，而Inconel718鎳基的熱膨脹系數(shù)為11.8×10-6℃-1，鍍層和基體金屬的熱膨脹系數(shù)并不匹配，高溫服役環(huán)境下鍍層和基體形變不同步，在發(fā)動(dòng)機(jī)的冷熱循環(huán)中會(huì)產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，當(dāng)其超過鍍層的結(jié)合強(qiáng)度時(shí)，便會(huì)導(dǎo)致銀鍍層開裂和脫落，使得基體裸露在外而發(fā)生均勻氧化［20］。

圖8 失效緊固件外側(cè)區(qū)形貌與元素?cái)U(kuò)散曲線Fig.8 Morphology and element diffusion curve of the outer zone of failed fasteners

2.3 在役腐蝕環(huán)境下鍍銀緊固件的微觀失效機(jī)理分析

如圖9所示，在役腐蝕環(huán)境下的失效緊固件尾尖區(qū)檢測(cè)到了大量Cl元素，Cl元素所對(duì)應(yīng)的腐蝕產(chǎn)物促進(jìn)了龜裂形貌的形成。關(guān)于Cl元素的來源，一類是航空燃料，由于燃料的特殊加工工藝及為了增強(qiáng)燃料的防爆性、安定性而加入的添加劑，不可避免地會(huì)引入Cl元素，從而積聚在銀鍍層表面腐蝕鍍層，腐蝕一開始便會(huì)迅速形成大量Cl-腐蝕活性中心，所以生成腐蝕產(chǎn)物速度快、顆粒小、數(shù)量多，最終形成了大量以AgCl為主的黑色致密腐蝕產(chǎn)物，鍍層變質(zhì)而失效［21］；另一類是飛機(jī)的外部服役環(huán)境，當(dāng)飛機(jī)飛過沿海區(qū)域時(shí)，由于海水中含有大量Cl-，當(dāng)海水蒸發(fā)為大氣時(shí)，一層含鹽堿的薄膜沉積在緊固件表面腐蝕鍍層。并且海洋環(huán)境中的鹽分一旦與發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒產(chǎn)物相遇，便會(huì)在流道內(nèi)形成破壞銀鍍層耐腐蝕性的硫酸鹽化合物，加劇銀鍍層的腐蝕失效［22］。

圖9 失效緊固件牙底區(qū)龜裂結(jié)構(gòu)EDS分析Fig.9 EDS analysis of cracked structure in the internal thread root area of the failed fastener

同樣地，如圖10所示，在高溫粘接件上也檢測(cè)到了Cl元素，從而在Cl元素形成的腐蝕環(huán)境和發(fā)動(dòng)機(jī)施加的循環(huán)載荷協(xié)同作用下，緊固件螺栓邊緣的裂紋將逐步擴(kuò)展，當(dāng)裂紋擴(kuò)展到一定程度時(shí)，螺栓無(wú)法承受外界施加的高壓載荷，從而裂紋快速擴(kuò)展直至整塊脫落［20］。循環(huán)加載的頻率越低，每一循環(huán)應(yīng)力與腐蝕環(huán)境共同作用的時(shí)間越長(zhǎng)，銀鍍層的應(yīng)力腐蝕失效便越嚴(yán)重。在實(shí)際飛行過程中，出于飛行安全的考慮及發(fā)動(dòng)機(jī)性能的維護(hù)，飛行員需嚴(yán)格遵守既定的操作程序及飛行路線，一般不存在頻繁的推桿動(dòng)作，因此推力處于低頻且長(zhǎng)時(shí)間的加載狀態(tài)，也會(huì)加速了銀鍍層的應(yīng)力腐蝕失效［23］。

圖10 高溫粘接失效件螺栓邊緣區(qū)裂紋內(nèi)部EDS分析Fig.10 EDS analysis of the crack inside the bolt edge zone of high temperature bonding failed fasteners

2.4 銀鍍層耐蝕性的電化學(xué)研究

將試片與濃度為3.5 wt%的NaCl溶液接觸，進(jìn)行開路電位的測(cè)試，開路電位達(dá)到穩(wěn)定后開始極化曲線的測(cè)試。常溫和熱處理后鍍銀試片和基片的極化曲線如圖11所示，常溫和熱處理鍍銀試片的陽(yáng)極分支均出現(xiàn)了急劇的腐蝕響應(yīng)，當(dāng)陽(yáng)極極化電位達(dá)到0.05 V時(shí)，陽(yáng)極電流突然增大，表明達(dá)到銀鍍層的點(diǎn)蝕擊穿電位，導(dǎo)致了點(diǎn)蝕的發(fā)生，這兩種情況對(duì)應(yīng)的點(diǎn)蝕擊穿電位值均為0.05 V。

圖11 常溫和熱處理后鍍銀試片和基片的極化曲線Fig.11 Polarization curves of substrates in normal temperature，heat-treated substrates，silver-plated substrates in normal temperature and heat-treated silver-plated substrates

動(dòng)電位極化曲線的主要參數(shù)如表1所示，Ecorr為自腐蝕電位，電位值越負(fù)，材料被腐蝕的熱力學(xué)傾向越大［24］；Icorr為自腐蝕電流密度，βc和βa分別代表陰極和陽(yáng)極極化曲線的斜率。常溫基片，熱處理基片，常溫鍍銀試片和熱處理鍍銀試片的自腐蝕電位值分別為-0.62 V、-0.80 V、-0.19 V和-0.20 V。從熱力學(xué)腐蝕傾向性評(píng)價(jià)，常溫基片的自腐蝕電位是熱處理基片的77.5%，從而熱處理基片比常溫基片更容易發(fā)生腐蝕；同樣地，常溫鍍銀試片自腐蝕電位高于熱處理鍍銀試片，因此，熱處理鍍銀試片的熱力學(xué)腐蝕傾向大于常溫鍍銀試片。此外，自腐蝕電流密度Icorr也是表征材料耐腐蝕性能的重要參量，Icorr反映了腐蝕速率快慢，與材料耐腐蝕性呈負(fù)相關(guān)［24］。由表可知，常溫基片，熱處理基片，常溫鍍銀試片和熱處理鍍銀試片的自腐蝕電流密度分別為1.76×10-7A/cm2、9.80×10-7A/cm2、1.92×10-6A/cm2、1.95×10-6A/cm2，其中，熱處理基片的自腐蝕電流密度是常溫基片的5.57倍，從而熱處理基片的耐腐蝕性弱于常溫基片；同樣地，熱處理鍍銀試片的自腐蝕電流密度大于常溫鍍銀試片，因此，常溫鍍銀試片的耐腐蝕性強(qiáng)于熱處理鍍銀試片。

表1 動(dòng)電位極化曲線的對(duì)應(yīng)參數(shù)Tab.1 Corresponding parameters of dynamic potential polarization curve

溶液/鍍層界面和鍍層/基體界面腐蝕情況的分析可以通過建立合理的等效電路模型，可獲得鍍層電容和電阻值等與鍍層性能及鍍層破壞過程有關(guān)信息［25］。其中阻抗譜曲線的容抗弧半徑是評(píng)判材料耐腐蝕性的重要指標(biāo)，如圖12和圖13所示，常溫基片的容抗弧半徑大于熱處理基片，常溫鍍銀試片的容抗弧半徑大于熱處理鍍銀試片，相應(yīng)阻抗值和耐腐蝕性也滿足同樣規(guī)律。

圖12 常溫和熱處理基片的阻抗譜曲線Fig.12 Impedance spectrum of substrate in normal temperature and heat-treated substrate

圖13 常溫和熱處理鍍銀試片的阻抗譜曲線Fig.13 Impedance spectrum of silver-plated specimen in normal temperature and heat-treated silver-plated specimen

采用圖14所示的R（RQ）并聯(lián)電路對(duì)鍍銀試片進(jìn)行電化學(xué)阻抗譜的擬合，擬合得到四個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分別是溶液電阻Rs，試樣表面/介質(zhì)界面的電阻R，試樣表面/介質(zhì)界面的常相位角元件Q的電容QY和彌散效應(yīng)指數(shù)Qn。其具體參數(shù)如表2所示，可以看出所選等效電路模型的擬合數(shù)據(jù)與測(cè)試所得原始數(shù)據(jù)誤差值小于5%，說明等效電路合理。

表2 等效電路模型的擬合參數(shù)Tab.2 Fitting parameters of equivalent circuit model

圖14 常溫和熱處理鍍銀試片的等效電路模型Fig.14 Equivalent circuit model of silverplated specimen in normal temperature and heat-treated silver-plated specimen

常溫鍍銀試片試樣表面/介質(zhì)界面的電阻為1.18×104Ω，熱處理鍍銀試片對(duì)應(yīng)的界面電阻為9.99×103Ω，前者電阻值高于后者，說明隨溫度升高，鍍銀試片的耐腐蝕性略有下降。鍍層的吸水率可以通過等效電路中常相位角元件Q的電容值QY來衡量，常溫鍍銀試片的電容值為1.26×10-4Ω-1/sn，熱處理鍍銀試片的電容值為1.28×10-4Ω-1/sn，說明溫度升高對(duì)鍍層的吸水性有積極影響。此外，常相位角元件的彌散效應(yīng)指數(shù)Qn滿足：常溫鍍銀試片＞熱處理鍍銀試片，材料測(cè)試區(qū)域微觀層面上的“光潔程度”亦滿足同樣規(guī)律，這些特性均與熱處理過程中銀的偏析和偏聚造成鍍層孔隙率和表面粗糙程度的改變有關(guān)。綜上所述，熱處理會(huì)降低銀鍍層的耐腐蝕性，使得鍍銀試片對(duì)于腐蝕反應(yīng)的耐受能力下降。

3 結(jié)論

（1）標(biāo)準(zhǔn)緊固件四個(gè)典型部位銀鍍層平均厚度分別為：內(nèi)螺紋牙頂區(qū)25.78 μm，牙底區(qū)4.81 μm，尾尖區(qū)17.48 μm及緊固件外側(cè)區(qū)9.26 μm，電鍍過程中的尖端放電效應(yīng)是鍍層厚度不均的主要原因，元素線掃描證明鍍層Ag元素和基體的Fe、Ni、Cr合金元素之間存在元素互擴(kuò)散現(xiàn)象。

（2）銀鍍層高溫失效存在元素偏析失效、氧通道擴(kuò)散失效、循環(huán)載荷作用失效和熱膨脹失效四種機(jī)理。

（3）沿海服役環(huán)境及航空燃料中的氯元素引起的腐蝕產(chǎn)物AgCl，其與發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)施加于緊固件表面的循環(huán)載荷共同作用，造成銀鍍層的應(yīng)力腐蝕失效。電化學(xué)實(shí)驗(yàn)表明高溫工況會(huì)降低銀鍍層的耐腐蝕性能。