舵传动拉杆常用材料腐蚀试验

李德远，胡军华，武 朝，黎 申，陈国琳

(1．海军驻431厂军代室，辽宁 葫芦岛 125004;2．武汉第二船舶设计研究所，湖北 武汉 430064)

舵传动拉杆常用材料腐蚀试验

李德远1，胡军华2，武 朝2，黎 申2，陈国琳2

(1．海军驻431厂军代室，辽宁 葫芦岛 125004;2．武汉第二船舶设计研究所，湖北 武汉 430064)

针对目前舵传动拉杆容易腐蚀的问题，对0Cr17Ni4Cu4Nb、18Cr2Ni4WA等几种常用不锈钢材料进行了腐蚀试验对比分析，实海潮差腐蚀、盐雾/干/湿交替循环腐蚀、动电位极化及人工海水全浸腐蚀试验结果表明，0Cr17Ni4Cu4Nb材料可用于拉杆耐腐蚀材料并优于目前舷外拉杆材料。

传动拉杆;0Cr17Ni4Cu4Nb;实海潮差腐蚀;动电位极化

0 引言

舵传动拉杆长期处于干湿交替的海洋环境中，其不仅要求具有较强的机械性能、抗海水腐蚀能力和抗海洋生物粘附能力，同时兼具有较低的摩擦系数及抗磨损能力。目前，舵传动拉杆采用40Cr材料，其耐海水腐蚀性能较差，使用中腐蚀严重，其主要腐蚀包括下述几种：磨损腐蚀、缝隙腐蚀(拉杆与密封圈之间产生的腐蚀)、电偶腐蚀(配对运动副为铝青铜材料)、局部腐蚀、点蚀和均匀腐蚀等。

在解决杆件材料的腐蚀方面，通常采用的方法是选用耐腐蚀性能良好的材料(比如钛合金、高分子材料、陶瓷等)，或者在拉杆材料基体表面采用热处理的方法增进材料表面耐腐蚀性能［1－6］。然而，耐腐蚀性能优良的材料往往价格昂贵或者是某方面的机械性能得不到特定场合的需求，如钛合金基本无腐蚀［7］，但价格昂贵;PEEK材料耐腐蚀和耐磨性能较好，但机械性能不够，常用于空压机阀门阀片中［8－9］;工程陶瓷则脆性大，不适用于大负载且承受径向载荷的情况。另外，陶瓷的制作、生产及加工比较复杂，只适用于部件尺寸及负载较小的场合［10－12］。采用不锈钢作为基体，通过合适的表面热处理方法则不但能满足机械性能和耐腐蚀的要求，而且制作成本低，适合于海水环境下传动拉杆的制作。但不同不锈钢材料的耐腐蚀性能不同，为更好地提高拉杆的防腐性能，本文着重对几种常用材料的耐腐蚀性能进行试验分析，以找出合适的拉杆基体材料作为传动拉杆陶瓷喷涂基材。

1 试验

1.1 实海潮差腐蚀试验

试 验 材 料 为：40Cr，316L，0Cr17Ni4Cu4Nb，1Cr18Ni9Ti，18CrNiW。各种材料试样尺寸为 200 mm×100 mm×2 mm。

试验参照GB/T 6384－1986“船舶及海洋工程用金属材料在天然环境中的海水腐蚀试验方法”。试验6个月，试验区间为间浸试验，由于潮差水位的变化，造成干湿交替的腐蚀作用。试样的挂放按标准执行为串挂固定方式进行腐蚀试验，试样间及其与挂杆金属材料间采用高分子材料的套管和隔套绝缘。

选择三亚和青岛分别代表我国南海和黄海海域环境的海水试验站进行实海标准样板的挂片试验，试验结果如图1和表1所示。

图1 海水试验后裸材外观图Fig.1 The pictures of the material after sea corrosion experiment

将5种裸材在三亚和青岛海水中的腐蚀情况进行对比可以看出，三亚海水腐蚀性比青岛海水强，除了0Cr17Ni4Cu4Nb外其他裸材在三亚海水中的腐蚀速率均大于在青岛海水中的腐蚀速率，而且三亚海水使裸材点蚀倾向变大。40Cr在三亚海水中点蚀和均匀腐蚀同时进行，且点蚀严重，而在青岛海水中则以均匀腐蚀为主，只有少量点蚀。对比材料在三亚和青岛海水的耐蚀性可知，316L及0Cr17Ni4Cu4Nb在这两海水区域中耐蚀性较好。

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1.2 盐雾/干/湿交替循环腐蚀试验

试验材料同实海潮差试验，试验参照GB/T 20854－2007“金属和合金的腐蚀循环暴露在盐雾、‘干’和‘湿’条件下的加速试验”。试验条件为喷雾2 h，5%NaCl溶液，温度35℃;干燥4 h，温度60℃;潮湿2 h，温度50℃，试样尺寸为100 mm×50 mm。

图2 盐雾/干/湿交替循环腐蚀试验曲线Fig.2 The curve of the salt spray/dry/wet alternate cycling corrosion experiment

由图2可知，盐雾/干/湿交替循环下，材料耐蚀性大小为316L＞0Cr17Ni4Cu4Nb＞1Cr18Ni9Ti＞18Cr2Ni4WA＞40Cr，试验中以40Cr和18Cr2Ni4WA的腐蚀率为大。

1.3 动电位极化试验

试验材料同实海潮差试验，试验溶液为3.5%NaCl，室温，试样面积为1 cm2，采用2273电化学工作站进行试验。

图3 裸材试样动电位极化曲线Fig.3 The potentiodynamic polarization curve of the uncover material

表2为从图3的极化曲线中读出的反应材料耐蚀性的参数，点蚀电位Eb100为腐蚀电流等于100 μA·cm－2时所对应的电位值(如图3虚线所示)。

表2 裸材试样动电位极化参数Tab．2 The poteniodynawvic polarization parameterof the wneover material

从表2可见，5种裸材的自腐蚀电位和点蚀电位的大小排序均为：316L＞0Cr17Ni4Cu4Nb＞1Cr18Ni9Ti＞18Cr2Ni4WA＞40Cr;自腐蚀电流的大小排序为：40Cr＞18Cr2Ni4WA＞1Cr18Ni9Ti＞0Cr17Ni4Cu4Nb＞316L。自腐蚀电位越大表明材料越难阳极极化，自腐蚀电流越小表明材料的腐蚀速率越小，点蚀电位越大表明材料越耐点蚀。综合3种参数可得此5种材料的耐蚀性大小顺序为：316L＞0Cr17Ni4Cu4Nb＞1Cr18Ni9Ti＞18Cr2Ni4WA ＞40Cr，这与前面腐蚀试验所得的结论相同。由图3还可以看 出，316L，0Cr17Ni4Cu4Nb，1Cr18Ni9Ti 和18Cr2Ni4WA均有明显的钝化区，而40Cr没有钝化区，这表明40Cr表面不能形成有效的钝化膜阻碍腐蚀的进行，因此40Cr耐蚀性很差。

1.4 实验室人工海水全浸腐蚀试验

在实验室人工海水中模拟材料的海水全浸腐蚀试验，试验方法参照GB/T 10124－1988“金属材料实验室均匀腐蚀全浸试验方法”。试验时间为3 000 h，试验温度为室温，人工海水配方参照GB/T 15748－1995“船用金属材料电偶腐蚀试验方法”进行配方。试验结果如图4所示。

由图4(a)可以看出，316L，0Cr17Ni4Cu4Nb与1Cr18Ni9Ti的腐蚀速率出现先减少后增的现象。这是因为不锈钢钝化膜遭到腐蚀介质破坏发生腐蚀后，钝化膜会很快自我修复，在1 000～2 000 h之间由于溶液中溶解的氧还较充足，因此钝化膜的修复能力较强，对腐蚀的发展起较大的阻碍作用，所以1 000～2 000 h腐蚀速率出现下降;但在2 000 h后，溶液中溶解的氧因消耗变得越来越少，钝化膜的修复能力变差，腐蚀速率自然变大。由图4(b)可见，40Cr的腐蚀速率一直减小，但降低的幅度减小，18Cr2Ni4WA的腐蚀速率先增大后减小，这是因为人工海水全浸时40Cr表面很快会产生锈层，并且锈层会逐渐致密和增厚，18Cr2Ni4WA的耐蚀性比40Cr好，1 000 h时表面只是局部有少量的锈迹，没有形成锈层，对腐蚀的发展不能起阻碍作用，到2 000 h后表面逐渐形成一层锈层，延缓了腐蚀的发展。由以上分析可以看出，其5种材料在人工海水中的耐蚀性大小顺序为：316L＞0Cr17Ni4Cu4Nb＞1Cr18Ni9Ti＞18Cr2Ni4WA ＞40Cr，此结果与盐雾干湿交替循环腐蚀试验相同。

2 结语

本文对几种常用的不锈钢材料的耐腐蚀进行了大量的试验研究，从实海潮差腐蚀、盐雾/干/湿交替循环腐蚀、动电位极化及人工海水全浸腐蚀试验结果来看，316L的耐腐蚀性最好，0Cr17Ni4Cu4Nb次之，40Cr最差，但316L，1Cr18Ni9Ti的抗拉强度不够，不宜作为拉杆的基材。为此，从材料耐蚀性和机械力学性能综合考虑，拉杆基体材料应选用0Cr17Ni4Cu4Nb较为合适。

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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

李德远(1965－)，男，高级工程师，从事船舶装置研究。