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我国海洋强国战略和“21世纪海上丝绸之路”的推进对海洋材料的耐腐蚀性能提出了很高的要求,船舶建造急需同时具有良好力学性能和优异耐流动腐蚀性能的铸态材料。其中,海水泵阀系统在服役中通常需要同时承受海水的腐蚀和流动海水的冲刷作用,容易因发生流动腐蚀而失效。因此,我国现阶段急需高性能新型阀门材料(Rm 550 MPa,Rp0.2 240 MPa,A 15%,铸件成品率95%,在流速为5 m/s的海水中腐蚀速率<0.05 mm/y)。铜合金由于具有优异的耐海水腐蚀性能和抗海生物污损性能,在海洋工业领域得到了广泛的应用。镍铝青铜(NAB)合金是铜合金中最耐流动腐蚀的合金之一,但其耐流动腐蚀性能仍无法满足我国现阶段对新型阀门材料提出的要求。研究不同成分NAB合金的显微组织与腐蚀性能之间的内在联系,探索其在海水中的腐蚀动力学机制,建立流动腐蚀速率与海水流速之间的关系模型,可以为开发新型阀门材料提供理论依据。本文以现有NAB合金(CuAl9Ni4.5Fe4Mn1.2)为基础,对其进行了 Ni元素和Fe元素含量的优化,结合显微组织的演变,总结了 Ni元素和Fe元素对NAB合金力学性能和耐腐蚀性能的影响规律,有效提高了 NAB合金的耐腐蚀性能;并通过旋转圆盘电极测试装置,系统研究了 NAB合金的阴极和阳极反应动力学机制,阐明了 Ni含量的增加(从4.5 wt.%提高至10 wt.%)和Fe含量的降低(从5.5 wt.%降至2 wt.%)改善NAB合金耐腐蚀性能的机理,构建了层流下NAB合金的流动腐蚀速率与流速之间的关系模型;最后采用本文中的合金成分,成功制备出了截止阀零件,验证了将本文中研究的合金成分应用于实际生产的可行性,构建了紊流下NAB合金的流动腐蚀速率与流速之间的关系模型,得出的结论具体如下:(1)研究了 Ni含量的变化对NAB合金显微组织和力学性能的影响规律,利用电化学阻抗谱、静态浸泡失重、表面腐蚀产物与形貌以及局部腐蚀深度分析方法全面评价了不同Ni含量NAB合金在NaCl溶液中的静态腐蚀行为,阐明了 Ni含量的增加改善NAB合金耐腐蚀性能的根本原因。随着NAB合金中Ni含量的增加(从4.5 wt.%增至10 wt.%),更多Ni元素固溶在Cu基固溶体相α相中,显微组织中形成更多NiAl金属间化合物相,最容易发生腐蚀的β’相(马氏体孪晶相)含量降低,Ni含量增加至8 wt.%可以彻底消除β’相。通过固溶强化和第二相强化,Ni含量的增加使合金的屈服强度和硬度得到了提高,但由于α相的粗化以及条状NiAl相的出现,抗拉强度和延伸率呈下降趋势。基体α相中固溶Ni含量的增加不仅可以提高α相的表面电位,降低NAB合金的局部腐蚀驱动力,还可以在长期浸泡中使NAB合金表面形成更稳定的表面保护层,这两方面因素与易蚀β’相含量的下降共同使NAB合金的耐腐蚀性能得到了显著提高。将NAB合金中Ni含量从4.5 wt.%提高到10 wt.%,在NaCl溶液中浸泡28天后的腐蚀速率从0.016 mm/y降低至0.008 mm/y,耐腐蚀性能提高了 1倍。(2)采用旋转圆盘电极装置测试不同转速下NAB合金的阴极和阳极极化曲线,揭示了 NAB合金在NaCl溶液中的腐蚀动力学机制,建立了层流腐蚀电流密度与最大流速之间的关系模型。腐蚀电位附近的阴极反应受电荷传递控制,阳极反应同时受电荷传递和传质双重因素影响,属于混合控制。NAB合金中Ni含量的增加,使合金中的α相和β’相含量降低,降低了阴极还原反应的活性区面积,抑制了阴极氧还原反应,β’相含量的降低抑制了阳极铜溶解反应。阴极和阳极反应速率的同时降低,使NAB合金的耐流动腐蚀性能显著提高。当圆盘电极最大流速为0.654 m/s时,NAB合金中Ni含量从4.5 wt.%增加至10 wt.%,腐蚀电流密度降低了 30%。由于阳极溶解反应受传质因素影响,层流状态下NAB合金的腐蚀电流密度随流速的增加而增加,且与最大流速的平方根呈良好线性关系。(3)综合考虑力学性能和耐腐蚀性能,选定Ni含量为6 wt.%,进一步研究了 Fe含量的变化对NAB合金显微组织、力学性能、静态和动态腐蚀性能的影响规律,揭示了 Fe含量的降低(从5.5 wt.%降至2 wt.%)改善NAB合金耐腐蚀性能的根本原因。Fe含量较高的NAB合金显微组织较为细小,综合力学性能优异(NAB-5.5Fe:Rm737 MPa,Rp0.2 317 MPa,A 27.8%)。随着Fe含量的降低,其显微组织明显粗化,抗拉强度、屈服强度和延伸率都呈下降趋势,但是仍可以满足新型阀门材料的力学性能要求。通过降低Fe元素含量,可以降低易蚀β’相的含量,提高固溶在基体α相中的Al元素和Ni元素含量,提高表面膜的保护性能,从而有效提高NAB合金的静态和动态腐蚀性能。NAB合金中的Fe元素含量从5.5 wt.%降低至2 wt.%,可以使其在NaCl溶液中浸泡28天后的静态腐蚀速率降低约70%,在最大流速为0.654 m/s时的层流腐蚀电流密度降低约18%。(4)采用本文中的NAB合金成分,通过精密铸造工艺成功制备出形状完整、轮廓清晰、无铸造缺陷的截止阀零件,分析了阀门样品与采用铸铁模具浇注的铸锭样品在显微组织和力学性能上的差异,建立了紊流条件下NAB阀门样品腐蚀电流密度与流速之间的关系模型。由于阀门零件在铸造过程中的冷速较小,其显微组织比铸锭样品粗大,力学性能略有下降,但NAB-4.5Ni、NAB-6Ni、NAB-8Ni和NAB-2Fe阀门样品可以基本满足新型阀门材料的力学性能要求。NAB合金在紊流下的腐蚀电流密度与流体流速的平方根呈良好的线性关系,且随Ni含量的增加和Fe含量的减少而降低。