C01型膜盤聯(lián)軸器是安裝在某船舶露天甲板上的。在船舶航行過(guò)程中,甲板上會(huì)濺入大量海水,經(jīng)過(guò)聯(lián)軸器兩端的風(fēng)機(jī)作用,膜盤聯(lián)軸器服役于高濃度海水鹽霧中,這對(duì)膜盤聯(lián)軸器上連接螺栓的耐蝕性提出了更高的要求。膜盤材料為TC4鈦合金,因此在考慮螺栓材料耐蝕性的同時(shí),應(yīng)確保其與TC4鈦合金不會(huì)形成明顯的電偶腐蝕。

15-5PH（0Cr15Ni5Cu4Nb）不銹鋼具有很好的表面光滑性和尺寸穩(wěn)定性,且加工性能好,力學(xué)性能優(yōu)良,耐一般環(huán)境腐蝕[1-3]。15-5PH不銹鋼是在17-4PH不銹鋼的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種馬氏體沉淀硬化不銹鋼,其不僅廣泛應(yīng)用于航空、航天以及核電等尖端領(lǐng)域,而且在海洋工程設(shè)備中（如與各種海水接觸的高壓容器、螺旋槳、傳動(dòng)軸承和船體的外殼等）的使用也日益增多,因此適合作為高濃度海水鹽霧環(huán)境中的緊固件材料[4-6]。C01型膜盤聯(lián)軸器緊固件材料為15-5PH不銹鋼,長(zhǎng)期運(yùn)行后多次出現(xiàn)不明原因的腐蝕斷裂現(xiàn)象[7],因此需要尋找適用于高鹽霧環(huán)境中的聯(lián)軸器材料。15-5PH不銹鋼的力學(xué)性能及C01膜盤聯(lián)軸器緊固件的力學(xué)性能及要求如表1所示,可以看出,15-5PH不銹鋼的力學(xué)性能滿足C01膜盤聯(lián)軸器的力學(xué)性能要求。但15-5PH不銹鋼是否滿足聯(lián)軸器的耐蝕性要求,還需要進(jìn)一步研究。

目前,關(guān)于15-5PH不銹鋼與TC4鈦合金（C01型膜盤聯(lián)軸器常用材料）耦合使用時(shí)的腐蝕研究相對(duì)較少。筆者通過(guò)點(diǎn)蝕試驗(yàn)、縫隙腐蝕試驗(yàn)、應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)、疲勞腐蝕試驗(yàn)、電偶腐蝕試驗(yàn)和模擬腐蝕試驗(yàn)等,對(duì)15-5PH不銹鋼的耐蝕性進(jìn)行了研究。以期為15-5PH不銹鋼在高鹽霧環(huán)境鈦合金膜盤聯(lián)軸器中的應(yīng)用提供參考。

1. 試驗(yàn)

1.1 點(diǎn)蝕試驗(yàn)

按照GB/T 17897-2016《不銹鋼三氯化鐵點(diǎn)腐蝕試驗(yàn)方法》開(kāi)展點(diǎn)蝕試驗(yàn),具體試驗(yàn)參數(shù)如下：試驗(yàn)溶液為6%（質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同）FeCl3溶液；試驗(yàn)時(shí)間為72 h；溶液溫度為55 ℃,采用三個(gè)平行試樣,見(jiàn)圖1。

圖 1 點(diǎn)蝕試樣宏觀形貌

Figure 1. Macrographs of samples after pitting corrosion

1.2 縫隙腐蝕試驗(yàn)

按照GB/T 10127-2002《不銹鋼三氯化鐵縫隙腐蝕試驗(yàn)方法》開(kāi)展縫隙腐蝕試驗(yàn),具體試驗(yàn)參數(shù)如下：試驗(yàn)溶液為6% FeCl3溶液；試驗(yàn)時(shí)間為72 h；溶液溫度為55 ℃,縫隙腐蝕示意見(jiàn)圖2。

圖 2 縫隙腐蝕試驗(yàn)示意

Figure 2. Schematic diagram of crevice corrosion

1.3 應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)

按照GB/T 15970.7-2000《金屬和合金的腐蝕　應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)　第7部分：慢應(yīng)變速率試驗(yàn)》開(kāi)展試驗(yàn),具體試驗(yàn)參數(shù)如下：拉伸應(yīng)變速率為10-6 /s；腐蝕介質(zhì)為模擬海水溶液（3.5%NaCl溶液）；試驗(yàn)溫度為室溫。試樣尺寸如圖3所示。

圖 3 慢應(yīng)變速率拉伸試樣尺寸

Figure 3. Dimensions of slow strain rate tensile specimens

1.4 疲勞腐蝕試驗(yàn)

按照GB/T 20120.2-2006《金屬和合金的腐蝕　腐蝕疲勞試驗(yàn)　第2部分：預(yù)裂紋試樣裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)》開(kāi)展試驗(yàn),試樣尺寸如圖4所示。疲勞腐蝕試驗(yàn)參數(shù)如下：最大應(yīng)力360 MPa；最小應(yīng)力0 MPa；應(yīng)力頻率10 Hz；最大循環(huán)周期106次；腐蝕介質(zhì)為海水；試驗(yàn)在常溫下進(jìn)行。

圖 4 疲勞腐蝕拉伸試樣尺寸

Figure 4. Dimensions of tensile specimens for fatigue corrosion

1.5 電偶腐蝕試驗(yàn)

參考GB/T 15748-2013《船用金屬材料電偶腐蝕試驗(yàn)方法》開(kāi)展試驗(yàn),使用多通道電偶腐蝕儀記錄電偶腐蝕電位和電流,具體試驗(yàn)參數(shù)如下：腐蝕介質(zhì)為天然海水；試驗(yàn)時(shí)間為15 d；試驗(yàn)溫度為室溫。

2. 結(jié)果及討論

2.1 點(diǎn)蝕試驗(yàn)

由圖5可見(jiàn)：經(jīng)過(guò)點(diǎn)蝕試驗(yàn)后,15-5PH不銹鋼表面點(diǎn)蝕坑數(shù)量較多,且點(diǎn)蝕坑深度較深。點(diǎn)蝕質(zhì)量損失測(cè)量結(jié)果表明,三個(gè)平行試樣的質(zhì)量損失相近,平均質(zhì)量損失為4.571 5 g。點(diǎn)蝕深度統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：15-5PH不銹鋼的點(diǎn)蝕深度相對(duì)較大,見(jiàn)表2。點(diǎn)蝕試驗(yàn)結(jié)果表明15-5PH不銹鋼具有較強(qiáng)的點(diǎn)蝕敏感性,且點(diǎn)蝕坑主要向縱深發(fā)展[8-9]。

圖 5 15-5PH不銹鋼經(jīng)過(guò)點(diǎn)蝕試驗(yàn)后的表面宏觀形貌

Figure 5. Macro surface morphology of 15-5PH stainless steel after pitting test before (a) and after (b) acid pickling

2.2 縫隙腐蝕試驗(yàn)

由圖6可見(jiàn)：人工縫隙處發(fā)生了優(yōu)先腐蝕,其他部位也發(fā)生了不同程度的點(diǎn)蝕?？p隙腐蝕質(zhì)量損失測(cè)量結(jié)果表明：三個(gè)平行試樣的腐蝕質(zhì)量損失較為接近,平均質(zhì)量損失為2.633 g,遠(yuǎn)小于由點(diǎn)蝕試驗(yàn)導(dǎo)致的腐蝕質(zhì)量損失。縫隙腐蝕試驗(yàn)結(jié)果表明15-5PH不銹鋼具有縫隙腐蝕敏感性,實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中應(yīng)盡量避免出現(xiàn)這種縫隙工況[10-11]。

圖 6 15-5PH不銹鋼縫隙腐蝕試驗(yàn)后的形貌

Figure 6. Morphology of 15-5PH stainless steel after crevice corrosion test before (a) and after (b) acid pickling

2.3 應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)

由圖7可見(jiàn)：在空白和海水環(huán)境中,15-5PH不銹鋼的應(yīng)力-位移曲線在彈性階段基本重合,表明海水環(huán)境對(duì)15-5PH不銹鋼的力學(xué)行為沒(méi)有顯著影響[12]。

圖 7 15-5PH不銹鋼的慢拉伸應(yīng)力-位移曲線

Figure 7. Stress-displacement curves of 15-5PH stainless steel with slow strain tension

由表3可見(jiàn)：15-5PH不銹鋼的抗拉強(qiáng)度敏感性比值、斷后伸長(zhǎng)率敏感性比值和斷口收縮率敏感性比值均接近1,可以認(rèn)為其在海水中沒(méi)有顯著的應(yīng)力腐蝕敏感性[13]。