海水管路系统是船舶运行系统的重要组成部门，，阐扬着消防、、冷却、、压载以及洗濯等职能，，对于保险船舶重要设备的安全运行起到了不成或缺的作用 [1,2] 。。由于海水的侵蚀作用，，海水管路系统面对严重的侵蚀问题 [3~5] 。：Ｋ苈废低吵鱿止收匣虬芑，，会大大影响舰船的正常运行。。因而，，海水管路的选材成为船舶设计的重中之重 [6~8] 。。钝性金属由于会在理论形成一层不变致密的钝化膜，，故障了侵蚀性离子和基体的接触，，使金属资料拥有了优异的耐侵蚀机能 [9,10] ，，尤其以铜镍合金、、不锈钢和钛合金为代表的资料被宽泛利用于海水管路中。。钛合金作为耐蚀性较好的资料，，利用于海水管路，，可能提高海水管路的使用功夫 [11] ，，并且钛合金还拥有质量轻、、强度大、、无磁性等利益 [12~14] 。。美国已在多型舰艇上使用钛合金海水管路，，如美国2003年下水的“圣安东尼奥”级两栖船厂运输舰。。早在20世纪60~80年代，，俄罗斯在多型号潜艇和导弹艇上就使用了钛合金管路 [15,16] 。。美国水师舰船利用数据显示，，钛合金管路寿命为40年，，而目前使用的铜镍合金管路资料寿命只有6~8 a [17] 。。作为第三代海水管路资料，，钛合金必将在水师舰艇 [18] 、、高技术船舶、、智能船舶领域得到宽泛利用。。
目前，，钛合金在海水中的侵蚀钻研重要集中于静水浸泡和海水流动冲刷方面。。杨万国等 [19] 通过电化学测试法与失重法钻研了铜镍合金和钛合金在海水中的侵蚀行为，，在经过了30 d的浸泡尝试之后，，失重尝试了局显示钛合金未产生质量损失。。严少坤等 [20] 通过电化学测试的步骤钻研了TA2纯钛在分歧成分的人为海水中电化学钝化与特定电位的活化过程。。通过恒电位极化、、动电位极化以及电化学阻抗谱等传统电化学测试伎俩得出：在1.6 V(SCE)左近有电流峰出现，，并伴随有肯定的活化过程。。结合Mott-Schottky曲线测试，，可能得知试样理论膜的半导体特点在电流峰处产生了转变。。在电流峰出现后，，使用扫描电镜(SEM)对侵蚀描摹进行观察，，显示在该电位领域左近，，TA2理论形成的钝化膜拥有显著的缺点。。罗小兵等 [21] 使用海水管路仿照系统仿照了海水管路的现实工况，，并利用电化学测试等步骤对比了TA2纯钛和其余3种海水管路常用资料在静态和动态海水环境中的耐蚀性，，了局显示，，TA2纯钛在静态海水中未产生显著侵蚀。。钛合金无论在静止海水还是在流动海水中，，由于理论钝化膜的保；ぷ饔，，均拥有较好的耐侵蚀性。。只有当理论钝化膜出现粉碎时，，才会导致进一步的侵蚀。。
国内外对于钝性金属部门侵蚀的钻研重要集中于静态海水环境中，，对于其在流动海水中侵蚀行为的钻研成就较少，，出格是对钝化膜在流动海水冲刷下的侵蚀个性分析更是鲜有钻研，，海水管路运行过程中受到高流速海水冲刷侵蚀，，钛合金理论状态和流体冲刷状态直接影响海水管路耐侵蚀机能，，廖聪豪等 [22] 钻研批注抛光钛合金的自侵蚀电位与自侵蚀电流密度均大于未抛光钛合金。。要深刻分析钛合金在流动海水冲刷下的耐侵蚀机能，，首先必要分析钛合金在分歧流速和分歧理论处置状态下其理论钝化膜的侵蚀个性，，所以对钛合金钝化膜在流动海水环境中的电化学机能以及半导体性质进行深刻钻研，，进而分析其部门侵蚀机理对于新一代钛合金海水管路系统的利用评估拥有重要现实意思。。
1、、 尝试步骤
尝试资料为TA2纯钛，，通过自主设计的海水管路综合仿照平台进行TA2纯钛冲刷侵蚀尝试，，该平台蕴含多个模块，，能够仿照海水管路在多个流速下陆续冲刷的现实工况。。尝试平台重要职能如下：(1)海水流速节制职能；；(2) 原位电化学测试职能；；(3) 冲刷环境成分实时监测职能。。
选取线切割将所用试样加工成高度为20 mm的圆环状，，为了钻研分歧初始理论状态对管路资料在流动海水中耐蚀性的影响，，对TA2纯钛试样别离进行抛光和钝化处置。。将处置后的试样用如图1所示的电解池模具夹持并装置到测试管段中。。尝试海水为通辽海域天然海水，，用CS353便携式电化学工作站进行电化学测试。。尝试选取三电极系统，，TA2纯钛试样作为工作电极、、钛基贵金属氧化物阳极作为辅助电极、、Ag/AgCl 作为参比电极(尺度电位为0.197 V)。。通过阀门节制管路中海水流速别离为0、、1、、2、、3、、4和5 m/s，，每组流速下冲刷功夫为240 h。。
动电位极化曲线测试能够获得钛合金部门侵蚀电位的有关信息、、电化学阻抗测试能够获得试样理论钝化膜的不变性，，Mott-Schottky曲线测试能够获得理论钝化膜的半导体个性，，丈量领域为-1.0~1.5 V。。选取Zeiss Ultra55场发射型扫描电子显微镜(SEM)，，对侵蚀试样理论点蚀坑、、膜层等侵蚀描摹进行观察。。
选取HIROX KH-8700三维视频显微镜观察试样理论侵蚀描摹。。
2、、 TA2纯钛在流动海水中的侵蚀行为钻研
2.1 极化曲线
冲刷1 h且待试样理论状态不变后，，极化曲线了局如图2所示。。各流速下极化曲线特点类似，，注明资料在分歧流速下侵蚀机理大体一样。。在静态环境和动态冲刷环境中极化曲线的钝化区都极度显著。。由于钛合金在海水环境中的点蚀电位能够达到几伏之高 [23] ，，所以在该钝化区间不会有点蚀出现。。一方面，，钝化膜在钝化膜/基体界面处向基体一侧成长，，另一方面，，在钝化膜/溶液界面处存在钝化膜的溶化，，当钝化膜的溶化与成长速度达到动态平衡时，，钝化膜达到不变状态。。当电位升高时，，钝化膜理论产生有氧析出反映，，导致氧化膜的溶化速度加快。。在电位靠近1~1.5 V(相对于Ag/AgCl参比电极)时，，侵蚀电流忽然增大，，极化曲线出现突变点。。这是由于Ti作为活跃金属，，氧化尺度电位较低，，钛合金理论的钝化膜容易产生氧化反映，，廉价钛的氧化物TiO、、Ti2O3 等进一步氧化为TiO2。。随着钝化膜的自我修复，，析氧反映减弱，，当电位持续升高，，氧化膜的修复和析氧反映持续维持这种竞争关系，，侵蚀电流持续增大。。当电位升高到肯定水平后，，钝化膜的修复作用将超过理论的溶化效应，，电流被克制，，钝化区出现。。
由图2可见，，两种初始理论状态下的试样在分歧流速的海水冲刷中，，维钝电流密度相差不大，，这是由于TA2纯钛在分歧流速的海水中均易产生钝化，，试样理论天生一层致密的氧化膜，，故障了海水中各类离子的传质过程，，使TA2纯钛阐发出良好的耐蚀性。。相比于理论钝化处置试样，，抛光状态试样在流动海水冲刷下阴极极化存在极限扩散特点，，这重要是由于钝化状态试样理论已经形成了钝化膜，，其对氧的亏损少于尚未形成钝化膜的理论抛光试样。。抛光试样由氧传质速度节制的去极化发展慢，，出现不随电位变动的极限电流密度。。
对比两种理论状态下TA2纯钛的极化曲线，，如图2所示，，抛光和钝化状态试样都存在显著的钝化区，，分析可得，，对于分歧海水流速下，，两种理论处置钛合金试样的维钝电流密度(I p )相差不大，，0，，1，，2，，3，，4 和 5 m/s 流速下别离为 ：31.62~116.68，，23.66~66.83，，30.69~67.14，，32.21~90.57，，29.17~94.62和30.06~64.42 mA/m2 。。
2.2 电化学阻抗谱
分歧流速下的电化学阻抗数据如图3所示，，从图3a中能够看出，，TA2纯钛在流动海水中的阻抗均阐发出单一容抗弧的个性，，该容抗弧由溶液和金属理论的双电层电容引起。。在分歧流速的海水中，，资料阐发出了类似的阻抗特点，，即资料在5 m/s以内流速的海水冲刷下耐蚀性并未产生显著变动。。这是由于在流动海水环境中，，钛合金理论天生了致密的钛氧化物 [10] ，，如TiO 2 ，，可能预防基体的进一步侵蚀。。用图4所示等效电路对阻抗数据进行拟合，，了局如表1所示，，在静态海水中，，钝化膜电阻R f 更高，，在流动的海水中，，R f 小幅度变动，，但整体数值趋于不变，，进一步注明钛合金在海水中形成了不变致密的钝化膜。。
由图5能够看出，，钝化处置后的TA2纯钛在流动海水中的容抗弧阐发为一条倾斜的直线，，呈单一容抗弧的特点。。流速从0 m/s上升到5 m/s的过程中，，容抗弧直径并未产生显著变动，，说了然钛合金理论钝化膜不会随着流速上升受到粉碎，，阐发出了良好的保；せ。。
用图4等效电路对阻抗谱数据进行拟合，，能够看出R f 只出现了细小的高低浮动，，未产生显著的变动，，注明钝化后的TA2纯钛在5 m/s以内流速的海水环境中险些不产生侵蚀。。由表1和2可知，，理论钝化处置试样的R f 高于理论抛光处置试样，，这重要是由于理论钝化试样由于钝化处置，，导致其电阻高于理论抛光的试样。。
2.3 Mott-Schottky曲线
为了分析TA2钛合金在分歧流速海水中钝化膜的半导体机能，，测试了TA2纯钛的Mott-Schottky曲线，，了局如图6所示。。由图6可知，，两种理论状态下TA2纯钛的Mott-Schottky曲线斜率均为正，，注明在所测电位区间内，，钝化膜出现出n型半导体的特点。。
对于 n 型半导体，，可用以下方程式来暗示 Mott-Schottky曲线中空间电荷层的电容C -2 和电位E之间的关系，，并推算出相应的施主密度N D ：
式中，， ε 0 为真空电容率，， ε 为钝化膜在室温下的介电常数，，N D 为施主密度，， E fb 为平带电位，，k为Boltzmann常数，，T为温度，，e为电子电量(取值1.6 × 10 -19 C)。。半导体的平带电位能够用来评价侵蚀过程，，随着平带电位的降低，，Fermi能级会相应升高，，更易于失去电子，，从而形成越发致密的氧化膜，，使资料理论的耐蚀性得到提升。。半导体的平带电位表白式可用以下公式暗示 [24] ：
式中，， E F0 ∕ q 代表空间电荷层的电位降，，Δ? H 代表外Helmholtz层与电极理论的电位差。。
利用式(1)和(2)能够推算出分歧流速下TA2纯钛的施主密度 N D 以及平带电位 E fb ，，了局如图 7所示。。
对于两种理论状态下的试样，，在静态海水中，，钝化膜的N D 和 E fb 都显著低于流动海水中，，注明在静态海水中钛合金的耐蚀机能更强，，随着海水流速的上升，，抛光后试样的N D 和 E fb 总体呈小幅上升趋向，，钝化后试样的N D 和 E fb 先增大后减小，，但流速从1 m/s上升到5 m/s的过程中，，两种理论状态试样的钝化膜耐蚀性变动的并不显著，，该法规与极化曲线测试了局一致。。
3、、 侵蚀描摹观察与成分分析
3.1 三维描摹
对极化测试后的TA2纯钛进行三维描摹观察，，得到了局如图8和9所示。。
抛光处置TA2纯钛的三维侵蚀描摹如图8，，在静态海水中，，试样理论较为平坦，，但在流动海水中有少量细小的凹坑出现，，可能是流动海水中存在的砂粒等造成的机械危险，，但钝化膜层整体仍维持齐全，，没有点蚀出现，，进一步证了然TA2纯钛的点蚀电位很高，，1.5 V的电压(相对于Ag/AgCl参比电极)无法将试样理论钝化膜击穿，，且1 m/s到5 m/s的流速也
无法对钝化膜造成显著的粉碎。。钝化处置TA2纯钛的三维侵蚀描摹如图9，，理论有显著的沟壑状描摹，，这是进行钝化处置前TA2纯钛管路试样的原始描摹，，试样理论的沟壑均较浅，，注明钝化处置时形成的钝化膜较为平坦，，在图中并未观察到点蚀等部门侵蚀景象，，注明钝化处置后试样理论形成了不变致密的钝化膜。。
3.2 侵蚀产品描摹
图10为抛光处置试样极化测试后在分歧海水流速下的描摹。。在分歧流速的动态海水中，，TA2纯钛试样理论光滑，，没有点蚀坑出现，，能够观察到打磨后留下的痕迹。。抛光处置的TA2纯钛在海水环境中自觉形成不变致密的TiO2钝化膜，，故障了海水中的Cl-穿透，，拥有良好的抗侵蚀能力。。
钝化处置试样极化测试后在分歧海水流速下的SEM描摹如图11所示，，试样理论可观察到钝化处置之前TA2纯钛理论的沟壑状描摹，，钝化膜较为齐全，，没有显著的部门侵蚀，，注明钝化处置后天生的钝化膜也拥有优良的耐蚀能力。。
4 、、结论
(1) 5 m/s以内，，海水流速变动对TA2纯钛理论钝化膜的耐蚀性影响较小，，在流动海水中钛合金理论钝化膜会由于析氧反映出现短暂的溶化景象，，但很快就会进行再钝化修复，，对资料的耐蚀性并未产生显著影响。。
(2) 抛光状态TA2纯钛在流动海水冲刷下阴极极化存在极限扩散特点，，重要是由于钝化状态试样理论已经形成了钝化膜，，其对氧的亏损少于尚未形成钝化膜的理论抛光TA2纯钛。。理论抛光TA2纯钛由氧传质速度节制的去极化发展慢，，出现不随电位变动的极限电流密度。。
(3) TA2纯钛理论钝化膜在海水中均只出现n型半导体特点，，且极化测试后资料理论平坦，，未有显著部门侵蚀景象出现。。
参 考 文 献
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