钛合金深海应力腐蚀研究进展!

2021-10-28

因能源的短缺,海洋环境逐渐被各个国家所重视。我国在“十三五”规划纲要中指出,要加强深海、深地、深空和深蓝领域的高技术部署,其中,深海首当其冲,可见我国建设海洋强国的决心。深海不仅是石油、天然气和矿产资源勘探、开发的阵地,也是各国海洋科学探索和先进深海技术比拼的主战场,许多国家已加快了深海装备的研制和部署。然而深海的环境复杂严酷,深海除了具有较高的静水压力外,温度、盐度、pH、溶解氧等因素也与浅海环境差异巨大,这就为深海装备带来了未知的腐蚀失效风险。同时,苛刻的深海环境也为深海装备的应用以及材料的深海腐蚀研究带来了挑战。

比强度高、密度较小的钛合金与不锈钢、铝合金等耐蚀材料相比,拥有更好的耐点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀和耐均匀腐蚀性能。而且在高速流动的海水中,其耐腐蚀性能依旧保持良好。钛合金还是唯--的在海水和空气中的疲劳极限几乎无显著差别的高强度材料。所以钛合金被称为海洋金属。虽然钛合金导热性、耐磨性、焊接性欠佳,存在热加工吸氢等问题,但其优异的综合性能仍使它成为一种重要的海洋材料,在深海装备上的应用与日俱增,并且逐渐由零部件向关键结构方向发展,对钛合金深海腐蚀行为的研究和耐蚀性评价也随之成为时下关注的热点。

尽管钛合金在表层海水中表现出十分优异的耐蚀性能,但随其服役水深的不断增加,受深海低温、低氧、高压的影响,钛合金钝化性能降低,这将增加材料发生局部腐蚀,特别是:应力腐蚀开裂的风险。Pang 和Blackwood研究发现,TA2 和TC4在低氧条件下会表现出一定的缝隙腐蚀倾向。杨小佳等”通过电化学方法和U型弯实验在模拟深海环境下对TA2的电化学行为以及应力腐蚀行为进行了研究,结果表明,静水压力对TA2的阳极溶解及阴极析氢反应都会产生促进作用。另一方面,钛合金合金化后也会引起微观组织结构变化。

Pilchak等通过研究Ti-8AI-1Mo-1V合金发现,晶体学取向的刻面是通过合金开裂而产生的。董月成等研究了TC4ELI钛合金在海洋环境下的服役性能,结果表明组织结构对钛合金的服役性能有着重要的影响。此外,焊接、加工等后处理过程带来的组织缺陷和内应力,及其与腐蚀电化学的协同作用,也是引起钛合金深海应力腐蚀的重要因素。