海水环境中Ti6Al4V合金的频率依赖性微动摩擦腐蚀机理研究

本文系统研究了Ti6Al4V合金在海水环境中不同频率（50-200 Hz）下的微动摩擦腐蚀行为。研究发现随着频率升高，磨损率从5.5×10?6增至1.6×10?5 mm3/N·m，磨损机制由磨粒磨损向粘着磨损转变。通过量化腐蚀加速磨损（ΔWC）和机械磨损（ΔWM）的协同作用，揭示了高频条件下再钝化能力不足导致钝化膜保护性下降，进而加剧亚表层微观结构减薄的机制。

　　

Highlight

频率对微动摩擦腐蚀机制的影响通过电化学测试和微观结构分析得到深入阐释。高频条件（200 Hz）下磨损率显著增加，同时磨损机制从磨粒磨损转变为粘着磨损。腐蚀加速磨损（corrosion-accelerated wear）的贡献率随频率升高从83.02%降至62.89%，而机械磨损（mechanical wear）从10.57%升至34.31%。单次划痕实验表明，低频条件下高再钝化速率促进了高保护性钝化膜的形成。

材料微观结构

电子背散射衍射（EBSD）分析显示Ti6Al4V合金由平均尺寸3.93±1.33 μm的等轴晶组成。β-Ti相（BCC）均匀嵌入α-Ti相（HCP）中，晶粒取向呈随机分布。高角晶界（HAGBs）和低角晶界（LAGBs）的空间分布均匀，核平均误取向差（KAM）图证实位错密度在晶界处较高。

摩擦腐蚀过程中微动频率对磨损轨迹内再钝化行为的影响

材料损失主要取决于ΔW_C，而腐蚀对磨损的加速作用主要由机械去钝化引发。单次划痕测试中，钝化膜破裂后电流密度急剧上升，随后呈现指数衰减的再钝化过程。低频（50 Hz）条件下再钝化速率常数（k）为0.28 s^-1，显著高于高频（200 Hz）的0.05 s^-1。有限元模拟进一步表明，高频导致再钝化时间不足，钝化膜保护性下降。

结论

Ti6Al4V合金在摩擦腐蚀条件下的机制显著受微动频率调控。频率从50 Hz升至200 Hz时，磨损率急剧增加，这与加剧的电化学腐蚀和机械磨损协同作用相关。低频时的高再钝化能力有利于形成保护性钝化膜，而高频导致再钝化不充分，钝化膜保护性减弱。同时，高频条件下劣化的钝化膜对磨损轨迹内塑性变形引起的位错运动阻力有限，更易导致应力集中和亚表层微观结构减薄。