冲击载荷作用下材料的腐蚀磨损耦合作用研究

With the existence of impact load during wet grinding in mining, materials suffer serious damage from corrosive abrasion. Former studies paid a lot of attention to the abrasion of materials. Few systematic researches have been carried out on the coupling effect of corrosive abrasion under strong impact load. In the current study, corrosive abrasion behavior of alloy steels under obvious impact load in simulative mineral slurry with different environmental factors such as mineral species and impact energy will be studied. Influence of these parameters on the impact-corrosion-abrasion of alloy steels will be concluded. Based on the results, effect of impact on corrosive abrasion will be further analyzed and a new impact-corrosion-abrasion map will be plotted. To reveal the inner mechanism, the destruction and repassivation of surface film on alloy steel under impact-corrosion-abrasion condition will be detected by in-situ electrochemical methods. The composition, structure, thickness of surface film will also be evaluated by other ex-situ methods such as XPS, SEM et.al.. These studies will be beneficial to understanding the chemo-mechanical synergistic mechanism and the coupling effect of impact-corrosion-abrasion under harsh service environment, as well as providing new idea on the development of high corrosive abrasion resistance materials under impact load.

在矿山球磨机械的湿式磨矿过程中，核心耐磨部件衬板受到冲击、腐蚀与磨损的耦合作用，损伤严重，这与典型冲击载荷的加入有重要关系。目前的研究多注重材料的摩擦磨损分析，缺乏对材料在明显冲击载荷作用下冲击-腐蚀-磨损耦合作用机制的深入认识。本研究拟立足于腐蚀磨损交互作用研究方法，研究冲击载荷作用下材料的腐蚀-磨损耦合损伤规律；在此基础上进一步完善交互作用研究方法，突出冲击作用对材料损伤的影响，使冲击-腐蚀-磨损三者耦合作用分析更为全面、深入；参考磨蚀原位电化学分析方法及思路，从微观角度深入剖析冲击-磨蚀过程中材料表面层/表面膜层的生成与破坏机理，以期形成更为完善的材料冲击磨蚀耦合作用机理。研究成果能直接为先进钢铁材料的冲击磨蚀防护工作提供科学依据，并为我国矿山湿磨机械构件用关键材料的寿命预测评估奠定坚实基础。

矿山球磨机械在湿式磨矿过程中，核心耐磨部件受到冲击、腐蚀与磨损的耦合作用，损伤严重，这与典型冲击载荷的加入有重要关系。前期研究多注重材料的摩擦磨损分析，缺乏对材料在明显冲击载荷作用下冲击-腐蚀-磨损耦合作用的深入分析，导致实际工业生产中对耐磨部件的选材存在误区。本研究针对这种复杂而严苛的冲击-腐蚀-磨损环境，探究典型环境参数对材料损伤的影响规律。研究发现磨料对耐磨钢冲击腐蚀磨损行为的影响不单单与磨料的硬度相关，磨料的圆润程度对材料的冲击腐蚀磨损也会产生很大影响；磨料粒度对材料损伤的影响规律并非单调变化，随着粒度增大存在损伤的极大值；而随着冲击作用的不断增强，材料的冲击磨蚀主要机制呈现出腐蚀磨损→硬化磨蚀→腐蚀疲劳磨削→裂纹腐蚀扩展导致表层脆性剥落的转变。进一步，本研究优化了腐蚀磨损交互作用试验方法，对不同冲击磨蚀形式下的材料腐蚀磨损分量进行了测试，并绘制了多种材料在不同服役工况中的腐蚀磨损交互作用机制图；对冲击腐蚀磨料磨损中纯冲击及纯磨损作用进行了区分。结果发现，力学作用仍旧是不同类型冲击腐蚀磨损作用（如液固冲刷、气液空泡、冲击磨料磨损等）下材料损伤的主要来源。结合原位电化学研究及材料损伤表面形态、成分组织、微观力学性能等分析，明确了不同力学作用形式对腐蚀均有一定的影响，且以切向应力为主的磨损行为影响较大。更重要的是，研究首次揭露了冲击与磨损之间存在对腐蚀的交互增量作用。最后，归纳了几种典型耐磨钢铁材料的冲击-腐蚀-磨损机制，形成了适用于这种严酷环境下材料的设计思路，为实际工程应用提供重要参考。