常温下汽车用原位复合材料的耐腐蚀性能.pdf

第2 2 卷第2 期2 0 1 5 年6 月辽东学院学报(自然科学版)J o u r n a lo fE a s t e r nL i a o n i n gU n i v e r s i t y(N a t u r a lS c i e n c e)V 0 1 2 2N o 2J u n 2 0 1 5【化学工程与材料】D O I：1 0。1 4 1 6 8 j i s s n 1 6 7 3-4 9 3 9 2 0 1 5 0 2 0 2常温下汽车用原位V C p F e 复合材料的耐腐蚀性能李光辉(柳州职业技术学院，广西柳州5 4 5 0 0 6)摘要：在常温下通过对汽车用原位V C p F e 复合材料与4 5 钢的质量、形态对比，研究分析酸性废齿轮油环境对其的腐蚀。研究表明：发动机在常温2 5 的变质酸性润滑油介质中，车用V C p F e 复合材料作为发动机材料比4 5 钢具有更好的耐腐蚀性能。关键词：常温；汽车用原位V C p F e 复合材料；耐酸性废齿轮油中图分类号：T B 3 3 1文献标志码：A文章编号：1 6 7 3 4 9 3 9(2 0 1 5)0 2 0 0 8 2 0 4资料显示，日系汽车发动机连杆、凸轮轴、活塞销等零部件均采用4 5 钢，其使用对润滑油酸值环境均有一定的要求。根据我国现行的石油产品酸值测定法，汽车用的齿轮油酸值要求小于等于0 3 5m g K O H g 2 3 ，而汽车用的齿轮油长时间使用后大部分呈现酸性，其酸性值都会增加2m g K O H g，这种酸性对发动机用4 5 钢有一定腐蚀性，因此研究一种耐酸性废齿轮油腐蚀的复合材料对发动机材料的发展有重要意义。以往关于原位自生V C p F e 铁基复合材料的研究主要集中在制备的工艺、耐磨性等方面。本实验在2 5 停车状态下，对汽车用原位自生V C p F e 铁基复合材料在变质酸性废齿轮油环境下的耐腐蚀性进行研究，。1 试验准备及方法的制定本研究所用材料主要包括试验用汽车用原位自生V C p F e 铁基复合材料、4 5 钢及变质酸性废齿轮油。1 1 汽车用原位自生V C p F e 铁基复合材料的制备及成分分析汽车用原位自生V C p F e 铁基复合材料的制备是通过把准备好的5 0 0g 铸造生铁(俗称灰口铁)放人中频感应炉中，等通电待其熔化后，加人准备好的中碳钢。当温度升至18 7 3 1 5K(采用M C T1 1 0 精密数字测温仪测定熔体温度)，再加入经处理过的均匀合金碎片，同时表层加人按4：l 的质量分数比例混合而成的草木灰和木炭的覆盖剂Ho覆盖熔体，待1 5 2 0r a i n 后，清除干净炉渣杂质后出炉，再倒入纯铝丝包进行脱氧，制成研究所需的试样。制备的汽车用原位自生V C p F e 复合材料以铁基复合材料作为基体HJ，化学成分主要有C、s i、S、P、F e、V、M n 等，其中C、S i、S、P、M n、F e 元素的获得主要来自加人的铸造生铁(俗称灰V I 铁)，钒碳颗粒物V C p 的获得主要是通过钒铁矿材料引入。所使用原材料化学成份含量及主要作用如表1 所示。制备的汽车用原位自生V C p F e 复合材料所含主要元素的质量百分数分别为c2 0、V3 5、S i0 7 5，余量为F e 的含量。收稿日期：2 0 1 5 一0 1 3 0作者简介：李光辉(1 9 8 3 一)，男，河南周口人，双学士学位，助教，研究方向i 汽车维修、材料成型等。8 2 万方数据第2 期李光辉：常温下汽车用原位V C p F e 复合材料的耐腐蚀性能表1汽车用原位V C p F e 复合材料原材料的化学成份及主要作用1 2 对比材料的选取选用铸造的4 5 钢作为对比的材料。汽车用原位自生V C p F e 铁基复合材料和4 5 钢的尺寸大小如图1 所示。Joe1一100。图1 试样毛坯工艺尺寸1 3 试验材料组织分析对截取后的汽车用原位V C p F e 复合材料和4 5钢，用毛刷和3 硝酸酒精进行清洗，再用细砂纸对试样进行磨光处理，最后用日立S 一3 4 0 0 N 电镜进行扫描观察金相，成像如图2 所示。由成像可见，试样汽车用原位V C p F e 复合材料的组织由珠光体基体和钒碳增强颗粒组成，4 5 钢的组织由珠光体、渗碳体和少量铁素体组成MJ。V C p F e4 5 钢图23 硝酸酒精腐蚀后的V O p F e 复合材料和4 5 钢的扫描电镜图片1 4 试验介质的准备选用车辆运行1 00 0 0 k m 并且其酸性值大于2 3 5m g K O H g 的废齿轮油，作为实验的介质。1 5 试验方法的制定在常温下封闭的实验室里，利用万分之一克感量的光电分析天平测量干燥好的样品的质量，用螺旋测微器测量样品高度和直径。先把汽车用原位V C p F e 复合材料浸泡在酸性值大于2 3 5m g K O H g 的变质齿轮油中浸泡44 0 0h，而后将其捞出，进行清洗和干燥，再测量其质量，运用失重法进行计算静态腐蚀速率，并用日立S 一3 4 0 0 N 电镜进行扫描观察其腐蚀形貌 j。再用同样的方法，把4 5 钢放人变质齿轮油中浸泡并用E l 立S 一3 4 0 0 N 电镜扫描观察其腐蚀形态。2 试验过程记录在2 5 下封闭的实验室里，静态浸泡在酸性值大于2 3 5m g K O H g 的变质齿轮油中44 0 0h 后两种材料的失重计算结果如图3 所示。I 宦群妻鉴V C p F e4 5 钢图3 在常温2 5 酸性值大于2 3 5m g K O H g的变质齿轮油中的腐蚀速率由图3 可看到，在2 5 下酸性值大于2 3 5m g K O H g 的变质齿轮油中，汽车用原位V C p F e 复8 3 万方数据辽东学院学报(自然科学版)第2 2 卷合材料腐蚀速率明显低于4 5 钢，很显然，汽车用原位V C p F e 复合材料耐腐蚀性能明显高于4 5 钢，与4 5 钢相比汽车用原位V C p F e 复合材料耐酸腐蚀性能高出将近十倍左右。并且利用日立S 一3 4 0 0 N 电镜对静态浸泡在变质齿轮油中44 0 0h 后的二种材料进行扫描的S E M 照片如图4 所示。f a)V C p F e5 0 0 Xf I)-1 S N5 0 0 X图4 在常温2 5 酸性值大于2 3 5m g K O H g l j 勺变质齿轮油中腐蚀表面1 j g S E M 形貌由图4(a)可看出，汽车用原位V C p F e 复合材料表面腐蚀程度较小，在钒碳增强颗粒周围只是局部出现了腐蚀坑。而图4(b)表明，4 5 钢局部腐蚀严重，局部脱落较多。对比汽车用原位V C p F e 复合材料和4 5 钢S E M 形貌照片，汽车用原位V C p F e 复合材料腐蚀坑最小，数量也明显低于4 5 钢，这说明汽车用原位V C p F e 复合材料在酸性值大于2 3 5m g K O H g 的变质齿轮油中抗腐蚀性是较好的。3 试验分析一些资料旧。的研究结论表明：圆整度较高的颗粒改善了应力分布的状态，进而改变复合材料的耐酸腐蚀性能。如图2 所示，本研究所制备的车用V C p F e 复合材料，改善了颗粒形貌，使钒碳颗粒以纤细的纹路为主。从图中的形态来看，钒碳颗粒形状比较圆整，容易与铁基体结合，使应力分布较为合理，提高了汽车用原位V c p F e 复合材料的耐酸性废齿轮油腐蚀的性能。从图4 显示出，在2 5c j C 下封闭的实验室里，放人酸性值大于2 3 5m g K O H g 的变质齿轮油的两种材料被腐蚀，其实这是发生了电化学腐蚀反应。图4(a)表明，汽车用原位V C p F e 复合材料中的钒碳颗粒在酸性废齿轮油中阳极电位较低一J，致使电位差较小，在酸性废齿轮油中这种腐蚀速度极易被钝化，在珠光体基体和钒碳颗粒结合面形成8 4，稳定的钝化膜，这就可以阻止酸性废齿轮油对汽车用原位V C p F e 复合材料进一步的腐蚀，这样就提高了汽车用原位V C p F e 复合材料的耐酸性废齿轮油的腐蚀性。图4(b)显示出，4 5 钢与汽车用原位V C p F e 复合材料相比腐蚀比较严重，表面有成片的剥落，剥落的形状呈连在一起交叉的网状结构，形成的腐蚀坑也比较大，比较深。这主要是因为4 5 钢由珠光体、渗碳体和少量铁素体组成，颗粒纹路比较粗糙。当静态浸泡在酸性值大于2 3 5m g K O H g的变质齿轮油后，珠光体、渗碳体和少量铁素体形成较大电位差，产生了电化学反应，进而形成较大、较深的腐蚀坑，表现出来的是成片的剥落，并呈交叉网状。通过本研究就可以看出，在2 5 下静态浸泡在变质齿轮油里的的4 5 钢耐腐蚀性较差。那么与4 5 钢相比，汽车用原位V C p F e 复合材料具有的良好耐酸性废齿轮油腐蚀的原因，本文认为主要是因为在铸造生铁中加人的钒铁矿产生的耐酸腐蚀性，钒元素和铸造生铁中的碳元素结合形成了一些颗粒，这些颗粒改变了制备试样的微观组织结构，而这种车用V C p F e 复合材料也主要是有这些珠光体基体和钒碳颗粒组成，钒碳颗粒相是具有绝缘的陶瓷相，这为良好的耐酸腐蚀性能提供了好的条件。这主要是钒元素和碳元素结合生成的钒碳颗粒，大大降低了汽车用原位V C p F e 复合材料中碳元素成分的含量，进而降低了车用V C p F e 复万方数据。第2 期李光辉：常温下汽车用原位V C p F e 复合材料的耐腐蚀性能合材料在酸性废齿轮油中的电位差，减弱了微电池效应，从根本上提高了材料的耐酸腐蚀性能。并且从图2 中可以看到，汽车用原位V C p F e 复合材料中的钒碳颗粒也比较圆滑，珠光体基体和钒碳颗粒结合面非常紧密，这样酸性废齿轮油就不易渗人复合材料，进而减少与酸性废齿轮油接触的面积，减少阳极电位，从此提高了汽车用原位V C p F e 复合材料的耐酸性废齿轮油腐蚀的能力。但是，从图4(a)中也可以看出，汽车用原位V C p F e 复合材料表面也有局部较大的腐蚀坑，这是因为在制备汽车用V C p F e 复合材料时，对钒碳颗粒和铁基体的结合面纯净度要求较高，要求平滑无杂质，但由于材料本身膨胀系数、强度、弹性模量的差异，钒碳颗粒和铁基体取向不同，这极易造成珠光体基体和钒碳颗粒边界产生残余应力，在静态浸泡在酸性废齿轮油中时，珠光体基体和钒碳颗粒边界最先被腐蚀，当钒碳颗粒周围被腐蚀后，钒碳颗粒就开始脱落，形成较多的腐蚀坑，这也从另一个方面说明，在制备汽车用原位V c p F e 复合材料时，钒碳颗粒和铁基体的结合面是关键因素，在本研究中存在不足，应该重点控制。4 结论在本试验研究中，通过在铸造生铁(俗称灰口铁)中加入钒铁矿，进而产生的钒碳颗粒使汽车用原位V C p F e 复合材料比4 5 钢有好的耐酸性废齿轮油腐蚀的性能。但钒碳颗粒和铁基体结合面如果控制不好，很容易形成较大的网状腐蚀面，这将是汽车用原位V C p F e 复合材料下一步的研究方向，从而进一步提高汽车用原位V C p F e 复合材料耐酸性废齿轮油腐蚀的性能。参考文献：1 全国自动车整备专门学校协会自动车材料 M 东京：山海棠出版部，1 9 9 2：8 8 2 G B T 2 6 4 石油产品酸值测定法 s 3 G B T 2 5 8 汽油、煤油、柴油酸度测定法 s 4 隆丹宁原位自生T i C p F e、V C p F e 复合材料制备过程覆盖剂及低温加T i 法、低温加V 法的研究 D 南宁：广西大学硕士学位论文，2 0 0 7 5 钟元龙原位自生T i C p F e 复合材料的制备工艺及其性能研究 D 南宁：广西大学硕士学位论文，2 0 0 4 6 邓文英金属工艺学：上 M 北京：高等教育出版社。2 0 0 2：1 0 2 5 7 中国标准出版社第五编辑室金属材料腐蚀试验方法标准汇编：第2 版 M 北京：中国标准出版社，2 0 1 0：1 0 0 3 2 0 8 唐武，高义民，鲍崇高，等A 1 2 0 3 颗粒增强不锈钢基表面复合材料腐蚀性能研究 J 西安交通大学学报，2 0 0 0，3 4(5)：1 0 0 1 0 5 9 姚秀荣，杨传胜，刘兆晶，等V C p F e 复合材料的耐蚀性研究 J 材料科学与工艺，2 0 0 7，2(1 5)：1 4 51 4 8 1 0 张宝宏金属电化学腐蚀与防护 M 北京：化学工业出版社，2 0 0 5：5 0 3 0 0(责任编辑：鞠衍清)C o r r o s i o n r e s i s t a n c eo fi n-s i t uV C p F eC o m p o s i t eo fa nA u t o m o b i l eu n d e rN o r m a lT e m p e r a t u r eL IG u a n g h u i(L i u z h o uP r o f e s s i o n a lT e c h n o l o g yC o l l e g e，L i u Z h o u5 4 5 0 0 6，C h i n a)A b s t r a c t：T h ec o r r o s i o n r e s i s t a n c eo fi n-s i t uV C p F ec o m p o s i t eo fa na u t o m o b i l et oa c i d-r e s i s t a n tw a s t eg e a ro i lu n d e rn o r m a lt e m p e r a t u r ew a ss t u d i e d T h eq u a l i t ya n df o r mo ft h ec o m p o s i t ew a sc o m p a r e dw i t h4 5 一t y p es t e e l T h er e s u l t ss h o wt h a ti nt h em e d i u mo fd e t e r i o r a t i v ea c i dl u b r i c a t i n go i lt h eV C 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