海水管路系统是船舶运行系统的主要组成部分，，，，，，，，施展着消防、冷却、压载以及洗濯等功效，，，，，，，，关于包管船舶主要装备的清静运行起到了不可或缺的作用 [1,2] 。。。。。。。由于海水的侵蚀作用，，，，，，，，海水管路系统面临严重的侵蚀问题 [3~5] 。。。。。。。海水管路系统泛起故障或损坏，，，，，，，，会大大影响舰船的正常运行。。。。。。。因此，，，，，，，，海水管路的选材成为船舶设计的重中之重 [6~8] 。。。。。。。钝性金属由于会在外貌形成一层稳固致密的钝化膜，，，，，，，，阻碍了侵蚀性离子和基体的接触，，，，，，，，使金属质料具有了优异的耐侵蚀性能 [9,10] ，，，，，，，，尤其以铜镍合金、不锈钢和钛合金为代表的质料被普遍应用于海水管路中。。。。。。。钛合金作为耐蚀性较好的质料，，，，，，，，应用于海水管路，，，，，，，，能够提高海水管路的使用时间 [11] ，，，，，，，，并且钛合金还具有质量轻、强度大、无磁性等优点 [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年月，，，，，，，，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] 。。。。。。。美国水师舰船应用数据显示，，，，，，，，钛合金管路寿命为40年，，，，，，，，而现在使用的铜镍合金管路质料寿命只有6~8 a [17] 。。。。。。。作为第三代海水管路质料，，，，，，，，钛合金必将在水师舰艇 [18] 、高手艺船舶、智能船舶领域获得普遍应用。。。。。。。

现在，，，，，，，，钛合金在海水中的侵蚀研究主要集中于静水浸泡和海水流动冲洗方面。。。。。。。杨万国等 [19] 通过电化学测试法与失重法研究了铜镍合金和钛合金在海水中的侵蚀行为，，，，，，，，在经由了30 d的浸泡实验之后，，，，，，，，失重实验效果显示钛合金未爆发质量损失。。。。。。。严少坤等 [20] 通过电化学测试的要领研究了TA2纯钛在差别因素的人工海水中电化学钝化与特定电位的活化历程。。。。。。。通过恒电位极化、动电位极化以及电化学阻抗谱等古板电化学测试手段得出：在1.6 V(SCE)周围有电流峰泛起，，，，，，，，并陪同有一定的活化历程。。。。。。。团结Mott-Schottky曲线测试，，，，，，，，能够得知试样外貌膜的半导体特征在电流峰处爆发了转变。。。。。。。在电流峰泛起后，，，，，，，，使用扫描电镜(SEM)对侵蚀形貌举行视察，，，，，，，，显示在该电位规模周围，，，，，，，，TA2外貌形成的钝化膜具有显着的缺陷。。。。。。。罗小兵等 [21] 使用海水管路模拟系统模拟了海水管路的现实工况，，，，，，，，并使用电化学测试等要领比照了TA2纯钛和其余3种海水管路常用质料在静态和动态海水情形中的耐蚀性，，，，，，，，效果显示，，，，，，，，TA2纯钛在静态海水中未爆发显着侵蚀。。。。。。。钛合金无论在静止海水照旧在流动海水中，，，，，，，，由于外貌钝化膜的；；；；；ぷ饔茫，，，，，，均具有较好的耐侵蚀性。。。。。。。只有当外貌钝化膜泛起破损时，，，，，，，，才会导致进一步的侵蚀。。。。。。。

海内外关于钝性金属局部侵蚀的研究主要集中于静态海水情形中，，，，，，，，关于其在流动海水中侵蚀行为的研究效果较少，，，，，，，，特殊是对钝化膜在流动海水冲洗下的侵蚀特征剖析更是鲜有研究，，，，，，，，海水管路运行历程中受到高流速海水冲洗侵蚀，，，，，，，，钛合金外貌状态和流体冲洗状态直接影响海水管路耐侵蚀性能，，，，，，，，廖聪豪等 [22] 研究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。。。。。。。要深入剖析钛合金在流动海水冲洗下的耐侵蚀性能，，，，，，，，首先需要剖析钛合金在差别流速和差别外貌处置惩罚状态下其外貌钝化膜的侵蚀特征，，，，，，，，以是对钛合金钝化膜在流动海水情形中的电化学性能以及半导体性子举行深入研究，，，，，，，，进而剖析其局部侵蚀机理关于新一代钛合金海水管路系统的应用评估具有主要现实意义。。。。。。。

1、 实验要领

实验质料为TA2纯钛，，，，，，，，通过自主设计的海水管路综合模拟平台举行TA2纯钛冲洗侵蚀实验，，，，，，，，该平台包括多个模？？？？？？？椋，，，，，，可以模拟海水管路在多个流速下一连冲洗的现实工况。。。。。。。实验平台主要功效如下：(1)海水流速控制功效；；；；；(2) 原位电化学测试功效；；；；；(3) 冲洗情形因素实时监测功效。。。。。。。

接纳线切割将所用试样加工成高度为20 mm的圆环状，，，，，，，，为了研究差别初始外貌状态对管路质料在流动海水中耐蚀性的影响，，，，，，，，对TA2纯钛试样划分举行抛光和钝化处置惩罚。。。。。。。将处置惩罚后的试样用如图1所示的电解池模具夹持并装置到测试管段中。。。。。。。实验海水为青岛海域自然海水，，，，，，，，用CS353便携式电化学事情站举行电化学测试。。。。。。。实验接纳三电极系统，，，，，，，，TA2纯钛试样作为事情电极、钛基贵金属氧化物阳极作为辅助电极、Ag/AgCl 作为参比电极(标准电位为0.197 V)。。。。。。。通过阀门控制管路中海水流速划分为0、1、2、3、4和5 m/s，，，，，，，，每组流速下冲洗时间为240 h。。。。。。。

动电位极化曲线测试可以获得钛合金局部侵蚀电位的相关信息、电化学阻抗测试可以获得试样外貌钝化膜的稳固性，，，，，，，，Mott-Schottky曲线测试可以获得外貌钝化膜的半导体特征，，，，，，，，丈量规模为-1.0~1.5 V。。。。。。。接纳Zeiss Ultra55场发射型扫描电子显微镜(SEM)，，，，，，，，对侵蚀试样外貌点蚀坑、膜层等侵蚀形貌举行视察。。。。。。。

接纳HIROX KH-8700三维视频显微镜视察试样外貌侵蚀形貌。。。。。。。

2、 TA2纯钛在流动海水中的侵蚀行为研究

2.1 极化曲线

冲洗1 h且待试样外貌状态稳固后，，，，，，，，极化曲线效果如图2所示。。。。。。。各流速下极化曲线特征相似，，，，，，，，说明质料在差别流速下侵蚀机理大致相同。。。。。。。在静态情形和动态冲洗情形中极化曲线的钝化区都十明确显。。。。。。。由于钛合金在海水情形中的点蚀电位可以抵达几伏之高 [23] ，，，，，，，，以是在该钝化区间不会有点蚀泛起。。。。。。。一方面，，，，，，，，钝化膜在钝化膜/基体界面处向基体一侧生长，，，，，，，，另一方面，，，，，，，，在钝化膜/溶液界面处保存钝化膜的消融，，，，，，，，当钝化膜的消融与生长速率抵达动态平衡时，，，，，，，，钝化膜抵达稳固状态。。。。。。。当电位升高时，，，，，，，，钝化膜外貌爆发有氧析出反应，，，，，，，，导致氧化膜的消融速率加速。。。。。。。在电位靠近1~1.5 V(相关于Ag/AgCl参比电极)时，，，，，，，，侵蚀电流突然增大，，，，，，，，极化曲线泛起突变点。。。。。。。这是由于Ti作为生动金属，，，，，，，，氧化标准电位较低，，，，，，，，钛合金外貌的钝化膜容易爆发氧化反应，，，，，，，，低价钛的氧化物TiO、Ti₂O₃ 等进一步氧化为TiO₂。。。。。。。随着钝化膜的自我修复，，，，，，，，析氧反应削弱，，，，，，，，当电位继续升高，，，，，，，，氧化膜的修复和析氧反应继续坚持这种竞争关系，，，，，，，，侵蚀电流一连增大。。。。。。。当电位升高到一定水平后，，，，，，，，钝化膜的修复作用将凌驾外貌的消融效应，，，，，，，，电流被抑制，，，，，，，，钝化区泛起。。。。。。。

由图2可见，，，，，，，，两种初始外貌状态下的试样在差别流速的海水冲洗中，，，，，，，，维钝电流密度相差不大，，，，，，，，这是由于TA2纯钛在差别流速的海水中均易爆发钝化，，，，，，，，试样外貌天生一层致密的氧化膜，，，，，，，，阻碍了海水中种种离子的传质历程，，，，，，，，使TA2纯钛体现出优良的耐蚀性。。。。。。。相比于外貌钝化处置惩罚试样，，，，，，，，抛光状态试样在流动海水冲洗下阴极极化保存极限扩散特征，，，，，，，，这主要是由于钝化状态试样外貌已经形成了钝化膜，，，，，，，，其对氧的消耗少于尚未形成钝化膜的外貌抛光试样。。。。。。。抛光试样由氧传质速率控制的去极化生长慢，，，，，，，，泛起不随电位转变的极限电流密度。。。。。。。

比照两种外貌状态下TA2纯钛的极化曲线，，，，，，，，如图2所示，，，，，，，，抛光和钝化状态试样都保存显着的钝化区，，，，，，，，剖析可得，，，，，，，，关于差别海水流速下，，，，，，，，两种外貌处置惩罚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 流速下划分为 ：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

差别流速下的电化学阻抗数据如图3所示，，，，，，，，从图3a中可以看出，，，，，，，，TA2纯钛在流动海水中的阻抗均体现出简单容抗弧的特征，，，，，，，，该容抗弧由溶液和金属外貌的双电层电容引起。。。。。。。在差别流速的海水中，，，，，，，，质料体现出了相似的阻抗特征，，，，，，，，即质料在5 m/s以内流速的海水冲洗下耐蚀性并未爆发显着转变。。。。。。。这是由于在流动海水情形中，，，，，，，，钛合金外貌天生了致密的钛氧化物 [10] ，，，，，，，，如TiO 2 ，，，，，，，，能够避免基体的进一步侵蚀。。。。。。。用图4所示等效电路对阻抗数据举行拟合，，，，，，，，效果如表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 小幅度转变，，，，，，，，但整体数值趋于稳固，，，，，，，，进一步说明钛合金在海水中形成了稳固致密的钝化膜。。。。。。。

由图5可以看出，，，，，，，，钝化处置惩罚后的TA2纯钛在流动海水中的容抗弧体现为一条倾斜的直线，，，，，，，，呈简单容抗弧的特征。。。。。。。流速从0 m/s上升到5 m/s的历程中，，，，，，，，容抗弧直径并未爆发显着转变，，，，，，，，说明晰钛合金外貌钝化膜不会随着流速上升受到破损，，，，，，，，体现出了优良的；；；；；ば阅。。。。。。。

用图4等效电路对阻抗谱数据举行拟合，，，，，，，，可以看出R f 只泛起了细小的上下浮动，，，，，，，，未爆发显着的转变，，，，，，，，说明钝化后的TA2纯钛在5 m/s以内流速的海水情形中险些不爆发侵蚀。。。。。。。由表1和2可知，，，，，，，，外貌钝化处置惩罚试样的R f 高于外貌抛光处置惩罚试样，，，，，，，，这主要是由于外貌钝化试样由于钝化处置惩罚，，，，，，，，导致其电阻高于外貌抛光的试样。。。。。。。

2.3 Mott-Schottky曲线

为了剖析TA2钛合金在差别流速海水中钝化膜的半导体性能，，，，，，，，测试了TA2纯钛的Mott-Schottky曲线，，，，，，，，效果如图6所示。。。。。。。由图6可知，，，，，，，，两种外貌状态下TA2纯钛的Mott-Schottky曲线斜率均为正，，，，，，，，说明在所测电位区间内，，，，，，，，钝化膜泛起出n型半导体的特征。。。。。。。

关于 n 型半导体，，，，，，，，可用以下方程式来体现 Mott-Schottky曲线中空间电荷层的电容C ^-2 和电位E之间的关系，，，，，，，，并盘算出响应的施主密度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)。。。。。。。半导体的平带电位可以用来评价侵蚀历程，，，，，，，，随着平带电位的降低，，，，，，，，Fermi能级会响应升高，，，，，，，，更易于失去电子，，，，，，，，从而形成越发致密的氧化膜，，，，，，，，使质料外貌的耐蚀性获得提升。。。。。。。半导体的平带电位表达式可用以下公式体现 [24] ：

式中，，，，，，，， E ^F₀ ∕ q 代表空间电荷层的电位降，，，，，，，，Δ_{? H} 代表外Helmholtz层与电极外貌的电位差。。。。。。。

使用式(1)和(2)可以盘算出差别流速下TA2纯钛的施主密度 N _D 以及平带电位 E _fb ，，，，，，，，效果如图 7所示。。。。。。。

关于两种外貌状态下的试样，，，，，，，，在静态海水中，，，，，，，，钝化膜的N _D 和 E _fb 都显着低于流动海水中，，，，，，，，说明在静态海水中钛合金的耐蚀性能更强，，，，，，，，随着海水流速的上升，，，，，，，，抛光后试样的N _D 和 E _fb 总体呈小幅上升趋势，，，，，，，，钝化后试样的N _D 和 E _fb 先增大后减。。。。。。。，，，，，，但流速从1 m/s上升到5 m/s的历程中，，，，，，，，两种外貌状态试样的钝化膜耐蚀性转变的并不显着，，，，，，，，该纪律与极化曲线测试效果一致。。。。。。。

3、 侵蚀形貌视察与因素剖析

3.1 三维形貌

对极化测试后的TA2纯钛举行三维形貌视察，，，，，，，，获得效果如图8和9所示。。。。。。。

抛光处置惩罚TA2纯钛的三维侵蚀形貌如图8，，，，，，，，在静态海水中，，，，，，，，试样外貌较为平整，，，，，，，，但在流动海水中有少量细小的凹坑泛起，，，，，，，，可能是流动海水中保存的砂粒等造成的机械损伤，，，，，，，，但钝化膜层整体仍坚持完整，，，，，，，，没有点蚀泛起，，，，，，，，进一步证实晰TA2纯钛的点蚀电位很高，，，，，，，，1.5 V的电压(相关于Ag/AgCl参比电极)无法将试样外貌钝化膜击穿，，，，，，，，且1 m/s到5 m/s的流速也

无法对钝化膜造成显着的破损。。。。。。。钝化处置惩罚TA2纯钛的三维侵蚀形貌如图9，，，，，，，，外貌有显着的沟壑状形貌，，，，，，，，这是举行钝化处置惩罚前TA2纯钛管路试样的原始形貌，，，，，，，，试样外貌的沟壑均较浅，，，，，，，，说明钝化处置惩罚时形成的钝化膜较为平整，，，，，，，，在图中并未视察到点蚀等局部侵蚀征象，，，，，，，，说明钝化处置惩罚后试样外貌形成了稳固致密的钝化膜。。。。。。。

3.2 侵蚀产品形貌

图10为抛光处置惩罚试样极化测试后在差别海水流速下的形貌。。。。。。。在差别流速的动态海水中，，，，，，，，TA2纯钛试样外貌平滑，，，，，，，，没有点蚀坑泛起，，，，，，，，可以视察到打磨后留下的痕迹。。。。。。。抛光处置惩罚的TA2纯钛在海水情形中自觉形成稳固致密的TiO₂钝化膜，，，，，，，，阻碍了海水中的Cl^-穿透，，，，，，，，具有优良的抗侵蚀能力。。。。。。。

钝化处置惩罚试样极化测试后在差别海水流速下的SEM形貌如图11所示，，，，，，，，试样外貌可视察到钝化处置惩罚之前TA2纯钛外貌的沟壑状形貌，，，，，，，，钝化膜较为完整，，，，，，，，没有显着的局部侵蚀，，，，，，，，说明钝化处置惩罚后天生的钝化膜也具有优异的耐蚀能力。。。。。。。

4 、结论

(1) 5 m/s以内，，，，，，，，海水流速转变对TA2纯钛外貌钝化膜的耐蚀性影响较。。。。。。。，，，，，，在流动海水中钛合金外貌钝化膜会由于析氧反应泛起短暂的消融征象，，，，，，，，但很快就会举行再钝化修复，，，，，，，，对证料的耐蚀性并未爆发显着影响。。。。。。。

(2) 抛光状态TA2纯钛在流动海水冲洗下阴极极化保存极限扩散特征，，，，，，，，主要是由于钝化状态试样外貌已经形成了钝化膜，，，，，，，，其对氧的消耗少于尚未形成钝化膜的外貌抛光TA2纯钛。。。。。。。外貌抛光TA2纯钛由氧传质速率控制的去极化生长慢，，，，，，，，泛起不随电位转变的极限电流密度。。。。。。。

(3) TA2纯钛外貌钝化膜在海水中均只泛起n型半导体特征，，，，，，，，且极化测试后质料外貌平整，，，，，，，，未有显着局部侵蚀征象泛起。。。。。。。

参 考 文 献

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