液体介质对铝青铜空蚀行为的影响机理

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空蚀是流体机械中的常见现象。空蚀不但影响流体机械的运行效率,严重时还会损坏过流部件。在很多工程应用中,液体介质具有腐蚀性,与其接触的过流部件面临着腐蚀与空蚀的双重作用。尽管针对空蚀已经开展了大量的研究,但关于先腐蚀而后空蚀的研究鲜见报道,对液体介质的物理属性对空蚀的影响的认识尚不充分,在该方面开展深入的探究具有重要的学术价值与工程应用意义。本文借助超声空蚀实验系统,分别研究了铝青铜试样在3.5%NaCl溶液、酸、碱溶液中腐蚀后的空蚀行为。通过系统的对比,发现在相同的空蚀条件下,腐蚀时间越长,铝青铜试样的空蚀累计质量损失越多。随着腐蚀时间增加,表面粗糙程度增强,空蚀衰减阶段缩短但稳定阶段延长。腐蚀与空蚀的协同作用导致较高的空蚀速率,并且随着腐蚀时间的延长,空蚀对质量损失的影响更加明显。其次,对比研究了酸性(p H=4)、碱性(p H=10)和3.5%NaCl溶液的腐蚀对铝青铜试样空蚀的影响。试样在3.5%NaCl溶液腐蚀后,空蚀破坏程度最高;相比较,试验经酸性溶液腐蚀后的空蚀破坏程度最低。空蚀和腐蚀是两种导致试样表面破坏的因素,空蚀对试样表面粗糙度的影响更大。腐蚀后的铝青铜试样,在α相处形成保护性的腐蚀产物,而在共析体处未形成有效的保护膜,所以空蚀对共析体的破坏更严重。因此,腐蚀加强了铝青铜的选择性空蚀效应。在不同温度的蒸馏水中进行了超声空蚀实验研究,描述了影响铝青铜超声空蚀的因素以及该过程中的力学传导机制。在不同工况条件下,对比分析了液体介质温度对空蚀的影响。通过测量试样表面的残余应力、试样的截面硬度以及电子背散射衍射特征,解释了空化泡溃灭对试样表面的作用机制。研究表明,试样表面吸收了空化泡溃灭时释放的能量后,作用区域不断向四周延展,能量超过材料的屈服强度极限时就会产生塑性变形,表层位错密度上升,晶粒择优取向形成织构。同时,塑形变形和晶粒择优取向导致残余压应力及加工硬化层的形成。超声空蚀60 min的情况下,试样加工硬度层厚度大约为0.6 mm,在介质温度10℃的浅表层硬度值最高,强化程度最明显。
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