集美大学轮机先进运维技术研究团队：锡青铜及5种常用铁碳合金在模拟海水中的耐腐蚀磨损性能

2026-04-01 13:28:16 作者：本网发布来源：材料工程分享至：

锡青铜及5种常用铁碳合金在模拟海水中的耐腐蚀磨损性能

集美大学轮机先进运维技术研究团队

论文基础信息

标题：锡青铜及五种常用铁碳合金在模拟海水中的耐腐蚀磨损性能

作者：刁望¹, 王艺霏¹, 肖帅恒¹, 曾嵘¹, 张启发¹, 杨理京², 温文辉¹, 戴乐阳¹, 程俊³, 曾步辉^1*, 王军伟^1*

1. 集美大学轮机工程学院福建省船舶与海洋工程重点实验室，福建厦门 361021

2. 西安赛福斯材料;防护有限责任公司，西安 710200

3. 集美大学海洋装备与机械工程学院，福建厦门 361021

关键词：腐蚀磨损；锡青铜；铁碳合金；海水腐蚀

DOI：10.11868/j.issn.1001-4381.2025.000271

摘要

船舶的锚链环、外露在海水中的滑动轴承等零部件长期处于海水腐蚀与磨损（简称“蚀损”）工况，其耐蚀损性能直接影响海工装备的服役安全性。利用腐蚀磨损原位电化学测试方法，研究了锚链钢（CM690）、轴承钢（GCr15）、船体钢板（AH36钢）、柴油机缸套用铸铁（HT350）、滑动轴承铜轴瓦（锡青铜QSn8）和常用机械零件用钢（45钢）在人工海水中的耐腐蚀和耐蚀损性能，探究了其耐蚀损机理。结果表明：在纯腐蚀条件下，QSn8自腐蚀电位远高于其他铁碳合金，且腐蚀速率最小（0.09 mm/a）。但在腐蚀磨损条件下，HT350因具有较高硬度和石墨片的润滑作用，其蚀损率（6.28×10^-6 mm³/（N·m））较低，仅次于QSn8（3.47×10^-6 mm³/（N·m））；其他4种材料蚀损率均较高，在（1.22~1.88）×10^-5 mm³/（N·m）之间。QSn8在模拟人工海水环境下具有较好的耐腐蚀和耐蚀损性能，是耐蚀损零件首选材料，但成本较高，在满足其他力学性能要求的前提下，可以选择HT350材料。

研究背景

在“海洋强国”背景下，开发和利用海洋资源是我国重要战略目标之一。船舶、海上风电和海洋石油开采平台、深海探测器等海洋装备的锚链环、外露关节轴承、螺旋桨等海工装备摩擦副或过流部件长期处于海水腐蚀和磨损等恶劣环境中，要求其结构材料具有良好的耐腐蚀和耐磨损性能。腐蚀与磨损耦合作用（简称“蚀损”）将加速材料失效过程，缩短设备的服役寿命，增加设备的维修成本。研究海工装备摩擦副和过流部件常用典型结构材料在海洋环境中耐腐蚀和耐蚀损性能，探讨其机理，对选材和开发耐蚀损性先进材料具有重要意义。

创新点

在相同的实验条件下系统对比了锚链钢（CM690）、轴承钢（GCr15）、船体钢板（AH36钢）、柴油机缸套用铸铁（HT350）、滑动轴承铜轴瓦（锡青铜QSn8）和常用机械零件用钢（45钢）在模拟海水中纯腐蚀和耐腐蚀磨损性能，探讨了耐蚀损机理，填补了国际上关于海工装备常用金属结构材料在海水环境中耐腐蚀磨损性能横向对比的空白。

图1 6种试样在NaCl水溶液中纯腐蚀条件下的动电位极化曲线图

表1 6种试样动电位极化曲线拟合数据

图2 6种试样在NaCl水溶液中腐蚀磨损条件下的磨损率

研究结果

1.在纯腐蚀条件下，研究的6种材料中，QSn8的腐蚀速率最小（0.09 mm/a），HT350的腐蚀速率最大（2.18 mm/a），而其他四种铁碳合金试样的腐蚀速率介于两者之间，表明QSn8的耐腐蚀性能最好。

2.磨损促进了腐蚀，在腐蚀磨损条件下，6种合金蚀损率由小到大依次是：QSn8 <HT350 <CM690 <AH36 <GCr15 <45钢，因铜合金QSn8具有最低的腐蚀磨损率（3.47 ×10⁻⁶ mm³/(N·m)）和最小的摩擦系数（0.20），是加工海水环境下耐腐蚀磨损零部件最佳材料；HT350蚀损率仅次于QSn8，主要因为其具有较高的硬度和石墨减磨润滑作用，但也不排除碳化物等硬质相对摩擦头支撑作用和该试样良好的抗摩擦疲劳开裂性能等潜在因素。

3.对处于海水腐蚀与磨损条件下的零件，若对塑性和抗拉强度要求不高，从考虑材料成本角度，可以考虑采用铸铁HT350代替铜合金QSn8。

团队介绍

面向“海洋强国”战略，针对复杂海洋环境中（含极深、极寒、高温等深远海极端环境），轮机运动部件（柴油机、螺旋桨、齿轮等）由于腐蚀、磨损、冲蚀等复杂因素导致的快速失效问题，开展海洋环境下金属腐蚀、磨损和润滑机理相关的基础理论研究。

基于戴乐阳教授读博期间研发的等离子体球磨技术（获“2021年广东专利奖金奖”），研发海洋环境下高性能缓蚀减磨纳米润滑添加剂、新型耐海水蚀损高熵合金及其涂层材料；采用热喷涂、激光熔覆等高性能表面涂层增材制备工艺，开发特殊功能的金属/陶瓷系列涂层和先进再制造技术。团队核心技术包括等离子体球磨纳米缓蚀润滑新材料、耐蚀损新型金属材料，以及先进表面增材再制造新工艺等，通过先进运维技术突破轮机动力装置蚀损率高的瓶颈，延长轮机装备的可靠性和服役寿命。目前团队主要的研究方向有：1.等离子体球磨制备海洋纳米功能材料；2.轮机磨损机理与先进润滑技术；3.海工装备耐蚀损先进合金及增材制造技术；4.船舶动力装置结构设计及优化分析；5.模式识别与智能系统；6.工程电磁场数值模拟与检测技术。近五年，团队承担国家自然科学基金项目2项，参与国家自然科学基金重点项目1项，主持多个省部级项目；发表高水平论文50多篇，其中JCR二区及以上SCI论文20余篇，授权发明专利6件。团队与武汉理工大学、中国船舶重工集团公司第七二五研究所、厦门材料研究院、厦门市政集团有限公司、厦门宝沃美生物科技有限公司等单位开展合作。

成果及平台附图：

论文出处

刁望, 王艺霏, 肖帅恒, 曾嵘, 张启发, 杨理京, 温文辉, 戴乐阳, 程俊, 曾步辉, 王军伟. 锡青铜及5种常用铁碳合金在模拟海水中的耐腐蚀磨损性能[J]. 材料工程, 2026, 54(3): 201-212

DIAO Wang, WANG Yifei, XIAO Shuaiheng, ZENG Rong, ZHANG Qifa, YANG Lijing, WEN Wenhui, DAI Leyang, CHENG Jun, ZENG Buhui, WANG Junwei. Corrosion and wear resistance of tin bronze and five commonly used iron-carbon alloys in simulated seawater[J]. Journal of Materials Engineering, 2026, 54(3): 201-212