C01型膜盘联轴器是安装在某船舶露天甲板上的。在船舶航行过程中,甲板上会溅入大量海水,经过联轴器两端的风机作用,膜盘联轴器服役于高浓度海水盐雾中,这对膜盘联轴器上连接螺栓的耐蚀性提出了更高的要求。膜盘材料为TC4钛合金,因此在考虑螺栓材料耐蚀性的同时,应确保其与TC4钛合金不会形成明显的电偶腐蚀。

15-5PH（0Cr15Ni5Cu4Nb）不锈钢具有很好的表面光滑性和尺寸稳定性,且加工性能好,力学性能优良,耐一般环境腐蚀[1-3]。15-5PH不锈钢是在17-4PH不锈钢的基础上发展起来的一种马氏体沉淀硬化不锈钢,其不仅广泛应用于航空、航天以及核电等尖端领域,而且在海洋工程设备中（如与各种海水接触的高压容器、螺旋桨、传动轴承和船体的外壳等）的使用也日益增多,因此适合作为高浓度海水盐雾环境中的紧固件材料[4-6]。C01型膜盘联轴器紧固件材料为15-5PH不锈钢,长期运行后多次出现不明原因的腐蚀断裂现象[7],因此需要寻找适用于高盐雾环境中的联轴器材料。15-5PH不锈钢的力学性能及C01膜盘联轴器紧固件的力学性能及要求如表1所示,可以看出,15-5PH不锈钢的力学性能满足C01膜盘联轴器的力学性能要求。但15-5PH不锈钢是否满足联轴器的耐蚀性要求,还需要进一步研究。

目前,关于15-5PH不锈钢与TC4钛合金（C01型膜盘联轴器常用材料）耦合使用时的腐蚀研究相对较少。笔者通过点蚀试验、缝隙腐蚀试验、应力腐蚀试验、疲劳腐蚀试验、电偶腐蚀试验和模拟腐蚀试验等,对15-5PH不锈钢的耐蚀性进行了研究。以期为15-5PH不锈钢在高盐雾环境钛合金膜盘联轴器中的应用提供参考。

1. 试验

1.1 点蚀试验

按照GB/T 17897-2016《不锈钢三氯化铁点腐蚀试验方法》开展点蚀试验,具体试验参数如下：试验溶液为6%（质量分数,下同）FeCl3溶液；试验时间为72 h；溶液温度为55 ℃,采用三个平行试样,见图1。

图 1 点蚀试样宏观形貌

Figure 1. Macrographs of samples after pitting corrosion

1.2 缝隙腐蚀试验

按照GB/T 10127-2002《不锈钢三氯化铁缝隙腐蚀试验方法》开展缝隙腐蚀试验,具体试验参数如下：试验溶液为6% FeCl3溶液；试验时间为72 h；溶液温度为55 ℃,缝隙腐蚀示意见图2。

图 2 缝隙腐蚀试验示意

Figure 2. Schematic diagram of crevice corrosion

1.3 应力腐蚀试验

按照GB/T 15970.7-2000《金属和合金的腐蚀　应力腐蚀试验　第7部分：慢应变速率试验》开展试验,具体试验参数如下：拉伸应变速率为10-6 /s；腐蚀介质为模拟海水溶液（3.5%NaCl溶液）；试验温度为室温。试样尺寸如图3所示。

图 3 慢应变速率拉伸试样尺寸

Figure 3. Dimensions of slow strain rate tensile specimens

1.4 疲劳腐蚀试验

按照GB/T 20120.2-2006《金属和合金的腐蚀　腐蚀疲劳试验　第2部分：预裂纹试样裂纹扩展试验》开展试验,试样尺寸如图4所示。疲劳腐蚀试验参数如下：最大应力360 MPa；最小应力0 MPa；应力频率10 Hz；最大循环周期106次；腐蚀介质为海水；试验在常温下进行。

图 4 疲劳腐蚀拉伸试样尺寸

Figure 4. Dimensions of tensile specimens for fatigue corrosion

1.5 电偶腐蚀试验

参考GB/T 15748-2013《船用金属材料电偶腐蚀试验方法》开展试验,使用多通道电偶腐蚀仪记录电偶腐蚀电位和电流,具体试验参数如下：腐蚀介质为天然海水；试验时间为15 d；试验温度为室温。

2. 结果及讨论

2.1 点蚀试验

由图5可见：经过点蚀试验后,15-5PH不锈钢表面点蚀坑数量较多,且点蚀坑深度较深。点蚀质量损失测量结果表明,三个平行试样的质量损失相近,平均质量损失为4.571 5 g。点蚀深度统计结果表明：15-5PH不锈钢的点蚀深度相对较大,见表2。点蚀试验结果表明15-5PH不锈钢具有较强的点蚀敏感性,且点蚀坑主要向纵深发展[8-9]。

图 5 15-5PH不锈钢经过点蚀试验后的表面宏观形貌

Figure 5. Macro surface morphology of 15-5PH stainless steel after pitting test before (a) and after (b) acid pickling

2.2 缝隙腐蚀试验

由图6可见：人工缝隙处发生了优先腐蚀,其他部位也发生了不同程度的点蚀。缝隙腐蚀质量损失测量结果表明：三个平行试样的腐蚀质量损失较为接近,平均质量损失为2.633 g,远小于由点蚀试验导致的腐蚀质量损失。缝隙腐蚀试验结果表明15-5PH不锈钢具有缝隙腐蚀敏感性,实际应用过程中应尽量避免出现这种缝隙工况[10-11]。

图 6 15-5PH不锈钢缝隙腐蚀试验后的形貌

Figure 6. Morphology of 15-5PH stainless steel after crevice corrosion test before (a) and after (b) acid pickling

2.3 应力腐蚀试验

由图7可见：在空白和海水环境中,15-5PH不锈钢的应力-位移曲线在弹性阶段基本重合,表明海水环境对15-5PH不锈钢的力学行为没有显著影响[12]。

图 7 15-5PH不锈钢的慢拉伸应力-位移曲线

Figure 7. Stress-displacement curves of 15-5PH stainless steel with slow strain tension

由表3可见：15-5PH不锈钢的抗拉强度敏感性比值、断后伸长率敏感性比值和断口收缩率敏感性比值均接近1,可以认为其在海水中没有显著的应力腐蚀敏感性[13]。