摩擦腐蚀试验中的开路电位(OCP)及其演变

各种材料的降解是由于电化学和机械成分的协同作用造成的。亚博网站下载开路电位(OCP)及其在摩擦腐蚀测试中的变化可以更好地了解这种退化过程。

力量的城市轨道交通TriboLab™将电化学和摩擦学功能集成到一个设备中，与传统设备不同的是，用户可以在摩擦腐蚀测试期间监控OCP的变化。该设备的开发是为了帮助工程师和科学家创造耐摩擦腐蚀的新材料，在恶劣环境中更加耐用和可靠。亚博网站下载

图1所示。城市轨道交通TriboLab

(OCP在Tribocorrosion

用于各种用途的新材料的开发，包括化学、海洋、石亚博网站下载化、生化、牙科和采矿应用，涉及到摩擦腐蚀作为一项重要的研发活动。摩擦腐蚀测试需要摩擦接触之间的电化学和机械相互作用。

磨损、滑动磨损、微动、固体颗粒侵蚀和空化损伤是摩擦腐蚀涉及的机械部件。材料的降解过程由于这些化学和机械成分的存在而协同增强。

例如，机械相互作用可能会周期性地破坏材料表面的保护性钝化膜，增加降解速率。

摩擦腐蚀的研究涉及电化学和摩擦学。为了发现阳极和阴极反应水平平衡的电化学电位，有必要观察所有电化学过程中的OCP。

在这种状态下的净电流为零。采用了一种能够在摩擦腐蚀试验中跟踪OCP变化的摩擦腐蚀模块力量的城市轨道交通TriboLab测试设备。

Bruker的摩擦腐蚀评估工具

在摩擦腐蚀研究中，恒电位器和摩擦计是进行电化学测量的必要条件。该摩擦计提供相对运动和控制机械载荷之间的反表面，如陶瓷球和金属样品。

Bruker的通用摩擦腐蚀测试设备UMT TriboLab采用涂层或大块金属测试样品。测试可以在化学溶液中进行，如氧化剂、酸性、离子润滑剂、体液、盐溶液、碱性等。

法向力(Fz)和摩擦力(Fx)由摩擦计测量。这个力数据提供了摩擦系数(COF)的值，作为时间的函数。

与摩擦计集成的恒电位器进行电化学极化测试。腐蚀电流(i_相关系数)数据、材料因腐蚀而去除的速率和亚博网站下载腐蚀电位(E_相关系数)也由恒电位器提供。

除了力通道中的数据，在摩擦腐蚀测试期间，恒电位器还可以记录OCP数据。

Bruker的TriboLab的模块化设计使其能够灵活地包含一系列测试参数。它还提供速度、位置和负载的精确控制。

有三个主要的驱动系统在测试-滑块为X运动，Y阶段为Y运动，和马车为Z运动。TriboScript™和TriboID™集成的智能软件和硬件接口的存在，使TriboLab成为一个多功能、高效和用户友好的设备。

TriboID可以配置并自动检测连接到设备上的众多组件，这对设备的平稳运行至关重要。TriboScript提供了一个安全的、增强的脚本接口，可以从内建的测试块中编译测试序列。实时控制和数据分析软件也包含在设备中。

OCP演进的度量

图2显示了OCP (V₀)图为在氯化钠溶液中对AISI 316不锈钢进行摩擦腐蚀试验之前，期间和之后的时间函数。前300秒没有负载，OCP值约为-0.220 V。在第一阶段后施加5牛顿的载荷，并在随后的900秒中进行滑动模态摩擦腐蚀试验。

当摩擦腐蚀试验开始时，OCP逐渐向阴极方向变化，摩擦力也相应增加。400秒后OCP和摩擦力稳定。在这一阶段，完全去除防止不锈钢进一步腐蚀的钝化膜，实现了OCP和摩擦的动态平衡。

OCP记录的从起始到稳定的最大变化约为0.080 V。由于样品表面钝化氧化膜的去除，导致钝化区与未钝化区之间产生电偶联，这是摩擦腐蚀过程中OCP变化的原因。

OCP回到了测试开始时的水平，也就是滑动运动结束和负载释放的时候。AISI 316不锈钢创造了一个坚韧的，自愈合，粘附的被动氧化铬膜，可以保护它的腐蚀。

图2。OCP (V₀)在氯化钠溶液中对AISI 316不锈钢进行摩擦腐蚀试验;初始300s无负载，无滑动;接下来的900秒，滑动的法向力是5牛;接下来的300秒，滑动停止，负载被移走了。

在摩擦腐蚀试验中，由于机械磨损，薄膜受到影响。当机械滑动停止时，保护膜覆盖在磨损轨道区域。这确保OCP最终返回到正常水平。

一个力量ContourGT^®三维光学显微镜对试样上形成的磨损轨迹进行了评价。全磨痕的轮廓如图3A所示。图3B显示了沿图3A所示水平线的磨痕深度轮廓。磨痕的宽度为188µm，深度为0.436µm。

图3。(A)摩擦腐蚀试验后不锈钢表面的磨痕轮廓，(B)磨痕沿3(A)水平线的深度轮廓。

在阴极条件下再次进行了摩擦腐蚀试验。为了保持较低的电化学腐蚀速率，对样品施加相对于OCP的1v阴极电位。

在阴极条件下，材料的去除率往往是由滑动磨损引起的。在阴极条件下，ContourGT光学显微镜捕捉到的全磨损疤痕的轮廓如图4A所示。

如图4B所示，磨损痕沿图4A所示水平线的深度。磨痕的宽度约为232µm，深度约为0.217µm。

在阴极条件下，磨损疤痕的深度约为正常摩擦腐蚀试验的一半(图3B)。结果再次证实，在阴极条件下，化学成分和机械成分结合导致的材料降解率较低。亚博网站下载这说明在阴极条件下，摩擦腐蚀的发生速率较低。

图4。(A)阴极摩擦腐蚀试验后不锈钢表面的磨痕形貌;(B)磨痕沿(A)中水平线的深度轮廓。

利用Bruker的摩擦腐蚀模块可以成功地观察到摩擦腐蚀过程中OCP的变化。在由于摩擦腐蚀而导致材料退化，导致可靠性和耐久性问题的应用中，可以生成类似的数据，用于比较多种材料。亚博网站下载

结论

在选择和开发用于各种用途的新材料的过程亚博网站下载中，包括化学、海洋、石化、生物化学、牙科和采矿应用的过程中，检查金属材料对磨损和腐蚀协同作用引起的降解的脆弱性是一个必要的步骤。

布鲁克的TriboLab测试系统适用于进行摩擦腐蚀试验，观察摩擦腐蚀过程中OCP的变化。

这些信息来源于布鲁克纳米表面公司提供的材料。亚博网站下载

有关此来源的更多信息，请访问力量纳米表面。