切削液腐蚀金属工件表面的机理探讨

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1、*切削液腐蚀金属工件表面的机理探讨王建录1，陈曦2，曹荣根3，刘义4，税妍4，赵万华1，宁西京2(1西安交通大学机械学院，西安710049;2复旦大学现代物理研究所，上海200433;3复旦大学材料科学系，上海200433;4东方汽轮机有限公司，德阳618000)摘要:在原子水平上分析了切削液与金属表面反应的速率，认为静电感应电位是腐蚀产生的关键因素，并在实验室观察了铁合金表面的腐蚀现象，发现当钻头与工件表面存在静电电位差(约20V)时容易在工件表面形成微米级腐蚀斑点。采用能量色散X射线光谱仪(Ene

2、rgyDispersiveX-RaySpectroscopy，EDX)对腐蚀斑点化学成分的分析表明，氧、硫和氯元素是导致腐蚀发生的主要原因。关键词:切削液;表面腐蚀;化学反应速率中图分类号:TG17文献标志码:A文章编号:1671—3133(2012)06—0006—04ExploringtheerosionmechanismofcuttingfluidonmetalsurfaceWangJianlu1，ChenXi2，CaoRonggen3，LiuYi4，ShuiYan4，ZhaoWanhua1，N

3、ingXijing2(1SchoolofMechanicalEngineering，Xi’anJiaotongUniversity，Xi’an710049，China;2InstituteofModernPhysics，FudanUniversity，Shanghai200433，China;3DepartmentofMaterialScience，FudanUniversity，Shanghai200433，China;4DONGFANGTURBINECO．LTD．，Deyang618000，Sic

4、huan，China)Abstract:Thepresentworkanalysesthechemicalreactionrateatatomiclevelsandshowsthatinducedelectronicpotentialisthekeyfactorleadingtothesurfaceerosion，whichwasprovedviaexperimentsonthesurfaceerosionofFealloysduetocuttingflu-id．Theerosionareaisont

5、hescaleofmicrometerandthespectrumofEDXindicatesthatO，S，andClarethemainelementsintheerosionspots．Keywords:cuttingfluid;surfaceerosion;chemicalreactionrate引言切削液是一种在金属切削加工过程中用来冷却、润滑刀具和工件的工业液体。与传统的皂基乳化剂相比较，由多种高性能的助剂配制而成的切削液具备更良好的冷却性能、润滑性能、清洗性能和防锈性能。但是，在切削液的

6、实际使用过程中，偶尔会在工件表面产生锈斑。例如西安东方机械加工厂在铝工件表面发现了腐蚀斑点［1］，东方汽轮机有限公司偶尔也发现了腐蚀斑点，其扫描电子显微镜(SEM)图如图1所示。图1a、图1b分别采自两个不同工件表面，但使用同一标尺(50μm)。由于腐蚀斑点的线径仅为数微米，肉眼难以发现，因此可能导致由于腐蚀斑点在工件(如发电用汽轮机部件)长期服役过程中逐渐变大0图1腐蚀班点SEM图而使材料失效的严重工程事故。目前关于切削液副作用的研究主要集中于如下四个方面［2］:对润滑性能的影响、对密封橡胶构件(如

7、O型圈)寿命的影响、对机床的腐蚀［3］以及腐蚀的细菌繁殖机理［4］。而关于切削液腐蚀工件表面微观组织的研究却很少见报道。*国家自然科学基金资助项目(50675229);国家重点基础研究发展计划项目(2007CB707703)6王建录，等:切削液腐蚀金属工件表面的机理探讨2012年第6期本文探讨偶尔产生腐蚀锈斑的物理条件以及形成锈斑的主要化学组分，发现当钻头与工件表面存在静电电位差(约20V)时容易在工件表面形成微米级腐蚀斑点，表明氧、硫和氯元素是导致腐蚀发生的主要原因，为进一步开展广泛细致的相关研究打

8、下了基础。切削液并用钻头刻划。几分钟后，用金相显微镜观察受试表面。对四种切削液分别做两次实验(分别为加热样品和加热钻头)，都没有看到样品表面有腐蚀痕迹。在静电模拟实验中，首先将切削液滴淀到样品表面，然后将直流稳压电源的正、负极分别连接于钻头和样品底面，再用钻头刻划样品上表面，最后用金相显微镜观察表面的腐蚀状态。在一百多次实验中，所加直流电压在大多数情况下为20V，也使用了5V和10V电压。在这些受试样品表面一般都能立即看到腐蚀点增多现象。图2所示为受试前