1、   課題的提出
　　礦物研磨有兩種方式：干式研磨和濕式研磨。濕式研磨的效率遠比干式研磨高，并且操作環境的粉塵和噪聲等污染可以得到控制，因此，大多數金屬礦石研磨都采用濕式研磨，但是在濕式研磨機中，砂漿介質會給磨礦設備及配件帶來腐蝕問題。研究表明，在濕式磨礦中材料的消耗要遠大于干式磨礦[[i]]。這意味著腐蝕作用給設備及工件帶來的損失消耗相當嚴重，濕式球磨機中的工況十分復雜且較為惡劣，金屬耐磨材料的失效方式為腐蝕和磨損的綜合作用，腐蝕和磨損交互作用會在很大程度上加速材料的流失。因此，研究CADI磨球材料的腐蝕磨損特性具有非常重要的實際工程應用價值。
　　2、   研究方法
　　本研究選用4種不同等溫淬火溫度下的CADI作為試驗材料。實驗所研究的試樣是直徑為100mm的CADI磨球，采用金屬型覆砂鑄造。利用線切割在熱處理后的磨球上切取試樣。
　　礦山選礦用水多為淺層地下水和再利用的選礦廢水，其離子濃度很高。為了調整這種選礦用水的PH值，礦山一般采用中和沉淀法、硫化沉淀法、沉淀浮選法等方法，但由此使得選礦用水的PH值的變化也很難精確控制，直接導致選礦用水可能出現弱酸、中性、弱堿的任何一種情況。為模擬實際工況，本研究選用0.1mol/L的NaOH溶液和0.1mol/L的稀硫酸溶液加去離子水來配制試驗介質，調節試驗介質的酸堿度分別約為PH4、PH7、PH10。
　　為了研究不同奧氏體含量的CADI的腐蝕磨損性能，本文設計了靜態腐蝕試驗和動態腐蝕磨損試驗，其中，靜態腐蝕試驗包括材料腐蝕電位測量、動電位極化曲線測量、全浸腐蝕速度試驗等，腐蝕磨損試驗包括濕砂橡膠輪磨損試驗、攪拌沖刷腐蝕磨損試驗和沖擊腐蝕磨損試驗。本實驗采用低鉻鑄鐵磨球材料作為參考耐磨材料，利用相對耐磨性表示不同奧氏體含量的耐腐蝕磨損性能。
　　電化學腐蝕試驗采用經典三電極體系（工作電極、參比電極和輔助電極），所用試驗設備為LK2005A型電化學工作站。
　　3、實驗結果及分析
　　3.1等溫溫度對CADI奧氏體及其含碳量的影響
　　奧鐵體中針狀鐵素體的晶核往往在過冷奧氏體晶界或奧氏體與石墨的界面處產生，又因針狀鐵素體形成溫度較低，鐵原子難以擴散，只能以共格切變的方式來完成由面心立方晶體向體心立方晶體的晶格重建，即完成奧氏體向貝氏體的轉變[[ii]]。貝氏體型鐵素體長大的驅動力是碳在奧氏體中的濃度梯度，其形成過程的實質是置換型原子的點陣切變重組過程，伴隨有不同程度碳原子的擴散。
　　從圖2中可以看出隨著等溫淬火溫度的升高（210oC～300oC），殘余奧氏體的量逐漸增大。當等溫淬火溫度為210 oC時，碳原子在奧氏體中的擴散系數D γ較小，由針狀鐵素體通過α/γ界面固溶到奧氏體中的碳原子受到抑制，固溶過程不能充分進行，初生的針狀鐵素體片中的碳被過飽和，而奧氏體中的含碳量較低，穩定性較差，空冷后可轉變為馬氏體，導致組織中的殘余奧氏體量減少。由于碳原子不能順利的從針狀鐵素體中向外擴散，同時加入了合金元素，降低C在奧氏體中的活度[[iii]]，抑制針狀鐵素體的生長，致使殘余奧氏體中的碳含量降低[[iv],[v]]。隨著等溫淬火溫度升高，針狀鐵素體的轉變孕育期縮短，轉變速度加快，碳原子的擴散活化能降低，從而碳原子的擴散能力增強，有較多的碳原子固溶到奧氏體中，導致針狀鐵素體中碳的飽和度下降，而奧氏體中的碳濃度增加。隨著α/ γ界面推移，針狀鐵素體的含量不斷增加，而奧氏體含量相對不斷減少，碳原子不斷固溶到奧氏體基體內，導致殘余奧氏體含碳量的增加，穩定性增強，空冷后殘余奧氏體的含量增加。同時，由于CADI中合金元素具有“拖拽作用”，可以抑制碳化物的析出，從而奧氏體的含碳量將不斷提高。奧氏體的含碳量增加，穩定性增加，空冷后轉變成馬氏體的量很少，殘余奧氏體的含量增加。由于高溫轉變針狀鐵素體的碳固溶效果較低，以及富碳奧氏體的硬度較低，所以，隨著等溫溫度的升高，宏觀硬度降低。
　　3.2靜態腐蝕性能
　　CADI試樣在弱酸性、中性和弱堿性溶液中，首先，其腐蝕速率隨著等溫淬火溫度的升高呈現增大的趨勢，當奧氏體含量達到22%左右，腐蝕速度達到最大值；然后隨著等溫溫度的升高，CADI在弱酸性和弱堿性介質中，呈現出降低的趨勢，而在中性介質中，腐蝕速度變化不大。大家知道，奧氏體相是一個耐蝕組織，理論上講，奧氏體含量增加，耐蝕性應當提高。為什么在奧氏體含量為16-22%的范圍內，增加奧氏體量，CADI的耐蝕性反而降低？這可能與富碳奧氏體與低碳針狀鐵素體之間的碳量差有關系，這需要進一步研究。
　　總體看，CADI在弱酸性（PH4）介質中的腐蝕速度最高，在弱堿性（PH10）介質中的腐蝕速度最低，在中性（PH7）介質的腐蝕速度居中。這說明CADI在酸性介質中的耐蝕性較低，在堿性介質中耐蝕性較好。
　　3.3電化學性能
　　CADI自腐蝕電位隨著奧氏體含量的增加逐漸降低；當奧氏體含量達到22%左右時，自腐蝕電位減小到最低值；繼續增加奧氏體的含量，CADI在酸性介質和堿性介質中，其自腐蝕電位又具有升高的趨勢，而對于在中性介質中，變化不大。
　　開路電位OCP（open circuit potential）又稱為自腐蝕電位Ecorr或穩定電位，是指在一個特定的腐蝕體系中，在不加外界電流的狀態下測試出的金屬電位。自腐蝕電位反應的是材料發生腐蝕的難易程度，無法反映腐蝕速度大小。腐蝕電位值越負，一般表示該材料的耐蝕性越差，即容易被腐蝕。腐蝕電位越高，表征材料更耐蝕，但不能說明腐蝕速率。腐蝕速率的大小應該用自腐蝕電流密度來表征，自腐蝕電流密度越小，代表材料的腐蝕速度慢。
　　首先，CADI自腐蝕電流密度隨著奧氏體含量的增加逐漸升高；當奧氏體含量達到22%左右時，自腐蝕電流密度達到最大值；繼續增加奧氏體的含量，CADI在酸性介質和堿性介質中，其自腐蝕電位又具有降低的趨勢，而對于在中性介質中，變化不大。根據電化學腐蝕原理，自腐蝕電流密度越大，材料的耐蝕性越低，即越容易腐蝕。這說明，當CADI的奧氏體含量在22%左右范圍內，其耐蝕性較差。這印證了圖5中22%左右奧氏體含量的CADI磨球腐蝕速度最快的試驗結果。
　　3.4腐蝕磨損性能
　　3.4.1低應力條件下的腐蝕磨損性能
　　在酸性介質中，CADI材料的質量損失比堿性介質的高，中性介質中材料質量損失最低。在酸性介質和堿性介質中，當奧氏體含量在22%左右，腐蝕失重皆反映出最大值，既相對耐磨性最低。在中性介質中，隨著奧氏體含量的增加，腐蝕磨損失重逐漸升高，相對耐磨性逐漸降低。
　　3.4.2 沖擊載荷條件下的腐蝕磨損性能
　　本實驗利用MLD-10型動載荷磨料磨損試驗機，沖擊功1J，轉數200轉/分鐘，試樣沖擊頻率100次/分鐘。圖10和圖11為奧氏體含量對CADI磨球材料沖擊腐蝕磨損失重和相對耐磨性的影響規律。
　　由圖10和圖11可見，首先，隨著奧氏體量的提高，沖擊腐蝕磨損條件下的腐蝕磨損失重逐漸增加，相對耐磨性逐漸降低；對于酸性介質和堿性介質，當奧氏體含量在20-22%范圍內，腐蝕磨損失重達到最大值，相對耐磨性最低，當奧氏體含量大于22%后，腐蝕失重又逐漸減小，耐磨性逐漸提高。在中性介質中，CADI磨球材料的奧氏體量超過20%后，耐磨性變化不大。
　　3.4.3   沖刷腐蝕磨損特性
　　沖刷腐蝕磨損實驗在MLD-10型動載磨料磨損試驗機上進行，如圖12所示。試樣介質為酸性（PH≈4），由0.1mol/L的H2SO4溶液加去離子水配置，每次試驗可裝夾4個試樣，試樣尺寸為50×15×5mm，各個面均在磨床修磨以達到表面精度要求，砂漿比為5：8，砂子粒度為12～24目，主軸轉速為200轉/分，試驗時間為4小時，為了保證砂漿介質的酸堿度，每隔半小時調節一次PH值。采用失重法測試試樣抗沖刷腐蝕磨損性能。
　　在酸性介質條件下，首先，隨著奧氏體含量的增加腐蝕磨損失重提高，耐磨性降低；當奧氏體量在20%左右，沖刷腐蝕磨損失重達到最大值，相對耐磨性最低；當奧氏體含量大于20%，沖刷腐蝕磨損失重逐漸降低，相對耐磨性增加。
　　3、   結論
　　（1）  奧鐵體中奧氏體含量對CADI磨球在不同介質中的腐蝕磨損性
　　影響很大，應根據不同的介質條件，選擇不同含量奧氏體的CADI材料。
　　（2）       在酸性、中性和堿性介質中，隨著奧氏體含量的增加，CADI的靜態腐蝕速度逐漸提高；當奧氏體量在22%左右時，腐蝕速度達到最大值；當奧氏體量大于22%后，在酸性和堿性介質中CADI的腐蝕速度又逐漸降低，但對于中性介質，CADI腐蝕速度變化不大。
　　（3）       在酸性、中性和堿性介質中，隨著奧氏體含量的增加，CADI的靜態自腐蝕電位逐漸降低；當奧氏體量在22%左右時，自腐蝕電位降低到最小值；當奧氏體量大于22%后，在酸性和堿性介質中CADI的自腐蝕電位又逐漸提高，但對于中性介質，自腐蝕電位變化不大。
　　（4）       在酸性、中性和堿性介質中，在低應力和沖擊載荷條件下，隨著奧氏體含量的增加，CADI的相對耐磨性逐漸降低；當奧氏體量在22%左右時，其耐磨性降低到最小值；當奧氏體量大于22%后，在酸性和堿性介質中CADI的耐磨性又逐漸提高，但對于中性介質，耐磨性變化不大。
　　（5）       低應力載荷條件下，CADI在堿性介質中腐蝕磨損相對耐磨性優于在酸性和中性介質中的耐磨性。在沖擊載荷條件下，CADI在酸性介質中腐蝕磨損失重較大，但是其相對耐磨性優于在酸性和中性介質中的耐磨性。
　　參考文獻
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　　[[iv]] 徐祖耀, 劉世楷. 貝氏體及貝氏體相變[M]. 北京:科學出版社, 1999.
　　[[v]]AaronsonH I. The Mechanism of Phase Transformation in Crystalline Solids[J]. The Institute of Metals, 1969: 270~281.