中文摘要：

本项目以在多相流腐蚀介质中服役的螺旋桨腐蚀磨损作为研究背景，以典型铜合金为研究对象，采用冲刷和空蚀磨损测试、电化学测试及表面分析相结合的方法，系统地研究模拟工况（在不同材料特性、介质特性及流体动力学因素影响下），铜合金表层组织演变和腐蚀磨损的行为规律；重点研究三类耦合效应（力学因素与电化学因素耦合、冲刷和空蚀耦合、材料组织演变与空化行为的耦合）及其对材料流失行为的影响。同时，基于流体力学和粘性流体有限元方法，研究样品边界层中固-液-气多相质点的运动规律及流场分布，建立基于冲刷和空蚀交互作用的磨损量计算模型；综合考虑力学破坏和腐蚀破坏，构建铜合金腐蚀磨损综合数学模型。本项目将阐释铜合金在多相流环境中的腐蚀磨损机理及其与微观组织的关联规律，揭示磨损与腐蚀、冲刷与空蚀耦合作用机制，建立铜合金的磨损-腐蚀机制图；为基于不同外界环境的螺旋桨等过流部件材料选择及腐蚀磨损防护提供理论指导。

结论摘要：

以HSn70-1锡黄铜与QAl9-4铝青铜为研究对象，系统地研究了模拟工况（材料性质、介质特性、流体动力学因素）下，铜合金材料流失、力学性能变化、表层组织演变以及腐蚀磨损的行为规律。研究结果表明在不含Cl-的测试介质中，锡黄铜耐空蚀性能优于铝青铜，而耐冲蚀性能弱于铝青铜；在空蚀与冲蚀共同作用时，两种铜合金的失重量相差不大，且铜合金失重量随介质流动速度增加而增大，但随含沙量、沙粒粒径、冲蚀攻角变化有明显的转折点；冲蚀破坏导致材料流失量在铜合金总失重量中占主体地位。在空蚀作用下，在锡黄铜α/β相界处引起裂纹萌生与扩展，表层出现加工硬化，硬度随深度增加先增大后减小，空泡溃灭导致空蚀坑边缘凸起唇片的出现和块状脱落。在冲蚀作用下，表面呈与水流方向一致的长程犁沟状形貌，并有凸起的唇片。空蚀和冲蚀交互作用下，表面呈无明显方向性的短程犁沟状、鱼鳞状凹坑，裂纹首先出现在锡黄铜α/β相界上，表层材料出现高密度位错，产生加工硬化现象。在含有Cl-的测试介质中，锡黄铜和铝青铜腐蚀失重率随腐蚀介质流速的增加而增大，铝青铜的耐蚀性比锡黄铜好且在动态环境中两种铜合金的极化曲线均未出现钝化区。锡黄铜的脱锌腐蚀和铝青铜的脱铝腐蚀与两种铜合金的空蚀或冲蚀作用导致的材料流失有显著的互促作用。在空蚀与腐蚀共同作用下，空蚀破坏铜合金表面钝化膜，加速吸氧阴极反应，促进阳极溶解过程。锡黄铜的空蚀首先发生在α/β相界处，接着是选择性的脱锌腐蚀和剥落并产生空蚀坑，随后是α相基体的剥落。在冲蚀和腐蚀共同作用下，铜合金的材料流失与力学因素关系更密切，两者的表面形貌主要表现为鱼鳞状唇片、短程犁沟以及唇片剥落留下的凹坑，腐蚀现象不明显，在粒子粒径为0.3 mm时加工硬化现象最显著。在空蚀、冲蚀及腐蚀共同作用下，铜合金的材料流失以冲蚀诱发为主，空蚀与腐蚀形貌不明显，沙粒粒径变化对材料损伤机制存在显著影响，粒径小于0.3 mm时，主要为犁削磨损破坏；粒径大于0.3 mm时，锻打挤压作用增强的同时犁削磨损作用减弱。随外电位增加磨损对腐蚀的促进分量、腐蚀对磨损的促进量和磨损与腐蚀的交互作用失重量均逐渐增加，但在磨损与腐蚀的交互作用失重量中，腐蚀对磨损的促进作用占主导。黄铜冲蚀磨损区域是沙粒粒径和外加电位的函数，在低外加电位下，沙粒尺寸对黄铜腐蚀磨损总失重率影响较小，随外加电位正移，黄铜腐蚀磨损总失重率随沙粒尺寸的增加逐渐增加。