[科普中國]-磨耗腐蝕

概述

磨耗腐蝕是兩接觸面間振動滑移引起的磨損和腐蝕介質(zhì)的聯(lián)合作用所產(chǎn)生的局部性金屬腐性。

暴露在運動流體中的所有類型設(shè)備可能遭受磨耗腐蝕，包括：由高速運動形成湍流或在含有懸浮固體粒子的高速運動溶液中，引起金屬破壞的沖刷腐蝕（如泵葉轱、透平機葉片、熱交換器和彎管等）由流體與金屬構(gòu)件作高建相對運動，在金屬表面局都地區(qū)產(chǎn)生渦流，伴隨有氣泡生成和破滅而導(dǎo)致金屬破壞的空泡腐蝕（如水輪機葉片、船艇推進(jìn)器和水泵零件等），由輕微振動和滑動，使受緊密接觸面發(fā)生小坑或細(xì)槽現(xiàn)象的微動磨損腐蝕（如緊配合軸頸、螺母、螺栓及鍵槽等）。1

發(fā)生條件和形貌特征（1）發(fā)生條件

當(dāng)設(shè)備或部件在下述工況條件下服役時，將可能發(fā)生磨耗腐蝕：

①工藝介質(zhì)具有較強的腐蝕性；

②介質(zhì)流體含有固體粒子或具有一定的流向且流速很高，或零件以一定方向高速運行。

在工件表面與介質(zhì)流體相接觸處出現(xiàn)紊流或液流沖撞時，會加速磨耗腐蝕。對不銹鋼設(shè)備來說，若在輕度腐蝕性的環(huán)境中，即使存在固體粒子（例如含有砂粒的海水），一般幾乎不會發(fā)生磨耗腐蝕。

（2）形貌特征

在有固體粒子的強腐蝕性環(huán)境中，磨耗腐蝕的形態(tài)將呈現(xiàn)為方向性明顯的花紋（槽、溝、波紋及山谷形）。

如右圖所示為不銹鋼葉輪（用以輸送濕法磷酸料漿液）使用兩個月后呈現(xiàn)的磨耗腐蝕的外觀形貌（典型的波紋狀）。

如右圖所示為1Cr18Ni9Ti不銹鋼管彎曲部分（用以向制藥的工藝介質(zhì)中吹送壓縮空氣），在腐蝕穿孔處附近，由于介質(zhì)流體產(chǎn)生強烈紊流而導(dǎo)致磨耗腐蝕的表觀形貌（波紋狀溝槽）。 2

試驗方法（1）實驗室試驗

實驗室試驗就是在專用的試驗機上所進(jìn)行的試驗。其特點為試驗周期短，影響因素容易控制，試驗條件可以在較寬范圍內(nèi)選擇，在短時問內(nèi)能進(jìn)行較多試樣和較多參數(shù)的試驗，試驗數(shù)據(jù)的重復(fù)性和可比性好。缺點是不能完全模擬實際使用條件。

（2）抬架試驗

在實驗室試驗基礎(chǔ)上，將優(yōu)選出來的試樣制成機械部件，進(jìn)一步在模擬實際使用條件下進(jìn)行臺架試驗。這種試驗可強化實際使用條件，縮短試驗周期，并可嚴(yán)格控制試驗因索，以改善數(shù)據(jù)分散性，增加可靠性。不足之處是投資費用較高。

（3）現(xiàn)場試驗

在上述兩種試驗駛礎(chǔ)上，再進(jìn)行實物考核試驗。這種試驗的真實性和可靠性較好。但試驗周期長，需要特殊溉是工具和儀器，并投入較大的人力和物力，費用較高。同時由于試驗結(jié)果受多因素的綜臺影響，準(zhǔn)以進(jìn)行單因素考察，不易找到問題的根本原因。

連三種類型試驗，可以結(jié)合進(jìn)行，也可選擇其中一種或兩種。一般情況下，實驗室試驗采用最為廣泛，是測試磨耗性能必不可少的手段。1

防止措施（1）采用抗磨耗腐蝕性能較好的材料。因為磨耗腐蝕是腐蝕效應(yīng)積機械磨損作用相疊加的結(jié)果，因此，材料的抗磨耗腐蝕性能是通過權(quán)衡提高材料的耐腐蝕性能（如鎳、鉻及鉬、銅合金化）京提高材料的耐磨耗性能（如提高合金的硬度）來解決的。

（2）采用降低流速；減小湍流以及加厚易損部位的設(shè)計方案。

（3）改善環(huán)境介質(zhì)條件，如過濾懸浮固體顆粒、降低溫度以及添加緩蝕劑。

（4）在工件表面堆焊一層耐腐蝕的硬質(zhì)合金材料。2

危害該種腐蝕多發(fā)生在振動構(gòu)件的機械結(jié)合處。可破壞材料接觸面，使緊配合松動，甚至脫落。腐蝕產(chǎn)生的氧化物可導(dǎo)致局部應(yīng)力，引起疲勞裂紋，甚至粘結(jié)。還可改變接觸電阻，從而影響弱電流繼電器的功能。產(chǎn)生該種腐蝕的機理有磨損一氧化和氧化一磨損兩種。

前種理論認(rèn)為在受壓的金屬界面上，某些微小突起部分發(fā)生冷焊，然后在相對運動過程中，冷焊區(qū)局部斷裂，形成很小的金屬碎屑，因摩擦熱又將其氧化。這個過程的反復(fù)進(jìn)行，在界面上形成小坑或細(xì)槽，并積存氧化物碎屑。

后種理論認(rèn)為大多數(shù)金屬表面都有一層氧化膜，某些微小突起部分的氧化膜在高壓下破裂成碎片，暴露出的新鮮表面被重新氧化或冷焊，然后在相對運動過程中，使冷焊區(qū)或氧化膜局部破裂，摩擦熱又將金屬或金屬碎片氧化，如此反復(fù)，使接觸面受到損壞。

由此看出摩振腐蝕產(chǎn)生的基本條件是①接觸面必須承受載荷；②接觸面間必須存在振動或反復(fù)的相對移動；③接觸面的載荷和相對運動足以使表面產(chǎn)生滑動或變形；④存在氧氣。

磨損腐蝕又稱磨耗腐蝕。兼有機械磨損的化學(xué)或電化學(xué)腐蝕。腐蝕性介質(zhì)（如氣體水溶液或液態(tài)金屬等）和金屬表面間相對運動引起金屬以溶解離子狀態(tài)脫離表面，或者在化學(xué)或電化學(xué)作膈下生成圈態(tài)腐蝕產(chǎn)物（保護(hù)膜）而后受機械沖刷脫離金屬表面而發(fā)生磨損腐蝕。

與表面膜的性質(zhì)、溶液的流速、湍流和沖擊、電偶效應(yīng)以及金屬和合金的性質(zhì)等因素有關(guān)。根據(jù)與金屬摩擦的物質(zhì)類型，以及相對運動的方式和速度，可分為摩振腐蝕、沖擊腐蝕和空泡腐蝕等類型。

磨損腐蝕的特點是：

（1）腐蝕過程多為機械磨損、電化學(xué)腐蝕和化學(xué)腐蝕三者同時進(jìn)行，往往比其先后單獨作用的危害性大。多數(shù)情況是在腐蝕產(chǎn)生的較短時間內(nèi)即造成意外的破壞；

（2）腐蝕外表多呈槽、溝、波紋、圓孔和山谷狀，并常顯示有方向性。大多數(shù)金屬和合金，特別是軟金屬（如銅、鉛等）都會遭受磨損腐蝕。磨損腐蝕常見于火炸藥生產(chǎn)的管道系統(tǒng)（特別是彎頭、肘管和三通）、閥、泵、鼓風(fēng)機、離心機、推進(jìn)器、葉輪、帶攪拌的容器。3