关于磨损腐蚀，你了解多少？

2023-07-27 17:43:15 作者：腐蚀与防护来源：腐蚀与防护分享至：

磨损腐蚀（Wear Corrosion）是在材料表面磨损与腐蚀介质共同作用下所产生的局部性金属腐蚀。受磨损腐蚀的表面形貌表现为沟槽、沟纹或呈山谷状，并常带有方向性，磨损和腐蚀交互作用将加速金属材料破坏过程。

大多数金属和合金，在一些气体、水溶液、有机溶剂或液体金属等腐蚀介质中都会受到磨损腐蚀。铜、铅、锡等更容易发生磨损腐蚀。其处于运动流体中的设备如管道系统、离心机、推进器、叶轮、换热器、蒸汽管道等最易遭受磨损腐蚀，如图1所示。所有影响腐蚀的因素都影响磨损腐蚀，磨损腐蚀的速度比单纯的腐蚀更快。

图1 运动流体设备磨损腐蚀图

磨损腐蚀的分类

根据摩擦副相对运动时材料性质的不同，磨损腐蚀可分为：

摩振腐蚀（Fretting Corrosion），金属材料之间相对运动时所发生的磨损腐蚀；
冲蚀（Impingement Corrosion），金属材料与流体相对运动时发生的磨损腐蚀。

摩振腐蚀

摩振腐蚀又称微动腐蚀或摩擦氧化，是指在有氧气存在的外界环境中，外界载荷作用下固体相互接触表面间由于振动或滑动产生的腐蚀现象。

摩振腐蚀的形成条件为：承受载荷的界面存在振动或滑动；载荷和相对运动使界面产生滑移和变形；有腐蚀介质参与作用。

摩振腐蚀的机理包括：磨损-氧化理论和氧化-磨损理论，如图2所示。常发生于滚珠轴承与轴之间，也发生在引擎、机车部件、螺栓连接的部件等处。

图2 摩振腐蚀机理示意图

冲蚀磨损

冲蚀（冲击腐蚀）又称湍流腐蚀，是指腐蚀性流体与金属表面间相互运动而引起的金属的加速腐蚀。

高速流体或流动截面的突然变化形成了湍流或冲击，对金属材料表面施加切应力，使表面膜破坏，在磨损和腐蚀的协同作用下形成腐蚀坑，如图3所示。冲击腐蚀多发生在流体改变方向的部位，如弯头、三通、旋风分离器、容器内以及入口管相对的部位。

图3 冲蚀磨损示意图

空泡腐蚀（Cavitation Erosion）是冲击腐蚀的一种特殊形式。其产生的原因是流体高速运动时产生的湍流、气泡和空腔。气泡和空腔高速形成并破灭，在其破灭的瞬间产生极大压力，破坏了金属表面的保护膜，使金属受到强烈的破坏。

空泡腐蚀过程（如图4所示）：

① 在金属表面膜上形成气泡；

② 气泡破灭使膜破坏；

③ 暴露出的金属基体被腐蚀并重新成膜；

④ 在该处容易形成新的气泡；

⑤ 气泡破灭，膜再次破坏；

⑥ 金属基体的裸区被腐蚀并重新成膜。

上述过程反复进行，最终造成严重的气蚀。

图4 空泡腐蚀过程

磨损腐蚀的影响因素

磨损腐蚀的影响因素，主要有以下四方面：

(1) 金属耐磨损腐蚀性能与它的耐蚀性和耐磨性密切相关。

(2) 表面膜的保护性能和损坏后的修复能力，对材料耐磨损腐蚀性能起着决定性的作用。

(3) 流速是影响磨损腐蚀的重要因素，但它对金属材料腐蚀的影响是复杂的，当流体流动有利于金属钝化时，流速增加将使腐蚀速度下降。流动也能消除液体停滞而降低点蚀等局部腐蚀发生概率。当流体的流速和流动状态影响到金属表面膜的形成，破坏和修复时，将导致磨损腐蚀出现。

(4) 当液体中含有悬浮固体颗粒（如泥浆、料浆）或气泡，气体中含有微液滴（如蒸气中含冷凝水滴）时，将加剧材料的磨损腐蚀破坏。

磨损腐蚀的预防

选择耐磨损腐蚀的材料

选择耐磨损磨蚀的材料是解决磨损腐蚀的常用方法。一般硬度高、耐腐蚀和表面膜性能好的合金有利于抗磨损腐蚀。

结构设计优化

结构设计优化是指改变设备形状或几何结构，力求避免产生涡流和湍流。例如，热交换器的流体入口管端可以把湍流的死区扩大，使湍流不至于形成；也可以设计为流线型，以利于减小冲刷磨损腐蚀。在受冲刷的部位，适当加大壁厚。设备的进口管如果伸出管板外十多厘米，可以使管子的寿命成倍增长。降低表面粗糙度也是有益的。

采用涂层和衬层防护

选用有弹性的、耐蚀耐磨的涂层材料，如橡胶衬里材料、塑料衬里、采用耐磨蚀的金属覆盖层可延长设备、管道和搅拌桨的使用寿命。凝汽器铜管冷却水进口也常采尼龙或塑料套圈，或涂环氧树脂进行保护。此外，尽可能降低温度，除去介质中的氧，采用缓蚀剂。

阴极保护

采用电化学方法对设备进行防护，例如海水环境使用的热交换器上施加电流进行阴极保护，在泵中使用锌塞以牺牲阳极的方式保护泵。阴极保护可使金属表面上产生氢气泡，以阻挡空泡腐蚀所产生的冲击波。

磨损腐蚀是一个物理、机械、化学和电化学协同作用的综合领域，各影响因素错综复杂，其将大幅加速材料的降解速度并在磨损腐蚀过程中快速失效，引起设备故障、生产线打断等经济损失问题，甚至还会引起安全事故，逐渐受到各个工业部门的重视。因此对于这种特殊的磨损形式的持续探索和研究具有重要的科学理论价值和工业实际应用意义。

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