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金屬材料的腐蝕與磨損

嘉峪檢測網        2019-09-17 22:18

    腐蝕磨損現象廣泛存在于石油、化工、煤礦、電力、冶金等工業領域的機械設備中,是造成材料損失和設備失效的主要原因之一。據報道,美國每年約有23萬噸鋼材,全世界僅在選礦設備這一項就有45萬噸鋼因腐蝕磨損而受到破壞,如同時考慮其它工業部門的腐蝕磨損,無疑是一個巨大的經濟損失。

 

  腐蝕磨損定義和分類

         腐蝕磨損(Corrosion Wear)——指“摩擦副對偶表面在相對滑動過程中,表面材料與周圍介質發生化學或電化學反應,并伴隨機械作用而引起的材料損失現象 ” ,實際工況中,腐蝕磨損往往受限于材料因素(材料的成分、組織、力學性能、物化性能等)、電化學因素(腐蝕介質的種類、濃度、pH值等)、力學因素(載荷、速度等)和環境因素(溫度及壓力等)等的影響。腐蝕磨損行為與純腐蝕行為和純磨損行為均有很大差異。

  根據腐蝕介質的不同,腐蝕磨損可分為化學腐蝕磨損和電化學腐蝕磨損兩大類。

  (1)化學腐蝕磨損—在氣體介質中的腐蝕磨損實際上以氧化磨損為主,主要是金屬表面與氣體介質發生氧化反應,在表面生成氧化膜,隨后在磨料或微凸體作用下被去除的過程。根據膜的機械性質不同,氧化磨損模型主要有脆性氧化膜和氧化磨損模型和韌性氧化膜的氧化磨損兩類。

  2)電化學腐蝕磨損—電化學腐蝕磨損由于涉及的因素較多,是一個比氧化磨損更為復雜的過程,根據電化學腐蝕磨損過程中材料被去除的特點,人們提出了機械去除模型和腐蝕去除模型。

 

  腐蝕磨損機理

  金屬腐蝕磨損機理的研究一直是人們爭議的焦點,早期人們提出的“表面膜機械去除模型”和“氫致磨損理論”并不能解釋腐蝕磨損材料流失形式中出現的各種問題,之后人們都把腐蝕磨損機理的研究集中在金屬表面膜的性能、修復及再生速率上,但實際上表面膜破壞及修復的電化學研究結果也并不能圓滿的解釋腐蝕磨損的各種問題。大量的實驗和工程實踐逐漸使人們認識到腐蝕磨損研究的核心應該是腐蝕和磨損的交互作用(協同效應),而不是表面膜的行為。

     

      3金屬腐蝕磨損的防護控制方法

  研究金屬材料腐蝕磨損的目的除了弄清楚這種破壞失效的原因,找出其損傷的規律性以外,更重要的是如何控制腐蝕磨損、降低服役過程中材料流失量以延長工件使用壽命。

  針對腐蝕磨損的破壞失效特點,控制磨損腐蝕的有效方法可以分為一下幾類:

  (1)選用具有較好的耐磨蝕材料,這是最有效的控制腐蝕磨損的方法;

  (2)臺理的設計,如降低流速,增加材料厚度等等,減少材料的腐蝕和磨損程度;

  (3)改變環境如加入緩沖劑、降低溫度、去除沉積物等

  通過向腐蝕介質中加入緩蝕劑,可以在金屬表面形成一種致密的薄膜,使金屬本體與腐蝕介質隔離開來,以達到保護金屬,防止腐蝕的目的,而且在金屬表面和摩擦副表面形成較厚的潤滑膜,既起到潤滑作用,又減緩金屬磨損,具有良好的承載能力和較快的修復速度。

  (4)表面處理

  眾所周知,對材料進行表面改性可顯著提高材料耐磨性和抗蝕性能,因此也必然能改善其抗腐蝕磨損性能。比如在金屬表面化學鍍Ni-P合金、C、N共滲、氣相沉積TiN超硬膜等都可以大大提高金屬的抗腐蝕磨損性能。

  (5)電化學保護

  陽極保護法的關鍵是不僅要使金屬表面建立鈍態,還要能維持鈍態,否則不僅不能保護金屬,往往還會加速金屬的腐蝕,而在腐蝕磨損體系中,磨屑粒子或液流的碰撞沖擊或摩擦副的摩擦作用,一般情況下都會使金屬表面鈍化膜發生破裂、脫落而無法維持鈍態,所以陽極保護法在腐蝕磨損體系中不宜使用。

  因為腐蝕磨損材料流失量包括腐蝕和磨損分量,再加上其交互作用量,如果用陰極保護法控制了腐蝕分量,便會降低交互作用中腐蝕對磨損的加速量,因此材料流失量也將大大降低。

  腐蝕磨損作為現代工業生產中一種常見的磨損形式,越來越受到各個工業部門的重視, 對于這種特殊的磨損形式的研究,正朝著廣度和深度兩個方向發展,未來將進行的研究工作主要有以下幾個方面:

  (1)進一步加強腐蝕磨損機理的研究;

  (2)盡快研究出更為成熟,適用面更廣,性能更為穩定的腐蝕磨損試驗設備;

  (3)針對特定腐蝕環境,選擇出合理的材料及熱處理工藝,研究材料選擇與腐蝕磨損的關系圖、材料熱處理工藝選擇與腐蝕磨損的關系圖;

  (4)深入研究利用表面改性層提高耐腐蝕磨損的機理。

 

金屬材料的腐蝕與磨損

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來源:材料基

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