磨損腐蝕

磨損腐蝕（Wear Corrosion）是在材料表面磨損與腐蝕介質共同作用下所產生的局部性金屬腐蝕。由於磨損和腐蝕兩種作用的相互促進，從而明顯加速了金屬材料的破壞過程。

基本介紹

• 中文名：磨損腐蝕
• 外文名：Wear Corrosion
• 簡述：磨損與腐蝕介質作用下的局部腐蝕
• 分類：摩振腐蝕和沖蝕
• 影響因素：材料本身、保護層以及外界流速等
• 控制：改進設計、選擇耐磨材料等

簡介

磨損腐蝕

由於腐蝕性介質與金屬表面做相對運動引起的金屬加速破壞或腐蝕稱為磨損腐蝕。這種腐蝕由機械磨損與腐蝕介質的聯合作用引起，其外觀特徵是受磨損腐蝕的表面出現溝槽、溝紋或呈山谷狀，並常帶有方向性，如同所示。

受到磨損腐蝕的冷凝器管縱斷面

大多數金屬和合金，在一些氣體、水溶液、有機溶劑或液體金屬等腐蝕介質中都會受到磨損腐蝕。銅、鉛、錫等更容易發生磨損腐蝕。其巾處於運動流體中的設備如管道系統、離心機、推進器、葉輪、換熱器、蒸汽管道等最易遭受磨損腐蝕。所有影響腐蝕的岡素都影響磨損腐蝕，磨損腐蝕的速度比單純的腐蝕要快。

磨損腐蝕的分類

根據兩種相對運動物體性質的不同，可以將磨損腐蝕分為兩大類：一類是金屬材料與同體相對運動時所發生的磨損腐蝕，其典型的腐蝕形式為摩振腐蝕（Fretting Corrosion）；另一類是金屬材料與流體相對運動時，所發生的磨損腐蝕，稱為沖蝕（Impingement Corrosion）。

摩振腐蝕

（1）定義 摩振腐蝕又叫微動腐蝕、摩擦氧化，是指在有氧氣存在的氣體環境中，加有載荷的固體相互接觸的表面之間由於振動或滑動所產生的腐蝕。

（2）產生摩振腐蝕的條件：

①承受載荷的界面存在振動或滑動；

②載荷和相對運動使界面產生滑移和變形；

③有腐蝕介質參與作用。

（3）摩振腐蝕機理 磨損—氧化理論和氧化—磨損理論，如圖1、圖2所示。

圖1 磨損—氧化理論示意圖

圖2 氧化—磨損理論示意圖

（4）防止摩振腐蝕的措施

①增大載荷，使組合件的接觸面之間不產生振動或滑動；

②選用耐磨材料或鍍覆合適的耐磨層；

③改善摩擦條件，如環境中除氧氣，加入潤滑劑或還原劑等。

沖蝕

（1）概述 沖蝕（衝擊腐蝕）又稱為湍流腐蝕，是指腐蝕性流體與金屬表面間相互運動而引起的金屬的加速腐蝕。高速流體或流動截面的突然變化形成了湍流或衝擊，對金屬材料表面施加切應力，使表面膜破壞。湍流形成的切應力使表面膜破壞，而不規則的表面則使流動方向更為紊亂，產生更強的切應力，在磨損和腐蝕的協同作用下形成腐蝕坑。

（2）影響因素 沖蝕的影響因素主要有金屬或合金的性質、腐蝕介質的性質以及其他腐蝕形式的共同作用。

（3）沖蝕的防範措施 沖蝕的防範措施包括合理選材、正確設計及最佳化介質。
（4）空泡腐蝕 空泡腐蝕（Cavitation Erosion）又稱為空蝕、氣蝕，是衝擊腐蝕的一種特殊形式。其產生的原因是流體高速運動時產生的湍流、氣泡和空腔。氣泡和空腔高速形成並破滅，在其破滅的瞬間產生極大壓力，破壞了金屬表面的保護膜．使金屬受到強烈的破壞。如圖所示，空泡腐蝕過程的各步驟如下：

①在金屬表面膜上形成氣泡；

②氣泡破滅使膜破壞；

③暴露出的金屬基體被腐蝕並重新成膜；

④在該處容易形成新的氣泡；

⑤氣泡破滅，膜再次破壞；

⑥金屬基體的裸區被腐蝕並重新成膜。

空泡腐蝕過程

上述過程反覆進行，最終造成嚴重的氣蝕。

影響因素

磨損腐蝕的影響因素，主要有以下四方面。

（1）金屬耐磨損腐蝕性能與它的耐蝕性和耐磨性都有關係。

（2）表面膜的保護性能和損壞後的修復能力，對材料耐磨損腐蝕性能起著決定性的作用。

（3）流速是影響磨損腐蝕的重要因素，但它對金屬材料腐蝕的影響是複雜的，當流體流動有利於金屬鈍化時，流速增加將使腐蝕速度下降。流動也能消除液體停滯而使點蝕等局部腐蝕不發生。只有當流體的流速和流動狀態影響到金屬表面膜的形成，破壞和修復時，才會發生磨損腐蝕。

（4）當液體中含有懸浮固體顆粒（如泥漿、料漿）或氣泡，氣體中含有微液滴（如蒸氣中含冷凝水滴）時，都會加重磨損腐蝕破壞。

磨損腐蝕的防止

在設計時，為避免不合適的流動狀態對管道造成磨損腐蝕，通常要求流動狀態均勻，流速要適當。應避免流體流動方向的急劇變化，以減小流體的衝擊作用，如圖所示。合理設計管道系統中的流動通路斷面尺寸，防止其急劇變化和不連續變化，以避免擾動流動狀態。應儘量抑制流速差和壓力降。以免引起湍流和渦流，如圖所示。

避免流體的直接衝擊示意圖

減少氣體中夾帶的氣泡、懸浮固體物質，除去氣體和蒸氣中的冷凝液滴，可以顯著降低液流和氣流對設備的磨損。管路中在轉彎及三通處以及孔板流量計的安放位置都應進行合理設計，儘量減少流體中固體顆粒的夾帶。

控制途徑

1．選擇耐磨損腐蝕的材料

選擇耐磨損磨蝕的材料是解決磨損腐蝕的常用方法。一般硬度高、耐腐蝕和表面膜性能好的合金有利於抗磨損腐蝕。

2．改進設計

改進設計是指改變設備形狀或幾何結構，力求避免產生渦流和湍流。例如，熱交換器的流體人口管端可以把湍流的死區擴大，使湍流不至於形成；也可以設計為流線型，以利於減小沖刷磨損腐蝕。在受沖刷的部位，適當加大壁厚。設備中的折流板或衝擊板應易於更換。設備的進口管如果伸出管板外十多厘米，可以使管子的壽命成倍增長。降低表面粗糙度也是有益的。

3．採用塗料和襯裡

選用有彈性的、耐蝕耐磨的塗料。如橡膠襯裡材料、塑膠襯裡、採用耐磨蝕的金屬覆蓋層可延長設備、管道和攪拌槳的使用壽命。凝汽器銅管冷卻水進口也常采片j尼龍或塑膠套圈，或塗環氧樹脂進行保護。此外，儘可能降低溫度，除去介質中的氧，採用緩蝕劑。

4．陰極保護

在海水巾使用的熱交換器上施加陰極保護，在泵中使用鋅塞作犧牲陽極以保護泵。陰極保護可使金屬表面上產生氫氣泡，以阻擋空泡腐蝕所產生的衝擊波。