磨耗腐蝕

磨耗腐蝕，是兩接觸面間振動滑移引起的磨損和腐蝕介質的聯合作用所產生的局部性金屬腐性。

當設備或部件在下述工況條件下服役時，將可能發生磨耗腐蝕：

①工藝介質具有較強的腐蝕性；

②介質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。

磨耗腐蝕的形貌特徵為方向性明顯的花紋，有槽、溝、波紋及山谷形。

基本介紹

• 中文名：磨耗腐蝕
• 外文名：Wear corrosion
• 別稱：磨損腐蝕
• 形貌特徵：槽、溝、波紋及山谷形
• 類型：局部性金屬腐性
• 套用學科：冶金工程

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的聯合作用所產生的局部性金屬腐性。

暴露在運動流體中的所有類型設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（如泵葉軲、透平機葉片、熱交換器和彎管等）由流體與金屬構件作高建相對運動，在金屬表面局都地區產生渦流，伴隨有氣泡生成和破滅而導致金屬破壞的空泡腐蝕（如水輪機葉片、船艇推進器和水泵零件等），由輕微振動和滑動，使受緊密接觸面發生小坑或細槽現象的微動磨損腐蝕（如緊配合軸頸、螺母、螺栓及鍵槽等）。

發生條件和形貌特徵

（1）發生條件

當設備或部件在下述工況條件下服役時，將可能發生磨耗腐蝕：

①工藝介質具有較強的腐蝕性；

②介質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。

在工件表面與介質流體相接觸處出現紊流或液流衝撞時，會加速磨耗腐蝕。對不鏽鋼設備來說，若在輕度腐蝕性的環境中，即使存在固體粒子（例如含有砂粒的海水），一般幾乎不會發生磨耗腐蝕。

不鏽鋼葉輪磨耗腐蝕的外觀形貌

（2）形貌特徵

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

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

如右圖所示為1Cr18Ni9Ti不鏽鋼管彎曲部分（用以向製藥的工藝介質中吹送壓縮空氣），在腐蝕穿孔處附近，由於介質流體產生強烈紊流而導致磨耗腐蝕的表觀形貌（波紋狀溝槽）。

波紋狀溝槽

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範圍內選擇，在短時問內能進行較多試樣和較多參數的試驗，試驗數據的重複性和可比性好。缺點是不能完全模擬實際使用條件。

（2）抬架試驗

在實驗室試驗基礎上，將優選出來的試樣製成機械部件，進一步在模擬實際使用條件下進行台架試驗。這種試驗可強化實際使用條件，縮短試驗周期，並可嚴格控制試驗因索，以改善數據分散性，增加可靠性。不足之處是投資費用較高。

（3）現場試驗

在上述兩種試驗駛礎上，再進行實物考核試驗。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，並投入較大的人力和物力，費用較高。同時由於試驗結果受多因素的綜台影響，準以進行單因素考察，不易找到問題的根本原因。

連三種類型試驗，可以結合進行，也可選擇其中一種或兩種。一般情況下，實驗室試驗採用最為廣泛，是測試磨耗性能必不可少的手段。

防止措施

（1）採用抗磨耗腐蝕性能較好的材料。因為磨耗腐蝕是腐蝕效應積機械磨損作用相疊加的結果，因此，材料的抗磨耗腐蝕性能是通過權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）採用降低流速；減小湍流以及加厚易損部位的設計方案。

（3）改善環境介質條件，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合金材料。

危害

該種腐蝕多發生在振動構件的機械結合處。可破壞材料接觸面，使緊配合鬆動，甚至脫落。腐蝕產生的氧化物可導致局部應力，引起疲勞裂紋，甚至粘結。還可改變接觸電阻，從而影響弱電流繼電器的功能。產生該種腐蝕的機理有磨損一氧化和氧化一磨損兩種。

前種理論認為在受壓的金屬界面上，某些微小突起部分發生冷焊，然後在相對運動過程中，冷焊區局部斷裂，形成很小的金屬碎屑，因摩擦熱又將其氧化。這個過程的反覆進行，在界面上形成小坑或細槽，並積存氧化物碎屑。

後種理論認為大多數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，然後在相對運動過程中，使冷焊區或氧化膜局部破裂，摩擦熱又將金屬或金屬碎片氧化，如此反覆，使接觸面受到損壞。

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

磨損腐蝕

又稱磨耗腐蝕。兼有機械磨損的化學或電化學腐蝕。腐蝕性介質（如氣體水溶液或液態金屬等）和金屬表面間相對運動引起金屬以溶解離子狀態脫離表面，或者在化學或電化學作膈下生成圈態腐蝕產物（保護膜）而後受機械沖刷脫離金屬表面而發生磨損腐蝕。

與表面膜的性質、溶液的流速、湍流和衝擊、電偶效應以及金屬和合金的性質等因素有關。根據與金屬摩擦的物質類型，以及相對運動的方式和速度，可分為摩振腐蝕、衝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、電化學腐蝕和化學腐蝕三者同時進行，往往比其先後單獨作用的危害性大。多數情況是在腐蝕產生的較短時間內即造成意外的破壞；

（2）腐蝕外表多呈槽、溝、波紋、圓孔和山谷狀，並常顯示有方向性。大多數金屬和合金，特別是軟金屬（如銅、鉛等）都會遭受磨損腐蝕。磨損腐蝕常見於火炸藥生產的管道系統（特別是彎頭、肘管和三通）、閥、泵、鼓風機、離心機、推進器、葉輪、帶攪拌的容器。