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金属材料的腐蚀与磨损

嘉峪检测网        2019-09-17 22:18

    腐蚀磨损现象广泛存在于石油、化工、煤矿、电力、冶金等工业领域的机械设备中,是造成材料损失和设备失效的主要原因之一。据报道,美国每年约有23万吨钢材,全世界仅在选矿设备这一项就有45万吨钢因腐蚀磨损而受到破坏,如同时考虑其它工业部门的腐蚀磨损,无疑是一个巨大的经济损失。

 

  腐蚀磨损定义和分类

         腐蚀磨损(Corrosion Wear)——指“摩擦副对偶表面在相对滑动过程中,表面材料与周围介质发生化学或电化学反应,并伴随机械作用而引起的材料损失现象 ” ,实际工况中,腐蚀磨损往往受限于材料因素(材料的成分、组织、力学性能、物化性能等)、电化学因素(腐蚀介质的种类、浓度、pH值等)、力学因素(载荷、速度等)和环境因素(温度及压力等)等的影响。腐蚀磨损行为与纯腐蚀行为和纯磨损行为均有很大差异。

  根据腐蚀介质的不同,腐蚀磨损可分为化学腐蚀磨损和电化学腐蚀磨损两大类。

  (1)化学腐蚀磨损—在气体介质中的腐蚀磨损实际上以氧化磨损为主,主要是金属表面与气体介质发生氧化反应,在表面生成氧化膜,随后在磨料或微凸体作用下被去除的过程。根据膜的机械性质不同,氧化磨损模型主要有脆性氧化膜和氧化磨损模型和韧性氧化膜的氧化磨损两类。

  2)电化学腐蚀磨损—电化学腐蚀磨损由于涉及的因素较多,是一个比氧化磨损更为复杂的过程,根据电化学腐蚀磨损过程中材料被去除的特点,人们提出了机?#31561;?#38500;模型和腐蚀去除模型。

 

  腐蚀磨损机理

  金属腐蚀磨损机理的研究一直是人们争议的焦点,早期人们提出的“表面膜机?#31561;?#38500;模型”和“氢致磨损理论”并不能解释腐蚀磨损材料流失形式中出现的各种问题,之后人们?#21450;?#33104;蚀磨损机理的研?#32771;?#20013;在金属表面膜的性能、修复及再生速率上,但实际上表面膜破坏及修复的电化学研究结果也并不能圆满的解释腐蚀磨损的各种问题。大量的实验和工程实践逐渐使人们认识到腐蚀磨损研究的核心应该是腐蚀和磨损的交互作用(协同效应),而不是表面膜的行为。

     

      3金属腐蚀磨损的防护控?#21697;?#27861;

  研究金属材料腐蚀磨损的目的除了弄清楚这种破坏失效的原因,?#39029;?#20854;损伤的规律性以外,更重要的是如何控制腐蚀磨损、降低服役过程中材料流失量以延长工件使用寿命。

  针对腐蚀磨损的破坏失效特点,控制磨损腐蚀的有效方法可以分为一?#24405;?#31867;:

  (1)选用具有较好的耐磨蚀材料,这是最有效的控制腐蚀磨损的方法;

  (2)台理的设计,如降低流速,增加材料厚度等等,减少材料的腐蚀和磨损程度;

  (3)改变环境如加入缓冲剂、降低温度、去除沉积物等

  通过向腐蚀介质中加入缓蚀剂,可以在金属表面形成一种致密的薄膜,使金属本体与腐蚀介质隔离开来,以达到保护金属,防止腐蚀的目的,而且在金属表面和摩擦副表面形成较厚的润滑膜,既起到润滑作用,又减缓金属磨损,具有良好的承载能力和较快的修复速度。

  (4)表面处理

  众所周知,对材料进行表面改性可显著提高材料耐磨性和抗蚀性能,因此也必然能改?#30772;?#25239;腐蚀磨损性能。比如在金属表面化学镀Ni-P合金、C、N共渗、气相沉积TiN超?#26448;?#31561;都可以大大提高金属的抗腐蚀磨损性能。

  (5)电化学保护

  阳极保护法的关键是不仅要使金属表面建立钝态,还要能维持钝态,否则不仅不能保护金属,往往还会加速金属的腐蚀,而在腐蚀磨损体系中,磨?#21058;?#23376;或液流的碰撞冲击或摩擦副的摩擦作用,一般情况下都会使金属表面钝化膜发生破?#36873;?#33073;落而无法维持钝态,所以阳极保护法在腐蚀磨损体系中不宜使用。

  因为腐蚀磨损材料流失量包括腐蚀和磨损分量,再加上其交互作用量,如果用阴极保护法控制了腐蚀分量,便会降低交互作用中腐蚀对磨损的加速量,因此材料流失量也将大大降低。

  腐蚀磨损作为现代工业生产中一种常见的磨损形式,越来越受到各个工业部门的重视, 对于这种特殊的磨损形式的研究,正朝着广度和深度两个方向发展,未来将进行的研究工作主要有以?#24405;?#20010;方面:

  (1)进一步加强腐蚀磨损机理的研究;

  (2)尽快研究出更为成熟,适用面更广,性能更为稳定的腐蚀磨损试验设备;

  (3)针对特定腐蚀环境,选择出合理的材料及热处理工艺,研究材料选择与腐蚀磨损的关系图、材料热处理工艺选择与腐蚀磨损的关系图;

  (4)深入研究利用表面改性层提高耐腐蚀磨损的机理。

 

金属材料的腐蚀与磨损

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来源:材料基

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