[科普中国]-磨损腐蚀

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。由于磨损和腐蚀两种作用的相互促进，从而明显加速了金属材料的破坏过程。

简介磨损腐蚀

由于腐蚀性介质与金属表面做相对运动引起的金属加速破坏或腐蚀称为磨损腐蚀。这种腐蚀由机械磨损与腐蚀介质的联合作用引起，其外观特征是受磨损腐蚀的表面出现沟槽、沟纹或呈山谷状，并常带有方向性，如同所示。

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。其巾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。所有影响腐蚀的冈素都影响磨损腐蚀，磨损腐蚀的速度比单纯的腐蚀要快。1

磨损腐蚀的分类根据两种相对运动物体性质的不同，可以将磨损腐蚀分为两大类：一类是金属材料与同体相对运动时所发生的磨损腐蚀，其典型的腐蚀形式为摩振腐蚀（Fretting Corrosion）；另一类是金属材料与流体相对运动时，所发生的磨损腐蚀，称为冲蚀（Impingement Corrosion）。

摩振腐蚀（1）定义 摩振腐蚀又叫微动腐蚀、摩擦氧化，是指在有氧气存在的气体环境中，加有载荷的固体相互接触的表面之间由于振动或滑动所产生的腐蚀。

（2）产生摩振腐蚀的条件：

①承受载荷的界面存在振动或滑动；

②载荷和相对运动使界面产生滑移和变形；

③有腐蚀介质参与作用。

（3）摩振腐蚀机理 磨损—氧化理论和氧化—磨损理论，如图1、图2所示。

（4）防止摩振腐蚀的措施

①增大载荷，使组合件的接触面之间不产生振动或滑动；

②选用耐磨材料或镀覆合适的耐磨层；

③改善摩擦条件，如环境中除氧气，加入润滑剂或还原剂等。2

冲蚀（1）概述 冲蚀（冲击腐蚀）又称为湍流腐蚀，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。湍流形成的切应力使表面膜破坏，而不规则的表面则使流动方向更为紊乱，产生更强的切应力，在磨损和腐蚀的协同作用下形成腐蚀坑。

（2）影响因素 冲蚀的影响因素主要有金属或合金的性质、腐蚀介质的性质以及其他腐蚀形式的共同作用。

（3）冲蚀的防范措施 冲蚀的防范措施包括合理选材、正确设计及优化介质。
（4）空泡腐蚀 空泡腐蚀（Cavitation Erosion）又称为空蚀、气蚀，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。如图所示，空泡腐蚀过程的各步骤如下：

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。2

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都有关系。

（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使点蚀等局部腐蚀不发生。只有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，才会发生磨损腐蚀。

（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，都会加重磨损腐蚀破坏。2

磨损腐蚀的防止在设计时，为避免不合适的流动状态对管道造成磨损腐蚀，通常要求流动状态均匀，流速要适当。应避免流体流动方向的急剧变化，以减小流体的冲击作用，如图所示。合理设计管道系统中的流动通路断面尺寸，防止其急剧变化和不连续变化，以避免扰动流动状态。应尽量抑制流速差和压力降。以免引起湍流和涡流，如图所示。

减少气体中夹带的气泡、悬浮固体物质，除去气体和蒸气中的冷凝液滴，可以显著降低液流和气流对设备的磨损。管路中在转弯及三通处以及孔板流量计的安放位置都应进行合理设计，尽量减少流体中固体颗粒的夹带。

控制途径1．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。

2．改进设计

改进设计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，热交换器的流体人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。设备中的折流板或冲击板应易于更换。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。

3．采用涂料和衬里

选用有弹性的、耐蚀耐磨的涂料。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片j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。

4．阴极保护

在海水巾使用的热交换器上施加阴极保护，在泵中使用锌塞作牺牲阳极以保护泵。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。3

本词条内容贡献者为:

李斌 - 副教授 - 西南大学