[科普中国]-磨耗腐蚀

概述

磨耗腐蚀是两接触面间振动滑移引起的磨损和腐蚀介质的联合作用所产生的局部性金属腐性。

暴露在运动流体中的所有类型设备可能遭受磨耗腐蚀，包括：由高速运动形成湍流或在含有悬浮固体粒子的高速运动溶液中，引起金属破坏的冲刷腐蚀（如泵叶轱、透平机叶片、热交换器和弯管等）由流体与金属构件作高建相对运动，在金属表面局都地区产生涡流，伴随有气泡生成和破灭而导致金属破坏的空泡腐蚀（如水轮机叶片、船艇推进器和水泵零件等），由轻微振动和滑动，使受紧密接触面发生小坑或细槽现象的微动磨损腐蚀（如紧配合轴颈、螺母、螺栓及键槽等）。1

发生条件和形貌特征（1）发生条件

当设备或部件在下述工况条件下服役时，将可能发生磨耗腐蚀：

①工艺介质具有较强的腐蚀性；

②介质流体含有固体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运行。

在工件表面与介质流体相接触处出现紊流或液流冲撞时，会加速磨耗腐蚀。对不锈钢设备来说，若在轻度腐蚀性的环境中，即使存在固体粒子（例如含有砂粒的海水），一般几乎不会发生磨耗腐蚀。

（2）形貌特征

在有固体粒子的强腐蚀性环境中，磨耗腐蚀的形态将呈现为方向性明显的花纹（槽、沟、波纹及山谷形）。

如右图所示为不锈钢叶轮（用以输送湿法磷酸料浆液）使用两个月后呈现的磨耗腐蚀的外观形貌（典型的波纹状）。

如右图所示为1Cr18Ni9Ti不锈钢管弯曲部分（用以向制药的工艺介质中吹送压缩空气），在腐蚀穿孔处附近，由于介质流体产生强烈紊流而导致磨耗腐蚀的表观形貌（波纹状沟槽）。 2

试验方法（1）实验室试验

实验室试验就是在专用的试验机上所进行的试验。其特点为试验周期短，影响因素容易控制，试验条件可以在较宽范围内选择，在短时问内能进行较多试样和较多参数的试验，试验数据的重复性和可比性好。缺点是不能完全模拟实际使用条件。

（2）抬架试验

在实验室试验基础上，将优选出来的试样制成机械部件，进一步在模拟实际使用条件下进行台架试验。这种试验可强化实际使用条件，缩短试验周期，并可严格控制试验因索，以改善数据分散性，增加可靠性。不足之处是投资费用较高。

（3）现场试验

在上述两种试验驶础上，再进行实物考核试验。这种试验的真实性和可靠性较好。但试验周期长，需要特殊溉是工具和仪器，并投入较大的人力和物力，费用较高。同时由于试验结果受多因素的综台影响，准以进行单因素考察，不易找到问题的根本原因。

连三种类型试验，可以结合进行，也可选择其中一种或两种。一般情况下，实验室试验采用最为广泛，是测试磨耗性能必不可少的手段。1

防止措施（1）采用抗磨耗腐蚀性能较好的材料。因为磨耗腐蚀是腐蚀效应积机械磨损作用相叠加的结果，因此，材料的抗磨耗腐蚀性能是通过权衡提高材料的耐腐蚀性能（如镍、铬及钼、铜合金化）京提高材料的耐磨耗性能（如提高合金的硬度）来解决的。

（2）采用降低流速；减小湍流以及加厚易损部位的设计方案。

（3）改善环境介质条件，如过滤悬浮固体颗粒、降低温度以及添加缓蚀剂。

（4）在工件表面堆焊一层耐腐蚀的硬质合金材料。2

危害该种腐蚀多发生在振动构件的机械结合处。可破坏材料接触面，使紧配合松动，甚至脱落。腐蚀产生的氧化物可导致局部应力，引起疲劳裂纹，甚至粘结。还可改变接触电阻，从而影响弱电流继电器的功能。产生该种腐蚀的机理有磨损一氧化和氧化一磨损两种。

前种理论认为在受压的金属界面上，某些微小突起部分发生冷焊，然后在相对运动过程中，冷焊区局部断裂，形成很小的金属碎屑，因摩擦热又将其氧化。这个过程的反复进行，在界面上形成小坑或细槽，并积存氧化物碎屑。

后种理论认为大多数金属表面都有一层氧化膜，某些微小突起部分的氧化膜在高压下破裂成碎片，暴露出的新鲜表面被重新氧化或冷焊，然后在相对运动过程中，使冷焊区或氧化膜局部破裂，摩擦热又将金属或金属碎片氧化，如此反复，使接触面受到损坏。

由此看出摩振腐蚀产生的基本条件是①接触面必须承受载荷；②接触面间必须存在振动或反复的相对移动；③接触面的载荷和相对运动足以使表面产生滑动或变形；④存在氧气。

磨损腐蚀又称磨耗腐蚀。兼有机械磨损的化学或电化学腐蚀。腐蚀性介质（如气体水溶液或液态金属等）和金属表面间相对运动引起金属以溶解离子状态脱离表面，或者在化学或电化学作膈下生成圈态腐蚀产物（保护膜）而后受机械冲刷脱离金属表面而发生磨损腐蚀。

与表面膜的性质、溶液的流速、湍流和冲击、电偶效应以及金属和合金的性质等因素有关。根据与金属摩擦的物质类型，以及相对运动的方式和速度，可分为摩振腐蚀、冲击腐蚀和空泡腐蚀等类型。

磨损腐蚀的特点是：

（1）腐蚀过程多为机械磨损、电化学腐蚀和化学腐蚀三者同时进行，往往比其先后单独作用的危害性大。多数情况是在腐蚀产生的较短时间内即造成意外的破坏；

（2）腐蚀外表多呈槽、沟、波纹、圆孔和山谷状，并常显示有方向性。大多数金属和合金，特别是软金属（如铜、铅等）都会遭受磨损腐蚀。磨损腐蚀常见于火炸药生产的管道系统（特别是弯头、肘管和三通）、阀、泵、鼓风机、离心机、推进器、叶轮、带搅拌的容器。3