材料腐蝕與防護(hù)第三章全面腐蝕與局部腐蝕-4腐蝕疲勞

1、第三章第三章 第第3章章 全面腐蝕與局部腐蝕全面腐蝕與局部腐蝕 第七節(jié) 腐蝕疲勞 3.7 3.7 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 腐蝕疲勞1 腐蝕疲勞的特征2 腐蝕疲勞機(jī)理3 腐蝕疲勞的控制方法4 應(yīng)力作用下的腐蝕破壞應(yīng)力作用下的腐蝕破壞 腐蝕 應(yīng)力腐蝕 scc 空泡 腐蝕 腐蝕 疲勞 cf 氫致 斷裂 沖擊腐蝕或 湍流腐蝕 微動(dòng)腐蝕或 微振腐蝕fc 3.7.1 3.7.1 腐蝕疲勞腐蝕疲勞 v 腐蝕疲勞腐蝕疲勞：材料或構(gòu)件在交變應(yīng)力與腐蝕環(huán)境的共同作用：材料或構(gòu)件在交變應(yīng)力與腐蝕環(huán)境的共同作用 下產(chǎn)生的脆性斷裂。下產(chǎn)生的脆性斷裂。 v 這種破壞要比這種破壞要比單純的交變應(yīng)力單純的交變應(yīng)力造成的破壞或造成的

2、破壞或單純的腐蝕作單純的腐蝕作 用用造成的破壞嚴(yán)重的多。造成的破壞嚴(yán)重的多。 v 在工程技術(shù)上腐蝕疲勞是造成安全設(shè)計(jì)的金屬構(gòu)件發(fā)生在工程技術(shù)上腐蝕疲勞是造成安全設(shè)計(jì)的金屬構(gòu)件發(fā)生突突 然破壞的然破壞的最重要原因之一。最重要原因之一。 3.7.2 3.7.2 腐蝕疲勞破壞的特征腐蝕疲勞破壞的特征 v 腐蝕疲勞過(guò)程受腐蝕疲勞過(guò)程受力學(xué)因素力學(xué)因素、環(huán)境因素環(huán)境因素和和材料因素材料因素交互影響，交互影響， 與一般腐蝕、純機(jī)械疲勞和應(yīng)力腐蝕失效相比，表現(xiàn)出諸與一般腐蝕、純機(jī)械疲勞和應(yīng)力腐蝕失效相比，表現(xiàn)出諸 多自身的特征。多自身的特征。 v 腐蝕疲勞引起的破壞比單獨(dú)由腐蝕和機(jī)械疲勞腐蝕疲勞引起的破壞比

3、單獨(dú)由腐蝕和機(jī)械疲勞( (即惰性環(huán)即惰性環(huán) 境中的純疲勞境中的純疲勞) )分別作用時(shí)引起破壞的總和嚴(yán)重得多，它分別作用時(shí)引起破壞的總和嚴(yán)重得多，它 不僅是航空、船舶、石油、天然氣、化工、冶金、機(jī)械、不僅是航空、船舶、石油、天然氣、化工、冶金、機(jī)械、 海洋開(kāi)發(fā)等工程結(jié)構(gòu)的安全海洋開(kāi)發(fā)等工程結(jié)構(gòu)的安全隱患，而且是人體植入關(guān)節(jié)等隱患，而且是人體植入關(guān)節(jié)等 的重要失效形式。的重要失效形式。 1 1）通常不存在腐蝕疲勞極限。）通常不存在腐蝕疲勞極限。 腐蝕疲勞破壞的特征腐蝕疲勞破壞的特征 （1 1）力學(xué)特征）力學(xué)特征 通常通常不存在腐蝕疲勞極限不存在腐蝕疲勞極限。 在交變應(yīng)力下，金屬承受的在交變應(yīng)力下，

4、金屬承受的 最大交變應(yīng)力最大交變應(yīng)力 max max愈大，則 愈大，則 至斷裂的應(yīng)力交變次數(shù)至斷裂的應(yīng)力交變次數(shù)n n愈愈 少；反之，少；反之， max max愈小，則 愈小，則n n 愈大。愈大。 通過(guò)試驗(yàn)測(cè)得的這種曲線稱通過(guò)試驗(yàn)測(cè)得的這種曲線稱 為疲勞曲線為疲勞曲線( (即應(yīng)力即應(yīng)力- -壽命曲壽命曲 線，或線，或s-ns-n曲線曲線) )。 u當(dāng)應(yīng)力低到某值時(shí)，材料或構(gòu)件等承受無(wú)限多次應(yīng)力循環(huán)而不發(fā)當(dāng)應(yīng)力低到某值時(shí)，材料或構(gòu)件等承受無(wú)限多次應(yīng)力循環(huán)而不發(fā) 生疲勞斷裂，這一應(yīng)力值稱為材料或構(gòu)件的生疲勞斷裂，這一應(yīng)力值稱為材料或構(gòu)件的真正疲勞極限真正疲勞極限，通常以，通常以 r r表示表示.

5、 . u疲勞極限疲勞極限是指一定的材料或構(gòu)件可以承受無(wú)限次應(yīng)力循環(huán)而不發(fā)是指一定的材料或構(gòu)件可以承受無(wú)限次應(yīng)力循環(huán)而不發(fā) 生破壞的最大應(yīng)力。生破壞的最大應(yīng)力。 u發(fā)生破壞時(shí)的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)或從開(kāi)始承受應(yīng)力直至斷裂所經(jīng)歷的發(fā)生破壞時(shí)的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)或從開(kāi)始承受應(yīng)力直至斷裂所經(jīng)歷的 時(shí)間稱為時(shí)間稱為疲勞壽命疲勞壽命，通常以，通常以n nf f表示。表示。 u實(shí)際中通常規(guī)定交變應(yīng)力循環(huán)周次在實(shí)際中通常規(guī)定交變應(yīng)力循環(huán)周次在10107 7次時(shí)，材料所能承受的次時(shí)，材料所能承受的 最大循環(huán)應(yīng)力或應(yīng)力幅為其最大循環(huán)應(yīng)力或應(yīng)力幅為其條件疲勞極限條件疲勞極限。 u與應(yīng)力腐蝕不同，只要存在腐蝕介質(zhì)，與應(yīng)力腐蝕不同，

6、只要存在腐蝕介質(zhì)，純金屬純金屬也能發(fā)生腐蝕疲勞也能發(fā)生腐蝕疲勞 u腐蝕疲勞的條件腐蝕疲勞的條件( (或表現(xiàn)或表現(xiàn)) )疲勞極限與疲勞極限與材料的抗拉強(qiáng)度沒(méi)有直接的材料的抗拉強(qiáng)度沒(méi)有直接的 相關(guān)關(guān)系相關(guān)關(guān)系，這一點(diǎn)與純機(jī)械疲勞也不相同，這一點(diǎn)與純機(jī)械疲勞也不相同。 腐蝕疲勞破壞的特征腐蝕疲勞破壞的特征 （1 1）力學(xué)特征）力學(xué)特征 v 應(yīng)力交變頻率應(yīng)力交變頻率f f和應(yīng)力不對(duì)稱系數(shù)和應(yīng)力不對(duì)稱系數(shù)( (應(yīng)力比應(yīng)力比) )只對(duì)腐蝕疲勞只對(duì)腐蝕疲勞 影響顯著。影響顯著。 v 當(dāng)當(dāng)f f很大時(shí)，腐蝕來(lái)不及發(fā)生，只產(chǎn)生機(jī)械疲勞破壞，很大時(shí)，腐蝕來(lái)不及發(fā)生，只產(chǎn)生機(jī)械疲勞破壞， v 反之，當(dāng)反之，當(dāng)f f

7、很小時(shí)，則與靜拉力作用接近，產(chǎn)生很小時(shí)，則與靜拉力作用接近，產(chǎn)生sccscc破壞。破壞。 v f f在某一范圍內(nèi)，最易產(chǎn)生在某一范圍內(nèi)，最易產(chǎn)生cfcf失效，而且在腐蝕疲勞的應(yīng)失效，而且在腐蝕疲勞的應(yīng) 力范圍內(nèi)，力范圍內(nèi)，f f愈小，愈小，裂紋擴(kuò)展速率裂紋擴(kuò)展速率越高，因?yàn)樵礁?，因?yàn)楦g腐蝕的作用的作用 更加顯著。另一方面，更加顯著。另一方面，載荷比載荷比r r( (或平均應(yīng)力或平均應(yīng)力) )增大，腐蝕增大，腐蝕 疲勞壽命通常降低。疲勞壽命通常降低。 腐蝕疲勞破壞的特征腐蝕疲勞破壞的特征 （1 1）力學(xué)特征）力學(xué)特征 （2 2）環(huán)境特征）環(huán)境特征 u1)1)腐蝕疲勞斷裂的腐蝕環(huán)境腐蝕疲勞斷裂的

8、腐蝕環(huán)境沒(méi)沒(méi) 有特殊性要求有特殊性要求，即不需要特定的，即不需要特定的 材料材料/ /介質(zhì)組合。介質(zhì)組合。 u只要在只要在疲勞應(yīng)力和腐蝕環(huán)境疲勞應(yīng)力和腐蝕環(huán)境聯(lián)聯(lián) 合作用下都可發(fā)生合作用下都可發(fā)生cfcf斷裂，不需斷裂，不需 要特定的電化學(xué)腐蝕電位范圍等要特定的電化學(xué)腐蝕電位范圍等 特殊條件，這與特殊條件，這與sccscc是完全不同的，是完全不同的， 因此，因此，cfcf破壞更具廣泛性，其破破壞更具廣泛性，其破 壞的嚴(yán)重性更大。壞的嚴(yán)重性更大。 u嚴(yán)格地說(shuō)，只有在嚴(yán)格地說(shuō)，只有在真空或惰性真空或惰性 氣氛氣氛中才中才不發(fā)生不發(fā)生cfcf破壞破壞，在空氣、，在空氣、 氧氣、甚至濕的氮?dú)猸h(huán)境中都可

9、氧氣、甚至濕的氮?dú)猸h(huán)境中都可 發(fā)生發(fā)生cfcf破壞。破壞。 腐蝕疲勞破壞的特征腐蝕疲勞破壞的特征 v 2)2)通常通常環(huán)境腐蝕性增強(qiáng)，環(huán)境腐蝕性增強(qiáng)，cfcf破環(huán)傾向增大。破環(huán)傾向增大。 例如對(duì)于鋼例如對(duì)于鋼( (尤其是高強(qiáng)度鋼尤其是高強(qiáng)度鋼) )，cfcf裂紋擴(kuò)展速率按照下裂紋擴(kuò)展速率按照下 列順序遞增：惰性氣體列順序遞增：惰性氣體大氣大氣水蒸氣水蒸氣水水硫酸鹽水溶液硫酸鹽水溶液 氯化物水溶液氯化物水溶液氫氣氛氫氣氛硫化氫。硫化氫。 v 腐蝕過(guò)強(qiáng)導(dǎo)致局部腐蝕轉(zhuǎn)化為腐蝕過(guò)強(qiáng)導(dǎo)致局部腐蝕轉(zhuǎn)化為均勻腐蝕均勻腐蝕，可能反而降低鋼的，可能反而降低鋼的 cfcf破壞傾向。破壞傾向。 v 如溫度升高引起鋼

10、的嚴(yán)重腐蝕，造成許多淺的裂紋源，從而如溫度升高引起鋼的嚴(yán)重腐蝕，造成許多淺的裂紋源，從而 降低局部的應(yīng)力集中，并使陽(yáng)極與陰極面積比變大，結(jié)果使降低局部的應(yīng)力集中，并使陽(yáng)極與陰極面積比變大，結(jié)果使 鋼的抗腐蝕疲勞能力提高。鋼的抗腐蝕疲勞能力提高。 v 另外，氧時(shí)常通過(guò)吸附或化學(xué)反應(yīng)促進(jìn)裂紋閉合，阻礙另外，氧時(shí)常通過(guò)吸附或化學(xué)反應(yīng)促進(jìn)裂紋閉合，阻礙cfcf裂裂 紋的擴(kuò)展，從而提高紋的擴(kuò)展，從而提高cfcf條件疲勞極限值條件疲勞極限值。 （2 2）環(huán)境特征）環(huán)境特征 腐蝕疲勞破壞的特征腐蝕疲勞破壞的特征 （3 3）形態(tài)學(xué)特征）形態(tài)學(xué)特征 v 腐蝕疲勞紋多起源于表面腐蝕坑或表面缺陷，往往成群出腐蝕疲勞

11、紋多起源于表面腐蝕坑或表面缺陷，往往成群出 現(xiàn)，裂紋主要是現(xiàn)，裂紋主要是穿晶型穿晶型，并隨腐蝕發(fā)展裂紋變寬。，并隨腐蝕發(fā)展裂紋變寬。 v 腐蝕疲勞斷口即有腐蝕的特征又有疲勞的特征。而純力學(xué)腐蝕疲勞斷口即有腐蝕的特征又有疲勞的特征。而純力學(xué) 疲勞斷口分兩種情況，對(duì)于疲勞斷口分兩種情況，對(duì)于塑性材料塑性材料斷口為纖維狀，呈暗斷口為纖維狀，呈暗 灰色；灰色；脆性材料脆性材料斷口呈現(xiàn)出一些結(jié)晶形狀。斷口呈現(xiàn)出一些結(jié)晶形狀。 腐蝕疲勞破壞的特征腐蝕疲勞破壞的特征 3.7.3 3.7.3 腐蝕疲勞的機(jī)理腐蝕疲勞的機(jī)理 1)1)銜接受阻模型銜接受阻模型 金屬材料加載時(shí)表面發(fā)生滑移，金屬材料加載時(shí)表面發(fā)生滑移

12、， 若有氧氣存在若有氧氣存在, ,可在滑移帶處溶可在滑移帶處溶 入高濃度的氧，使熱效應(yīng)增加，入高濃度的氧，使熱效應(yīng)增加， 空位增殖，表面形成空位增殖，表面形成氧化膜氧化膜。在。在 反向反向加載發(fā)生逆方向的滑移時(shí)，加載發(fā)生逆方向的滑移時(shí)， 滑移面俘獲的氧進(jìn)入滑移帶，阻滑移面俘獲的氧進(jìn)入滑移帶，阻 礙了斷裂面的銜接或焊合礙了斷裂面的銜接或焊合, ,引發(fā)引發(fā) 裂紋。從而使滑移帶轉(zhuǎn)變成疲勞裂紋。從而使滑移帶轉(zhuǎn)變成疲勞 裂紋，使裂紋擴(kuò)展第裂紋，使裂紋擴(kuò)展第i(i(初始初始) )階階 段的過(guò)程提前段的過(guò)程提前( (相對(duì)于惰性氣氛相對(duì)于惰性氣氛) )， 并加速第并加速第 階段裂紋的擴(kuò)展。階段裂紋的擴(kuò)展。 （

13、1 1）氣相中的腐蝕疲勞）氣相中的腐蝕疲勞 2)2)氧化膜下空穴堆聚形成裂紋模型氧化膜下空穴堆聚形成裂紋模型 按理論認(rèn)為，氣相介質(zhì)與按理論認(rèn)為，氣相介質(zhì)與 金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)在表面金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)在表面 生成保護(hù)膜，使表面強(qiáng)化。生成保護(hù)膜，使表面強(qiáng)化。 在交變應(yīng)力作用下，保護(hù)在交變應(yīng)力作用下，保護(hù) 膜膜阻礙位錯(cuò)通過(guò)自由表面阻礙位錯(cuò)通過(guò)自由表面 的逃逸的逃逸，導(dǎo)致膜下位錯(cuò)堆，導(dǎo)致膜下位錯(cuò)堆 集，形成空穴與凹陷。在集，形成空穴與凹陷。在 交變應(yīng)力作用下形成裂紋。交變應(yīng)力作用下形成裂紋。 （1 1）氣相中的腐蝕疲勞）氣相中的腐蝕疲勞 腐蝕疲勞的機(jī)理腐蝕疲勞的機(jī)理 （2 2）液相中的腐蝕疲勞）液相中的腐

14、蝕疲勞 電化學(xué)腐蝕環(huán)境使金屬表面形成的電化學(xué)腐蝕環(huán)境使金屬表面形成的點(diǎn)蝕孔點(diǎn)蝕孔成為應(yīng)力集中源，當(dāng)金屬受拉應(yīng)力成為應(yīng)力集中源，當(dāng)金屬受拉應(yīng)力 作用時(shí)，在作用時(shí)，在點(diǎn)蝕孔底點(diǎn)蝕孔底產(chǎn)生滑移臺(tái)階，滑移臺(tái)階處暴露出的新鮮金屬表面因腐產(chǎn)生滑移臺(tái)階，滑移臺(tái)階處暴露出的新鮮金屬表面因腐 蝕作用使逆向加載時(shí)表面不能復(fù)原蝕作用使逆向加載時(shí)表面不能復(fù)原( (即逆向滑移受阻即逆向滑移受阻) )，由此造成裂紋源的產(chǎn)，由此造成裂紋源的產(chǎn) 生。疲勞的反復(fù)加載，使裂紋不斷向縱深擴(kuò)展。生。疲勞的反復(fù)加載，使裂紋不斷向縱深擴(kuò)展。 腐蝕疲勞的機(jī)理腐蝕疲勞的機(jī)理 1)1)蝕孔應(yīng)力集中蝕孔應(yīng)力集中- -滑移不可逆性增強(qiáng)模型滑移不可

15、逆性增強(qiáng)模型 2)2)滑移帶優(yōu)先溶解模型滑移帶優(yōu)先溶解模型 v 金屬表面在交變應(yīng)力作用下產(chǎn)生駐留滑移帶，擠出、擠入金屬表面在交變應(yīng)力作用下產(chǎn)生駐留滑移帶，擠出、擠入 處由于處由于位錯(cuò)密度高位錯(cuò)密度高或雜質(zhì)在滑移帶處的沉積等原因，使原或雜質(zhì)在滑移帶處的沉積等原因，使原 子具有較高的活性而成為子具有較高的活性而成為局部小陽(yáng)極局部小陽(yáng)極，而其他部位則處于，而其他部位則處于 活性相對(duì)低的狀態(tài)活性相對(duì)低的狀態(tài)( (成為大陰極成為大陰極) )，由此導(dǎo)致駐留滑移帶處，由此導(dǎo)致駐留滑移帶處 發(fā)生優(yōu)先腐蝕溶解，進(jìn)而使腐蝕疲勞裂紋形核。發(fā)生優(yōu)先腐蝕溶解，進(jìn)而使腐蝕疲勞裂紋形核。 v 裂紋形核后，裂紋形核后，交變應(yīng)

16、力交變應(yīng)力和和裂紋內(nèi)局部電化學(xué)腐蝕裂紋內(nèi)局部電化學(xué)腐蝕的協(xié)同作的協(xié)同作 用使裂紋不斷擴(kuò)展。用使裂紋不斷擴(kuò)展。 腐蝕疲勞的機(jī)理腐蝕疲勞的機(jī)理 （2 2）液相中的腐蝕疲勞）液相中的腐蝕疲勞 3)3)氫脆模型氫脆模型u水合氫離子從裂紋面向裂紋頂端水合氫離子從裂紋面向裂紋頂端 擴(kuò)散擴(kuò)散 u氫離子發(fā)生還原反應(yīng)而使裂紋頂氫離子發(fā)生還原反應(yīng)而使裂紋頂 端表面端表面吸附氫原子吸附氫原子，被吸附的氫原，被吸附的氫原 子沿表面擴(kuò)散到表面的擇優(yōu)位置上，子沿表面擴(kuò)散到表面的擇優(yōu)位置上， 氫原子在交變應(yīng)力的協(xié)同作用下向氫原子在交變應(yīng)力的協(xié)同作用下向 金屬內(nèi)的關(guān)鍵位置金屬內(nèi)的關(guān)鍵位置( (如晶粒邊界、如晶粒邊界、 裂紋頂

17、端的三向高應(yīng)力集中區(qū)或孔裂紋頂端的三向高應(yīng)力集中區(qū)或孔 洞處洞處) )擴(kuò)散擴(kuò)散與與富集富集，交變應(yīng)力與富，交變應(yīng)力與富 集的氫聯(lián)合作用導(dǎo)致裂紋的萌生與集的氫聯(lián)合作用導(dǎo)致裂紋的萌生與 擴(kuò)展。擴(kuò)展。 u另外，有的研究結(jié)果則表明，吸另外，有的研究結(jié)果則表明，吸 附氫對(duì)附氫對(duì)cfcf裂紋的擴(kuò)展比三向應(yīng)力集裂紋的擴(kuò)展比三向應(yīng)力集 中區(qū)富集的氫的作用還大，即中區(qū)富集的氫的作用還大，即吸附吸附 氫氫是推動(dòng)是推動(dòng)cfcf裂紋擴(kuò)展的主要因素。裂紋擴(kuò)展的主要因素。 腐蝕疲勞的機(jī)理腐蝕疲勞的機(jī)理 （2 2）液相中的腐蝕疲勞）液相中的腐蝕疲勞 3.7.4 3.7.4 材料腐蝕疲勞的控制方法材料腐蝕疲勞的控制方法 v

18、（1 1）合理選材與優(yōu)化材料合理選材與優(yōu)化材料 由于鋼的強(qiáng)度愈高，通常其腐蝕疲勞敏感性愈大，因此選由于鋼的強(qiáng)度愈高，通常其腐蝕疲勞敏感性愈大，因此選 擇強(qiáng)度低的鋼種一般更為安全。擇強(qiáng)度低的鋼種一般更為安全。 v （2 2）降低張應(yīng)力水平或改善表面應(yīng)力狀態(tài)降低張應(yīng)力水平或改善表面應(yīng)力狀態(tài) 設(shè)計(jì)上注意結(jié)構(gòu)合理化，減少應(yīng)力集中，避免縫隙結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)上注意結(jié)構(gòu)合理化，減少應(yīng)力集中，避免縫隙結(jié)構(gòu)， 適當(dāng)加大截面尺寸。適當(dāng)加大截面尺寸。 v （3 3）減緩腐蝕作用減緩腐蝕作用 常用的措施有施加表面涂常用的措施有施加表面涂( (鍍鍍) )層、添加緩蝕劑和實(shí)施電化層、添加緩蝕劑和實(shí)施電化 學(xué)保護(hù)技術(shù)。學(xué)保護(hù)技術(shù)

19、。 第三章第三章 第第3章章 全面腐蝕與局部腐蝕全面腐蝕與局部腐蝕 第八節(jié) 磨損腐蝕 3.8 3.8 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 磨損腐蝕1 磨損腐蝕的現(xiàn)象和特征2 3 磨損腐蝕的控制措施4 磨損腐蝕的影響因素 3.8.1 3.8.1 磨損腐蝕磨損腐蝕 v 磨損腐蝕磨損腐蝕：金屬材料與周圍環(huán)境介質(zhì)中之間存在：金屬材料與周圍環(huán)境介質(zhì)中之間存在摩擦和腐摩擦和腐 蝕的雙重作用蝕的雙重作用，而導(dǎo)致金屬材料的破壞現(xiàn)象。，而導(dǎo)致金屬材料的破壞現(xiàn)象。 v 由于這種破壞是應(yīng)力和環(huán)境中化學(xué)介質(zhì)協(xié)同促進(jìn)的過(guò)程，由于這種破壞是應(yīng)力和環(huán)境中化學(xué)介質(zhì)協(xié)同促進(jìn)的過(guò)程， 因此也是應(yīng)力作用下因此也是應(yīng)力作用下腐蝕的形式之一腐蝕的形式之

20、一。 v 按照與金屬發(fā)生摩擦的物質(zhì)種類（如固體（包括固體顆按照與金屬發(fā)生摩擦的物質(zhì)種類（如固體（包括固體顆 粒）、液體或液體中氣泡等），以及相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方式和速粒）、液體或液體中氣泡等），以及相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方式和速 度大小等的不同，可以有各種類型的摩擦、磨損現(xiàn)象，相度大小等的不同，可以有各種類型的摩擦、磨損現(xiàn)象，相 應(yīng)也有不同類型的磨損腐蝕。應(yīng)也有不同類型的磨損腐蝕。 3.8.2 3.8.2 磨損腐蝕現(xiàn)象和特征磨損腐蝕現(xiàn)象和特征 v 磨損腐蝕現(xiàn)象：磨損腐蝕現(xiàn)象：指金屬材料表面與腐蝕流體、多組元流體指金屬材料表面與腐蝕流體、多組元流體 ( (即流體中含有固體粒子或液滴即流體中含有固體粒子或液滴) )相

21、互作用而引起的金屬損相互作用而引起的金屬損 傷現(xiàn)象，也稱之為傷現(xiàn)象，也稱之為沖擊腐蝕沖擊腐蝕。 v 若液相流體中懸浮著較硬的固體顆粒，則破壞的嚴(yán)重性很若液相流體中懸浮著較硬的固體顆粒，則破壞的嚴(yán)重性很 大。大。 v 磨損腐蝕的形貌常常是光滑的金屬（合金）表面上呈現(xiàn)出磨損腐蝕的形貌常常是光滑的金屬（合金）表面上呈現(xiàn)出 帶有方向性的溝、凹槽谷波紋及圓孔等，且一般按流體的帶有方向性的溝、凹槽谷波紋及圓孔等，且一般按流體的 流動(dòng)方向切入金屬表面層。流動(dòng)方向切入金屬表面層。 3.8.3 3.8.3 磨損腐蝕的影響因素磨損腐蝕的影響因素 v 與金屬材料的性能、表面膜、介質(zhì)的流速、湍流、沖擊、與金屬材料的性

22、能、表面膜、介質(zhì)的流速、湍流、沖擊、 液相電解質(zhì)的腐蝕性有關(guān)。液相電解質(zhì)的腐蝕性有關(guān)。 v 通常硬度較小的金屬（銅，鉛）更易發(fā)生。通常硬度較小的金屬（銅，鉛）更易發(fā)生。 v 金屬的化學(xué)成分、耐蝕性、硬度和冶金因素等對(duì)沖蝕抗力金屬的化學(xué)成分、耐蝕性、硬度和冶金因素等對(duì)沖蝕抗力 有顯著影響。有顯著影響。 v 耐蝕性好的材料其抗沖蝕能力也好。耐蝕性好的材料其抗沖蝕能力也好。 v 介質(zhì)的流速？介質(zhì)的流速？ 流速的影響流速的影響 當(dāng)流速為零或很低鋁當(dāng)流速為零或很低鋁 在發(fā)煙硝酸中幾乎不腐在發(fā)煙硝酸中幾乎不腐 蝕，其原因是鋁在此酸蝕，其原因是鋁在此酸 中能生成中能生成氧化鋁鈍化膜氧化鋁鈍化膜 的緣故；的緣

23、故； 當(dāng)流速增大時(shí)，由于部當(dāng)流速增大時(shí)，由于部 分分氧化膜被除去氧化膜被除去，沖蝕，沖蝕 速率不斷地增大。速率不斷地增大。 流速的影響流速的影響 u該鋼種在靜止的硝酸中該鋼種在靜止的硝酸中 具有具有自催化腐蝕自催化腐蝕的特性的特性( (陰陰 極反應(yīng)生成亞硝酸極反應(yīng)生成亞硝酸) )，同時(shí)，同時(shí) 具有高的腐蝕速率。具有高的腐蝕速率。 u流速增大能沖走表面腐流速增大能沖走表面腐 蝕性的亞硝酸，致使腐蝕蝕性的亞硝酸，致使腐蝕 率隨著流速的加大而不斷率隨著流速的加大而不斷 減小。減小。 u此外，一定的流速能使此外，一定的流速能使 沉積物難以在金屬表面上沉積物難以在金屬表面上 沉積，因而也可避免沉積沉積，

24、因而也可避免沉積 物引起的腐蝕。物引起的腐蝕。 v 實(shí)際中流速的影響大致可分為兩種情況：實(shí)際中流速的影響大致可分為兩種情況： v 由于流速的增加而使腐蝕劑由于流速的增加而使腐蝕劑( (如氧、二氧化碳或硫化氫如氧、二氧化碳或硫化氫 等等) )與金屬表面接觸的機(jī)會(huì)增加，或者使金屬表面的與金屬表面接觸的機(jī)會(huì)增加，或者使金屬表面的靜態(tài)靜態(tài) 膜厚度減小膜厚度減小，離子的擴(kuò)散、轉(zhuǎn)移增大，這種情況一般是加，離子的擴(kuò)散、轉(zhuǎn)移增大，這種情況一般是加 速腐蝕的。速腐蝕的。 v 在有在有緩蝕劑緩蝕劑存在的情況下，一定的流速使緩蝕劑的利用存在的情況下，一定的流速使緩蝕劑的利用 率提高，因而使腐蝕減慢；同時(shí)較高流速又能

25、減少或阻止率提高，因而使腐蝕減慢；同時(shí)較高流速又能減少或阻止 污泥、塵垢的沉積，從而使縫隙腐蝕的條件得到消除，也污泥、塵垢的沉積，從而使縫隙腐蝕的條件得到消除，也 能減少?zèng)_蝕。但這種情況有時(shí)也會(huì)出懸浮固體的摩擦，破能減少?zèng)_蝕。但這種情況有時(shí)也會(huì)出懸浮固體的摩擦，破 壞金屬材料表面的保護(hù)膜而又加速腐蝕。壞金屬材料表面的保護(hù)膜而又加速腐蝕。 v 因此，實(shí)際情況較為因此，實(shí)際情況較為復(fù)雜復(fù)雜、應(yīng)根據(jù)腐蝕機(jī)理作具體分析。、應(yīng)根據(jù)腐蝕機(jī)理作具體分析。 v 湍流腐蝕和空泡腐蝕湍流腐蝕和空泡腐蝕是兩種特殊而重要的沖蝕形式。是兩種特殊而重要的沖蝕形式。 流速的影響流速的影響 湍流腐蝕湍流腐蝕 v 在材料表面或

26、設(shè)備的某些特定部位、由于介質(zhì)流速的急劇在材料表面或設(shè)備的某些特定部位、由于介質(zhì)流速的急劇 增大而形成湍流，由湍流導(dǎo)致的沖蝕即稱為增大而形成湍流，由湍流導(dǎo)致的沖蝕即稱為湍流腐蝕湍流腐蝕。 v 湍流使金屬表面液體的攪動(dòng)比層流更為劇烈，結(jié)果使金屬湍流使金屬表面液體的攪動(dòng)比層流更為劇烈，結(jié)果使金屬 與介質(zhì)的與介質(zhì)的接觸更為頻繁接觸更為頻繁。 v 湍流不僅湍流不僅加速了腐蝕劑的供應(yīng)和腐蝕產(chǎn)物的移加速了腐蝕劑的供應(yīng)和腐蝕產(chǎn)物的移去，而且又去，而且又 附加了一個(gè)流體對(duì)金屬表面的附加了一個(gè)流體對(duì)金屬表面的切應(yīng)力切應(yīng)力。該切應(yīng)力能夠把已。該切應(yīng)力能夠把已 經(jīng)形成的腐蝕產(chǎn)物剝離，并隨流體轉(zhuǎn)移開(kāi)。當(dāng)流體中含有經(jīng)形成

27、的腐蝕產(chǎn)物剝離，并隨流體轉(zhuǎn)移開(kāi)。當(dāng)流體中含有 氣泡或固體顆粒時(shí)，切應(yīng)力的力矩增大，金屬表面損傷氣泡或固體顆粒時(shí)，切應(yīng)力的力矩增大，金屬表面損傷更更 加嚴(yán)重加嚴(yán)重。 v 湍流腐蝕大多發(fā)生在湍流腐蝕大多發(fā)生在葉輪、螺旋槳葉輪、螺旋槳，以及泵、攪拌器、離，以及泵、攪拌器、離 心機(jī)、各種導(dǎo)管的心機(jī)、各種導(dǎo)管的彎曲部分彎曲部分。 遭到湍流腐蝕的金屬遭到湍流腐蝕的金屬 表面，常常呈現(xiàn)表面，常常呈現(xiàn)深谷深谷 或馬蹄形的凹槽狀或馬蹄形的凹槽狀， 一般按流體的流動(dòng)方一般按流體的流動(dòng)方 向切入金屬表面層。向切入金屬表面層。 蝕谷底部光滑沒(méi)有腐蝕谷底部光滑沒(méi)有腐 蝕產(chǎn)物積存。蝕產(chǎn)物積存。 在輸送流體的管道內(nèi)，流體發(fā)

28、生突然改變方向的部位（如彎在輸送流體的管道內(nèi)，流體發(fā)生突然改變方向的部位（如彎 管、管、u u形換熱管等的拐彎處）的形換熱管等的拐彎處）的管壁沖蝕速率通常遠(yuǎn)高于平直管壁沖蝕速率通常遠(yuǎn)高于平直 管部位管部位，此部位的管壁減薄快，甚至穿孔。，此部位的管壁減薄快，甚至穿孔。 湍流腐蝕湍流腐蝕 空泡腐蝕空泡腐蝕 v 若液相流中在固體表面由于氣泡若液相流中在固體表面由于氣泡( (氣穴氣穴) )不斷形成和潰滅，瞬間產(chǎn)生的不斷形成和潰滅，瞬間產(chǎn)生的 高沖擊壓力對(duì)固體材料表面造成破壞，則這類沖蝕又稱為高沖擊壓力對(duì)固體材料表面造成破壞，則這類沖蝕又稱為空泡腐蝕或空泡腐蝕或 氣穴侵蝕或氣蝕氣穴侵蝕或氣蝕( (ca

29、vitationcavitation corrosion) corrosion)。 v 造成沖蝕的固體粒子通常都比較硬，但當(dāng)流速高時(shí)，軟粒子甚至水滴造成沖蝕的固體粒子通常都比較硬，但當(dāng)流速高時(shí)，軟粒子甚至水滴 也會(huì)造成沖蝕。也會(huì)造成沖蝕。 v 空泡腐蝕通常是由流速高于空泡腐蝕通常是由流速高于30m/s30m/s的液流和腐蝕介質(zhì)的共同作用而產(chǎn)的液流和腐蝕介質(zhì)的共同作用而產(chǎn) 生的。生的。 v 原因是金屬構(gòu)件的特殊幾何外形未能滿足流體力學(xué)的基本要求，使金原因是金屬構(gòu)件的特殊幾何外形未能滿足流體力學(xué)的基本要求，使金 屬表面的局部區(qū)域產(chǎn)生渦流在低壓區(qū)引起溶解氣體的析出或介質(zhì)的屬表面的局部區(qū)域產(chǎn)生渦流在低壓區(qū)引起溶解氣體的析出或介質(zhì)的 氣化。這樣接近金屬表面的液體，不斷有蒸汽泡的形成和崩潰，而氣氣化。這樣接近金屬表面的液體，不斷有蒸汽泡的形成和崩潰，而氣 泡潰滅時(shí)產(chǎn)生的沖擊波力量很大。能