沖刷和腐蝕的交互作用及影響因素

一、沖刷腐蝕概述

沖刷腐蝕(Erosion-Corrosion)是金屬表面與腐蝕流體之間由于高速相對運動而引起的金屬損壞現(xiàn)象，是材料受沖刷和腐蝕協(xié)同作用的結(jié)果。按介質(zhì)的不同沖刷腐蝕可分為三類即單相流、雙相流和多相流。其中固、氣、液多相流沖刷腐蝕和液-固雙相流沖刷腐蝕的工業(yè)背景較為普遍。沖刷腐蝕磨損造成的經(jīng)濟損失是驚人的，在石油化工、能源交通、農(nóng)機、建材、礦山、煤的燃燒和選況以及冶金、水利電力等行業(yè)的機械設(shè)備中，沖刷腐蝕磨損造成的損失占總腐蝕量的9%，磨損量的5%。據(jù)統(tǒng)計，全世界因腐蝕而損耗的金屬每年達1億噸以上，占年總產(chǎn)量的20%~40%，其中2/3可再生，其余的不可再生而散落在地球表面，美國、英國、日本和西德等國家因腐蝕造成的直接經(jīng)濟損失支出約占其國家生產(chǎn)總值的4%左右。

根據(jù)介質(zhì)可將沖蝕磨損分為兩大類:氣液噴砂型沖蝕及液流或水滴型沖蝕。流動介質(zhì)中攜帶的第二相可以是固體粒子、液滴或氣泡，它們有的直接沖擊材料表面，有的則在表而_上潰滅(氣泡)，從而對材料表面施加機械力。如果按流動介質(zhì)及第二:相排列組合，則可把沖蝕磨損分為四種類型。表1-1是沖蝕麼損分類及實例。

二、沖刷和腐蝕的交互作用及影響因素

沖刷與腐蝕之問交互作用的研究成為沖刷腐蝕研究的核心內(nèi)容，引起人們的關(guān)注，采用不同方式、從不同側(cè)面進行了研究。

交互作用機制包括兩個方面:沖刷對腐蝕的影響和腐蝕對沖刷的影響。沖刷對腐蝕的影響主要表現(xiàn)為:(1)沖刷能加速傳質(zhì)過程，促進去極化劑如。到達材料表面和腐蝕產(chǎn)物脫離材料表面，從而加速腐蝕;(2)沖刷的力學(xué)作用使材料鈍化膜減薄、破裂或使材料發(fā)生塑性變形，局部能量升高，形成“應(yīng)變差電池”，從而加速腐蝕;(3)沖刷造成材料表面出現(xiàn)凸凹不平的沖蝕坑，增加了材料的比表面積，加劇腐蝕。而腐蝕對沖刷的影響主要表現(xiàn)為: (1)腐蝕粗化材料表面，尤其在材料缺陷等處所出現(xiàn)的局部腐，造成微湍流的形成，從而促進沖刷過程; (2)腐蝕弱化材料的晶界、相界，使材料中耐磨的硬化相暴露，突出基體表面，使之易折斷甚至脫落，促進沖刷;(3)腐蝕有時使材料表面產(chǎn)生較軟的產(chǎn)物，它們?nèi)菀自跊_刷力作用下剝離; (4)腐蝕可溶解掉材料表面的加工硬化層，降低其疲勞強度，從而促進沖刷。研究表明:與機械侵蝕為主，侵蝕的耐腐蝕性能主要取決于其硬度;而在腐蝕更為嚴重，它對材料耐腐蝕性能起著決定性的作用。有影響作用的因素很多，越來越多的研究:介質(zhì)速度，介質(zhì)的性質(zhì)(主要是介質(zhì)的類型，濃度和pH值，固體顆粒含量，溫度等)，洗的材料性能和表面粗糙度等。

（1）流速的影響

在不同pH值的介質(zhì)的沖刷和腐蝕交互流量對高碳低合金鋼和高鉻鑄鐵兩種材料的影響。結(jié)果表明:不同pH條件下的相互作用，失重率隨流量的增加顯著增加，但相互作用占總重量損失率隨速度不強。AISI321四種典型的X60材料流量，影響沖刷和腐蝕交互316L剛玉砂介質(zhì)。結(jié)果表明，隨著流速的增大，四種材料的相互作用的重量損失率均顯著增加，而相互作用占總重量損失率和減小第---與速度的增加，進-步增加的速度。

（2）酸的種類、濃度或pH值的影響

不同種類和材料的侵蝕和腐蝕交五作用的酸濃度的影響，在相同濃度下，HIF 相互作用的最大引起的，其次是鹽酸，硫酸和硝酸再次，但通過最小的相互作用引起的。一些學(xué)若認為，酸的濃度和plI值對和互作用的影響，結(jié)果表明，濃度越高;酸或pll值較小，更多的互動，和plI 值對材料的腐蝕速率的影響是一樣的法律。同時建立了化學(xué)腐蝕交互圖機械效應(yīng)，說明速度與酸作用濃度的影響，酸濃度越人，更大的相互作用。

（3）材質(zhì)特性的影響

24Cr高鉻鑄鐵在pH值為3、水砂比為3/4的硫酸水溶液中腐蝕與磨損的交互作用，結(jié)果表明:在交互作用過程中奧氏體是以磨損促進腐蝕為主，而馬氏體是以腐蝕促進磨損為主。兩種力學(xué)性能差異較大的不銹鋼(馬氏體不銹鋼2Cr13 和鐵素體不銹鋼1Cr17Mo2)在純水+_5%石英砂中的沖刷腐蝕情況，認為純沖刷失重可作為沖刷機械損傷作用大小的度量，材料抵抗機械損傷的能力與材料的強度和硬度有關(guān)。硬度高的材料，抵抗機械損傷的能力較好，在高速沖刷時其沖刷失重小，且在高沖刷流速條件下，機械損傷成為沖刷腐蝕中的主要因素。