{首页主词},&

微動腐蝕，你了解嗎？

2021-02-05 14:06:06 作者：本網整理來源：腐蝕科學與防護技術分享至：

微動腐蝕是腐蝕起重要作用的一種微動磨損形式。在一般情況下，耐腐蝕材料因腐蝕而耗損的材料是甚為微小的，但在微動腐蝕條件下，耐腐蝕材料表面所形成的保護膜因微動摩擦的機械作用而被刮除，表面露出化學活性很強的新金屬。該新金屬與周圍介質起反應，按一定規律重新生成一定厚度的表面膜，然后又被機械作用刮除，如此循環不止。這樣就由機械和腐蝕的復合作用，引起材料大量地從表面上損失。

01 微動腐蝕的定義和特點

微動腐蝕（又稱微振腐蝕）是腐蝕磨損的一種形式，是指兩個相互接觸、名義上相對靜止而實際上處于周期性小幅相對滑動（通常為振動）的固體表面因磨損與腐蝕交互作用所導致的材料表面破壞現象。

產生微動腐蝕的相對滑動極小，振幅一般為2～20μm。反復的相對運動是產生微動腐蝕的必要條件，在連續運動的表面上并不產生微動腐蝕。如正常行駛的汽車，軸承表面相對運動很大（整周運動），不會產生微動腐蝕。而在用船舶或火車運輸汽車時，汽車滾動軸承的滾道上就會出現一條條光滑的凹坑，并有棕紅色的氧化產物，這是由于軸承上承受著載荷，在運輸中又不斷有小幅相對滑動，因而發生了微動腐蝕的結果。

微動腐蝕一般使金屬表面出現麻坑或溝槽，并且周圍往往有氧化物或腐蝕產物。在各種壓配合的軸與軸套、鉚接接頭、螺栓連接、鍵銷固定等連接固定部位，鋼絲繩股與股、絲與絲之間，礦井下的軌道與道釘之間，都可能發生微動腐蝕。在有交變應力的情況下，還可因微動腐蝕誘發疲勞裂紋形核、擴展，以致斷裂。

02 微動腐蝕的機理

大多數微動腐蝕是在大氣條件下進行的，微動腐蝕涉及微動磨損與氧化的交互作用。基于磨損和氧化的關系，提出了磨損-氧化和氧化-磨損兩種不同的機理。

磨損-氧化機理

在承載情況下，兩個金屬表面實際接觸的突出部位處于黏著和焊合狀態。在相對運動過程的中，接觸點被破壞，金屬顆粒脫落下來。由于摩擦，顆粒被氧化，這些較硬的氧化物顆粒在隨后的微動腐蝕中起到磨料的作用，強化了機械磨損過程。　　

氧化-磨損機理

很多金屬表面本來就存在氧化膜，在相對運動中，突出部位的氧化膜被磨損下來，變成氧化物顆粒，而暴露出的新鮮金屬重新氧化，這一過程反復進行，導致微動腐蝕。

事實上，這兩種機制都可能存在。研究發現，氧氣確實能加速微動腐蝕，如碳鋼在氮氣中的微動磨損損失量僅為空氣中的1/6，在氮氣中的產物是金屬鐵，而在空氣中是Fe2O3。因此。微振腐蝕是機械微動磨損與氧化共同作用的結果。

03 微動腐蝕的影響因素

夾緊力的影響

增加兩摩擦表面間的夾緊力可能增加微動損傷。這種趨勢已通過對表面損傷的目視檢查被驗證。但問題是，這是否會增加對疲勞性能的不利影響。對于夾緊力的影響，各文獻報道的結論并不一致，這可能與復雜摩擦學因素相關，涉及到了材料的耐磨性、表面粗糙度和潤滑作用等，而當存在由微動磨損產生的氧化物顆粒時，情況更加復雜。

材料表面粗糙度的影響

拋光表面的微動腐蝕可能比表面粗糙的材料更嚴重。在后一種情況下，接觸主要發生在表面輪廓的最高點，使其發生損傷或塑性變形。微動磨損脫落的顆粒會被收集在粗糙表面的凹槽內，因此對進一步的微動磨損損傷貢獻較小。而拋光表面的微動磨損損傷則產生微裂紋，這些微裂紋會立刻擴展。實際上，粗糙度對微動腐蝕的影響還沒有得到廣泛的研究。

環境的影響

兩表面之間的微動磨損產生的氧化顆粒可以造成表面的進一步損傷，而出人意料的是，干燥環境中的微動磨損可能比在潮濕環境中更為嚴重。這可能是因為與潮濕環境相比，兩表面間的局部焊接在干燥環境中更容易發生。在隨后的循環中焊接點被撕裂就可能造成較大的損傷。雖然對于非常惡劣環境中的微動腐蝕研究還很少，但必須認識到在這種環境中材料的疲勞性能無論如何都已經很差了。

平均應力的影響

恒幅載荷是由應力幅和平均應力來表征的。如前所述，微動腐蝕可以對相對較低的應力幅下的高周疲勞和疲勞極限造成很大的不利影響。在高應力幅下也可能發生微動腐蝕，但其對疲勞壽命的影響有限，因為在高應力幅下，裂紋可能在微動損傷還沒有形成之前的早期疲勞階段就已經起始了。

04 材料的微動疲勞性能

如果材料在循環載荷條件下運行，則微動摩擦與腐蝕的相互作用將對材料的疲勞性能有所影響。微動摩擦主要影響裂紋的萌生階段，當裂紋的長度超過摩擦作用的控制范圍，微動就失去了作用。腐蝕則對裂紋的萌生和擴展都有影響，因為腐蝕首先對新生長的疲勞滑移帶發生侵蝕，從而影響裂紋的萌生階段，當裂紋進入擴展階段后，裂紋頂端同樣受到侵蝕作用。

一般而言，按照材料在特定的環境介質中的微動疲勞性能，可將材料分成兩類。

第一類是對該特定的介質而言無耐腐蝕性的材料，例如在NaCl溶液中或在大氣環境下的中碳鋼。當微動和腐蝕共同作用時，材料的疲勞性能實際上只受腐蝕一個因素的影響，微動不起任何作用。這時材料的疲勞性能就是腐蝕疲勞性能。

第二類是耐腐蝕材料，例如在NaCl溶液中或在大氣環境下的奧氏體不銹鋼。如果只有腐蝕作用，材料的疲勞性能不會改變或只有微小下降，但是微動和腐蝕共同作用，則其疲勞性能則大幅下降，因為微動作用會將起表面保護作用的氧化膜刮除。

05 鍍錫連接件的微動腐蝕

微動腐蝕是鍍錫連接器的一種很典型的失效模式。錫在空氣中很容易被氧化，而且氧化層還不導電，并且很脆，很容易被破壞，當線端連接器插入板端時，由于端子間的摩擦力，很容易把接觸面上的氧化層破壞掉，露出錫層，進而可以正常導電，不影響正常使用。

然而不幸的是，當完成互插后，由于振動或溫度導致的熱脹冷縮，端子的接觸點會發生微小的位移（微米級別）。錫接觸到了空氣，造成了接觸點的錫二次氧化，而這個氧化層是不容易被破壞掉的，這就會造成接觸面阻抗變大，導致連接不良，最終形成微動腐蝕。

微動腐蝕的形成過程

下圖顯示了微動腐蝕的形成過程：

（1）初次匹配時，錫的氧化層裂開，漏出錫層，實現了可靠電接觸；

（2）接觸點移動，露出新鮮的錫層。錫層暴露在空氣中，形成了新的氧化層；

（3）接觸點多次移動，錫層氧化物殘留堆積；

（4）殘留物堆積到一定的程度，形成瞬斷現象（Intermittence），破壞了電連接。