磨損腐蝕(Wear Corrosion)是在材料表面磨損與腐蝕介質共同作用下所產生的局部性金屬腐蝕。受磨損腐蝕的表面形貌表現為溝槽、溝紋或呈山谷狀,并常帶有方向性,磨損和腐蝕交互作用將加速金屬材料破壞過程。
大多數金屬和合金,在一些氣體、水溶液、有機溶劑或液體金屬等腐蝕介質中都會受到磨損腐蝕。銅、鉛、錫等更容易發生磨損腐蝕。其處于運動流體中的設備如管道系統、離心機、推進器、葉輪、換熱器、蒸汽管道等最易遭受磨損腐蝕,如圖1所示。所有影響腐蝕的因素都影響磨損腐蝕,磨損腐蝕的速度比單純的腐蝕更快。
磨損腐蝕的分類
沖蝕(沖擊腐蝕)又稱湍流腐蝕,是指腐蝕性流體與金屬表面間相互運動而引起的金屬的加速腐蝕。 高速流體或流動截面的突然變化形成了湍流或沖擊,對金屬材料表面施加切應力,使表面膜破壞,在磨損和腐蝕的協同作用下形成腐蝕坑,如圖3所示。沖擊腐蝕多發生在流體改變方向的部位,如彎頭、三通、旋風分離器、容器內以及入口管相對的部位。
空泡腐蝕過程(如圖4所示):
磨損腐蝕的影響因素 磨損腐蝕的影響因素,主要有以下四方面:
(1) 金屬耐磨損腐蝕性能與它的耐蝕性和耐磨性密切相關。
(2) 表面膜的保護性能和損壞后的修復能力,對材料耐磨損腐蝕性能起著決定性的作用。
(3) 流速是影響磨損腐蝕的重要因素,但它對金屬材料腐蝕的影響是復雜的,當流體流動有利于金屬鈍化時,流速增加將使腐蝕速度下降。流動也能消除液體停滯而降低點蝕等局部腐蝕發生概率。當流體的流速和流動狀態影響到金屬表面膜的形成,破壞和修復時,將導致磨損腐蝕出現。
(4) 當液體中含有懸浮固體顆粒(如泥漿、料漿)或氣泡,氣體中含有微液滴(如蒸氣中含冷凝水滴)時,將加劇材料的磨損腐蝕破壞。
磨損腐蝕的預防 選擇耐磨損磨蝕的材料是解決磨損腐蝕的常用方法。一般硬度高、耐腐蝕和表面膜性能好的合金有利于抗磨損腐蝕。 結構設計優化是指改變設備形狀或幾何結構,力求避免產生渦流和湍流。例如,熱交換器的流體入口管端可以把湍流的死區擴大,使湍流不至于形成;也可以設計為流線型,以利于減小沖刷磨損腐蝕。在受沖刷的部位,適當加大壁厚。設備的進口管如果伸出管板外十多厘米,可以使管子的壽命成倍增長。降低表面粗糙度也是有益的。 選用有彈性的、耐蝕耐磨的涂層材料,如橡膠襯里材料、塑料襯里、采用耐磨蝕的金屬覆蓋層可延長設備、管道和攪拌槳的使用壽命。凝汽器銅管冷卻水進口也常采尼龍或塑料套圈,或涂環氧樹脂進行保護。此外,盡可能降低溫度,除去介質中的氧,采用緩蝕劑。 磨損腐蝕是一個物理、機械、化學和電化學協同作用的綜合領域,各影響因素錯綜復雜,其將大幅加速材料的降解速度并在磨損腐蝕過程中快速失效,引起設備故障、生產線打斷等經濟損失問題,甚至還會引起安全事故,逐漸受到各個工業部門的重視。因此對于這種特殊的磨損形式的持續探索和研究具有重要的科學理論價值和工業實際應用意義。
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