磨损腐蚀(Wear Corrosion)是在材料表面磨损与腐蚀介质共同作用下所产生的局部性金属腐蚀。受磨损腐蚀的表面形貌表现为沟槽、沟纹或呈山谷状,并常带有方向性,磨损和腐蚀交互作用将加速金属材料破坏过程。
大多数金属和合金,在一些气体、水溶液、有机溶剂或液体金属等腐蚀介质中都会受到磨损腐蚀。铜、铅、锡等更容易发生磨损腐蚀。其处于运动流体中的设备如管道系统、离心机、推进器、叶轮、换热器、蒸汽管道等最易遭受磨损腐蚀,如图1所示。所有影响腐蚀的因素都影响磨损腐蚀,磨损腐蚀的速度比单纯的腐蚀更快。
磨损腐蚀的分类
冲蚀(冲击腐蚀)又称湍流腐蚀,是指腐蚀性流体与金属表面间相互运动而引起的金属的加速腐蚀。 高速流体或流动截面的突然变化形成了湍流或冲击,对金属材料表面施加切应力,使表面膜破坏,在磨损和腐蚀的协同作用下形成腐蚀坑,如图3所示。冲击腐蚀多发生在流体改变方向的部位,如弯头、三通、旋风分离器、容器内以及入口管相对的部位。
空泡腐蚀过程(如图4所示):
磨损腐蚀的影响因素 磨损腐蚀的影响因素,主要有以下四方面:
(1) 金属耐磨损腐蚀性能与它的耐蚀性和耐磨性密切相关。
(2) 表面膜的保护性能和损坏后的修复能力,对材料耐磨损腐蚀性能起着决定性的作用。
(3) 流速是影响磨损腐蚀的重要因素,但它对金属材料腐蚀的影响是复杂的,当流体流动有利于金属钝化时,流速增加将使腐蚀速度下降。流动也能消除液体停滞而降低点蚀等局部腐蚀发生概率。当流体的流速和流动状态影响到金属表面膜的形成,破坏和修复时,将导致磨损腐蚀出现。
(4) 当液体中含有悬浮固体颗粒(如泥浆、料浆)或气泡,气体中含有微液滴(如蒸气中含冷凝水滴)时,将加剧材料的磨损腐蚀破坏。
磨损腐蚀的预防 选择耐磨损磨蚀的材料是解决磨损腐蚀的常用方法。一般硬度高、耐腐蚀和表面膜性能好的合金有利于抗磨损腐蚀。 结构设计优化是指改变设备形状或几何结构,力求避免产生涡流和湍流。例如,热交换器的流体入口管端可以把湍流的死区扩大,使湍流不至于形成;也可以设计为流线型,以利于减小冲刷磨损腐蚀。在受冲刷的部位,适当加大壁厚。设备的进口管如果伸出管板外十多厘米,可以使管子的寿命成倍增长。降低表面粗糙度也是有益的。 选用有弹性的、耐蚀耐磨的涂层材料,如橡胶衬里材料、塑料衬里、采用耐磨蚀的金属覆盖层可延长设备、管道和搅拌桨的使用寿命。凝汽器铜管冷却水进口也常采尼龙或塑料套圈,或涂环氧树脂进行保护。此外,尽可能降低温度,除去介质中的氧,采用缓蚀剂。 磨损腐蚀是一个物理、机械、化学和电化学协同作用的综合领域,各影响因素错综复杂,其将大幅加速材料的降解速度并在磨损腐蚀过程中快速失效,引起设备故障、生产线打断等经济损失问题,甚至还会引起安全事故,逐渐受到各个工业部门的重视。因此对于这种特殊的磨损形式的持续探索和研究具有重要的科学理论价值和工业实际应用意义。
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