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腐蚀磨损及其失效机理

摘要: 在腐蚀环境中,摩擦表面因磨损和腐蚀共同作用出现的材料流失现象称为腐蚀磨损(corrosivewear),其特点是腐蚀和磨损同时对材料表面起作用。根据腐蚀介质的性质,一般将腐蚀磨损分为化学腐蚀磨损和电...

在腐蚀环境中,摩擦表面因磨损和腐蚀共同作用出现的材料流失现象称为腐蚀磨损(corrosive wear),其特点是腐蚀和磨损同时对材料表面起作用。根据腐蚀介质的性质,一般将腐蚀磨损分为化学腐蚀磨损和电化学腐蚀磨损两大类。

石油、化工、机械、水利、电力、矿冶、交通、建材、农机等部门的设备和机件,不仅受到严重磨损,而且往往还同时受到环境介质的腐蚀,例如,我国煤矿井下水中通常含有腐蚀性介质以CO、CO2、H2S、SO2等条件构成了恶劣的腐蚀工况。腐蚀和磨损的交互作用,加速设备和机件的破坏失效。

材料的腐蚀磨损性能不是材料的固有属性,而是与工况条件等因素有关的一个系统的特性,只有在特定条件下才能确定材料的腐蚀磨损性能。

腐蚀与磨损存在交互作用。腐蚀与磨损的交互作用失重率大量研究工作表 明,腐蚀磨损造成的材料流失往往大于单纯腐蚀和单纯磨损两者的代数和。这是 由于材料腐蚀与磨损之间存在交互作用(协同作用),即腐蚀加速磨损,磨损促进腐蚀,从而加速材料的流失。其材料的腐蚀磨损交互作用机理为:

(1)磨损加速腐蚀。磨损加速腐蚀首先表现在载荷或速度对腐蚀介质中工件腐蚀电位的影响。磨损加速腐蚀还表现在:磨损破坏或减薄材料表面的钝化膜或 清洁材料表面使裸露出新鲜的金属;磨损使材料表面产生弹塑性变形,增加位错、 空位等缺陷,甚至产生裂纹,增加材料表面活性而降低抗蚀性,使这些部位优先被 腐蚀;对腐蚀介质的搅动加速了传质过程,使工件表面迅速补充新的腐蚀介质,加 速腐蚀过程;磨损使材料表面产生切削、犁沟、变形和剥落,增加材料表面积和表面 粗糙度,导致腐蚀加速;磨损使材料表面或表层产生内应力,在腐蚀条件下产生各 种应力腐蚀等。

(2)腐蚀加速磨损。腐蚀加速磨损最直观的现象是,材料表面因腐蚀产生的 疏松、孔洞及腐蚀产物,易于被磨损掉而增加材料的流失量;腐蚀使金属材料表面 粗糙,晶界、相界被腐蚀,基体或第二相被腐蚀溶解都会破坏材料的完整性、均匀性,甚至降低材料的结合强度,使之易于被磨损掉而加速材料的流失;产生形变硬化的金属材料,表面硬化层易腐蚀掉或减薄,裸露出未形变硬化或形变硬化程度较小、硬度较低的表面层,从而加速材料的磨损;金属材料腐蚀溶解过程是通过单原子台阶迁移而导致晶体溶解的,而单原子台阶可以作为新的位错源,在摩擦力的作用下,这些因腐蚀而形成的表面附加位错源将会运动,导致材料塑性变形易于进行而加速磨损;某些金属材料在特定的腐蚀介质中会产生脆性〔环境致脆)而加速磨损,如铁合金和高强钢的氢脆等。

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