冲刷腐蚀

版权所有©SPFcopyright冲刷腐蚀ErosionCorrosion材料科学与工程《材料腐蚀学》金属常见腐蚀形态及机理金属常见腐蚀形态冲刷腐蚀近海及海洋工程、油气生产与集输、石油化工、能源、造纸等工业领域中；暴露在流动液体中的金属及合金上：管道及过流部件等；改变流体方向、速度和增大紊流的部位比较严重：弯头、肘管、三通、泵、阀、叶轮、搅拌器、换热器进出口等。冲蚀发生部位金属常见腐蚀形态冲刷腐蚀冲刷腐蚀（冲蚀、磨耗腐蚀）是金属表面与腐蚀流体之间由于高速相对运动引起的金属损伤。定义冲刷腐蚀冲刷腐蚀协同作用静止或低速的腐蚀介质中，腐蚀不严重腐蚀流体高速运动破坏（减薄或去除）金属表面的保护膜或腐蚀产物膜，加速金属腐蚀过程金属常见腐蚀形态冲刷腐蚀冲蚀的形态冲蚀的金属表面一般呈现沟槽、凹谷、泪滴状及马蹄状表面光亮无腐蚀产物积存与流向有明显依赖关系金属管壁腐蚀膜原来的金属表面冲刷腐蚀区水流方向冷凝器管壁冲刷腐蚀示意图沿着流体的局部流动方向或表面不规则所形成的紊流在这些地方进入弯管的水流往往呈湍流状态并带有空气泡。湍流的机械作用，气泡冲击作用和气泡中氧的去极化作用造成弯管的严重局部腐蚀，使管壁迅速减薄，甚至穿洞。金属常见腐蚀形态冲刷腐蚀冲刷腐蚀机理冲刷腐蚀是以流体对电化学腐蚀行为的影响、流体产生的机械作用以及二者的交互作用为特征的。冲刷对腐蚀的加速作用加速传质过程，促进去极化剂如O2到达金属表面和腐蚀产物从表面离开。高流速引起的切应力和压应力变化，及多相流动固体颗粒或气泡的冲击作用－使表面膜减薄、破裂，或通过塑性变形、位错聚集、局部能量升高形成“应变差异电池”，从而加速腐蚀。保护膜局部剥离，露出新鲜基体，孔-膜的电偶腐蚀作用。金属常见腐蚀形态冲刷腐蚀冲刷对腐蚀的加速作用流体导致产物膜发生减薄、破裂并发生点蚀金属常见腐蚀形态冲刷腐蚀冲刷腐蚀机理冲刷腐蚀是以流体对电化学腐蚀行为的影响、流体产生的机械作用以及二者的交互作用为特征的。的加速作用腐蚀对冲刷腐蚀使表面粗化-形成局部微湍流溶解金属表面的硬化层，露出较软基体使耐磨硬化相暴露以致脱落金属常见腐蚀形态冲刷腐蚀影响因素与其他应力作用下的腐蚀相比，冲刷腐蚀的影响因素更为复杂。除了材料本身的化学成分、组织结构、机械性能、表面粗糙度、耐蚀性能等，介质温度、pH、溶氧量、各种活性离子的浓度、黏度、密度、固相和气相在液相中的含量、固相颗粒度和硬度等，以及过流部件的形状、流体的流速和流态等有很大的影响。表面膜流体运动相关因素流态流速第二相金属常见腐蚀形态冲刷腐蚀流体运动相关因素流态流体的流动状态有层流和湍流湍流——最为有害的流态高流速、管道截面突然变化（突出物、沉积物、缝隙）和流向的突然改变充分发展的层流—抛物线速度分布充分发展的湍流—对数分布（非扰动流）带有扩张段的管内湍流，显示了带有反向流动的复杂速度场（扰动流）层流时流体质点互不混杂，质点的轨迹线彼此平行湍流是非稳态流，流速和压强常有不规则变化。发生层流或湍流与流速、流体的物性和流经表面的几何有关金属常见腐蚀形态冲刷腐蚀流体运动相关因素流速流速的变化具有双重作用。流速增加，加速腐蚀：多数情况；增加流速，减轻腐蚀：某些情况。UniformcorrosionLocalisedcorrosionLaminarflowTurbulentflowCavitation缓蚀剂：利于传输，比静态时用量少；不锈钢在发烟硝酸中的阴极产物HNO2具有自催化作用使腐蚀加速，增大流速使其迅速离开，减轻腐蚀；减少钝化金属的局部腐蚀。金属常见腐蚀形态冲刷腐蚀流体运动相关因素第二相流体中存在第二相（气泡或固体颗粒）存在第二相的双相流比单相流造成的冲刷腐蚀更严重，并使临界流速下降金属常见腐蚀形态冲刷腐蚀流体运动相关因素表面膜不管是金属表面原有的钝化膜，还是在腐蚀过程中形成的具有保护性的腐蚀产物膜，它的成分、厚度、硬度、韧性、与基体附着力及再钝化能力，对抵御冲刷腐蚀是十分重要的。对于易钝化金属，氧的存在对维持钝化膜的完整性是十分重要的，在流体中氧含量很少且处于静止或较低的流速时，氧的补充可能不足以维持钝态，常常发生局部腐蚀；流速增加，供氧改善，容易消除造成局部腐蚀的局部溶液与整体溶液的成分差异，满足维钝条件，是金属在较高的流速下可以工作；高流速带来的好出身只能发生在流体中氧含量较低的情况下；当流速过高时，如超过10m/s，可能会产生空泡腐蚀导致金属严重损伤。金属常见腐蚀形态冲刷腐蚀防止措施改进设计、降低表面流速和避免恶劣的湍流出现控制环境—控制温度、pH、氧含量，添加缓蚀剂，—澄清和过滤流体中的固体颗粒，—避免蒸汽中冷凝水的形成，—去除溶解在流体中的气体等正确选材：可以选择更耐蚀的材料。表面处理与保护阴极保护金属常见腐蚀形态空泡腐蚀定义也称（空蚀和气蚀），一种特殊形式的冲刷腐蚀；由于金属表面附近的液体中空泡溃灭造成表面粗化、出现大量直径不等的火山口状的凹坑，最终丧失使用性能的一种破坏。空泡腐蚀只发生在高速的湍流状态下，特别是液体流经形状复杂的表面，液体压强变化很大的场合，如水轮机叶片、螺旋桨、泵的叶轮、阀门及换热器的集束管口等。金属常见腐蚀形态空泡腐蚀空泡的形成与破灭由于溃灭时间短，10-3s，其空间被周围液体迅速充填，造成强大的冲击压力，压强可达103MPa。大量空泡在金属表面某个区域反复溃灭，足以使金属表面发生应变疲劳并诱发裂纹，导致空泡腐蚀。根据流体动力学，在局部位置，当流速变得十分高，以至于静压强低于液体汽化压强时，液体内会迅速形成无数个小空泡。空泡中主要是水蒸气，随着压力降低，空泡不断长大，单相流变成双相流。随着流体一起迁移的空泡在外部压强升高时不断被压缩，最终溃灭（崩破）。空泡腐蚀过程示意图金属常见腐蚀形态空泡腐蚀空泡腐蚀的机理力学因素冲击波机制空泡溃灭产生的冲击波引起机械破坏微射流机制空泡溃灭瞬间产生的高速微射流作用微射流溃灭的空泡基体空泡溃灭点冲击波基体冲击波机制微射流机制金属常见腐蚀形态空泡溃灭破坏表面保护膜－促进腐蚀蚀坑形成－促进空泡的形核蚀坑应力集中－促进物质从表面和基体剥离电化学因素空泡腐蚀空泡腐蚀的机理金属常见腐蚀形态空泡腐蚀防止措施改进设计避免高速过流表面的压力突然下降。选则更为耐蚀的材料和适当的表面处理特别是在金属表面涂覆高聚物或弹性体，对减轻空泡溃灭的机械破坏有明显效果。去除溶解在流体中的气体可减轻空泡的形成。阴极保护有时可有效减轻空泡腐蚀，但原因不是由于腐蚀速度的降低，而是由于阴极反应在表面析出氢气泡的衬垫作用。正确的操作可以避免产生严重的空泡腐蚀，如在管路被堵塞而使流体流线不正常时应让水泵停止工作，入口处由于空吸形成的低压会促进泵内流体中气泡的形成。版权所有©SPFcopyright金属常见腐蚀形态及机理Thanksforlistening参考教材《材料腐蚀与防护》李晓刚主编中南大学出版社《腐蚀和腐蚀控制原理》林玉珍主编中国石化出版社