空蚀破坏的微观氧化过程
大气腐蚀的机理
大气腐蚀的机理地球作为一个有生命活动的能量耗散源，被大量无机物和有机物环绕着，它们不断产生各种物质特性，使大气发生变化，这种变化称为大气腐蚀。
物理学家定义大气腐蚀(atmospheric corrosion)是指大气成分、温度、湿度和风速的及其他因素的改变，影响特定金属材料的稳定性。
大气腐蚀是一种自然过程，以雨水和水气为主要载体，将大气中的无机物质移动到地面。
它的主要化学反应有氧化和氧化还原反应，这些反应使金属材料受到腐蚀。
在大气腐蚀过程中，大气中的废气会与大气中的水蒸气结合，产生水溶液。
水溶液中含有氨、氧化物和其他化学物质，它们会侵蚀金属材料的表面，引起表面裂纹，从而产生腐蚀作用。
另外，大气中不同气体物质也会引发腐蚀，如氯气、二氧化氯和二氧化硫等。
这些气体会迅速以氧化反应的方式侵蚀金属材料的表面，使金属结构腐蚀。
此外，作用于大气的紫外线和臭氧加快了金属材料的腐蚀过程，使金属材料磨损加快，从而导致金属材料的性能下降。
大气腐蚀对于我们的社会经济及其它方面都有重大影响。
第一，它可以减少我们的物资，降低我们的工业生产力，大大影响我们的社会经济发展。
第二，它也会增加空气污染，因为大气中的污染物会通过大气腐蚀，转移到土壤中，可能会对土壤环境造成污染，使土壤变质，从而影响植物生长，造成生态环境的危害。
大气腐蚀只是金属材料耐候性能下降的主要原因，因此，我们必须采取有效措施来减缓大气腐蚀，以便保护金属材料，延缓衰老，改善性能和环境。
因此，应该充分利用防腐涂料、钝化剂、抗氧化剂等技术，以保护金属材料在大气腐蚀环境中的稳定性。
另外，防止释放废气、限制太阳紫外线照射等措施，以降低大气腐蚀的风险。
空化与空蚀研究
空化与空蚀研究s 陈大融摩擦学国家重点实验室(清华大学),北京100084收稿日期:2010-11-1 修回日期:2010-11-27本文作者:陈大融,教授,ch endr @m ai.l ts i nghua .edu .cn 。
摘 要 空化是一种自然现象,从认识/滴水穿石0起,人们就将注意力集中在源于空化的各种损伤过程上。
由于对空泡生成、坍缩、溃灭,直至形成微激波、微射流的机理尚不清楚,历经百余年的研究,仍然没有形成有效解决空蚀损伤、空蚀噪声等问题的关键技术。
另一方面,空泡坍缩、溃灭过程所形成的极端物理、化学、力学环境、空泡内部物质的特殊物理化学状态及其转化过程,可为寻找自然界深层次规律的科学研究提供新的途径,形成的关键技术将为国民经济与国家安全的发展做出巨大贡献,并将最终造福于人类。
关键词:空化 空蚀 微激波 微射流 声化学 超声医学 中子聚变中图分类号:TP601 文献标识码:A 文章编号:1009-2412(2010)06-0003-05DO I :10.3969/.j issn .1009-2412.2010.06.001空化(cav itation)是指液体内局部压强降低到饱和蒸气压之下时,液体内部或液固交界面上出现的蒸气或气体空泡形成、发展、坍缩和溃灭的过程。
空蚀是指空泡坍缩形成微激波与微射流,攻击壁面形成损伤的过程。
空蚀过程在水轮机领域称为气蚀、在螺旋桨领域称为剥蚀、在汽轮机领域称为水蚀、在水力机械领域称为冲蚀,所描述的都是相同的物理和力学过程。
对空化现象的认识和研究可追溯到19世纪。
有记载的是B esant 在1839年、Reyno l ds 在1873年就已经开始在实验室对空化现象进行研究。
1902年在英国Cobra 号驱逐舰螺旋桨上首次发现空蚀损伤,接着在水工建筑物和水力机械上也发现了同样的现象。
英国皇家海军委任Lord Rayle i gh 着手进行研究,1917年Rayle i gh 提出了较为系统的空化理论,建立了描述自由空泡运动的方程。
空蚀产生原理
空蚀产生原理凡是水流因局部地区流速增高，而产生汽化，并由此形成的破坏现象，就叫做空蚀。
在流动的液体中，当局部区域的压力因某种原因而突然下降至与该区域液体温度相应的气化压力以下时，部分液体气化，溶于液体中的气体逸出，形成液流中的气泡（或称空泡），这一过程称为空化。
空泡随液流进入压力较高的区域时,失去存在的条件而突然溃灭,原空泡周围的液体运动使局部区域的压力骤增。
如果液流中不断形成、长大的空泡在固体壁面附近频频溃灭，壁面就会遭受巨大压力的反复冲击，从而引起材料的疲劳破损甚至表面剥蚀，这就叫空化剥蚀，简称空蚀，又称气蚀。
表面的空蚀现象经常发生于水泵、水轮机和船舶螺旋桨的叶片表面，以及高水头泄水建筑物的局部表面上。
空蚀是水泵!水轮机!船用螺旋桨!汽车燃气室及其他水利机械过流部件的一种常见的破坏现象。
在流动的液体中，当局部区域的压力因某种原因而突然下降至与该区域液体温度相应的气化压力以下时，部分液体气化，溶于液体中的气体逸出，形成液流中的气泡（或称空泡），这一过程称为空化。
空泡随液流进入压力较高的区域时,失去存在的条件而突然溃灭,原空泡周围的液体运动使局部区域的压力骤增。
如果液流中不断形成、长大的空泡在固体壁面附近频频溃灭，壁面就会遭受巨大压力的反复冲击，从而引起材料的疲劳破损甚至表面剥蚀，这就叫空化剥蚀，简称空蚀，又称气蚀。
表面的空蚀现象经常发生于水泵、水轮机和船舶螺旋桨的叶片表面，以及高水头泄水建筑物的局部表面上。
运动物体受到空化冲击后表面出现的变形和材料剥蚀现象，又称剥蚀或气蚀。
空蚀是流体动力学、材料学和物理化学的复杂现象。
1902年，最先在英国驱逐舰“Cobra” 号螺旋桨上发现空蚀。
接着在水工建筑物和水力机械上也看到同样的现象。
当时认为桨叶材料的剥落是海水腐蚀造成的，但是试验证明在蒸馏水中运动的物体也会出现类似的剥蚀，因而确认这种现象仅是机械力冲击的结果。
据现在分析,上述两种因素都起作用。
在空化过程中,空泡急速产生、扩张，又急速溃灭，在液体中形成激波或高速微射流。
1.4空化与水工建筑物空蚀
刘家峡泄洪洞反弧段下游底部空蚀破坏情况说明刘家峡泄洪洞反弧段下游残留的五个钢筋头引起空蚀破坏情况说明图示为刘家峡泄洪洞弧形凸起的横缝引起空蚀破坏刘家峡泄洪洞的空蚀破坏（图画）刘家峡泄洪洞钢筋头引起空蚀破坏，现场用石膏制作的阴模刘家峡泄洪洞模板错台引起的空蚀破坏，石膏浇阴盐锅峡溢流坝导流孔空蚀破坏说明盐锅峡溢流坝导流孔空蚀破坏盐锅峡消力池原6＃消力墩右侧面空蚀破坏盐锅峡消力池原有消力墩的空蚀破坏盐锅峡溢流坝5＃号导流孔导墙空蚀破坏闸门槽下游侧墙空蚀破坏丹江口导流底孔出口空蚀破坏说明湖北陵水溢流坝趾墩下游立轴旋涡引起空蚀丰满水电溢流坝5#孔（13#坝段）空蚀、冲蚀破坏（1986）说明丰满水电站溢流坝5#孔（13#坝段）空蚀、冲蚀破坏近景湖南柘溪溢流坝全景说明湖南柘溪溢流坝挑流鼻坎空蚀湖南柘溪溢流坝挑流鼻坎空蚀湖南柘溪梯形鼻坎空蚀（2＃孔左侧）美国大古力坝（Grand Coulee）坝身泄水孔美国黄尾坝泄洪洞中通气减蚀槽江西柘林水电站泄水道掺气减蚀消能墩原江西柘林泄水道掺气减蚀消能墩原型观测推进器螺旋桨上空泡情况圆球后空穴云机翼上空泡现象超空穴现象空泡溃灭过程空泡溃灭与回弹时，其尺度随时间而变的关系球体空化分析-空泡形成与溃灭说明106.jpg与雷诺数和管道相对光滑度的关系绘制而成。
图中线所示。
阻力系数只与雷诺数有关。
属于水力光滑区的条件是：。
线以外为水力粗糙区。
此时阻力系数随相对光滑度变化而变化，而与管流雷诺数无关。
水力粗糙区的界限为：。
3．过渡区，如图中。
的矩形风洞进行了紊流量测。
图中为无量纲时均流速沿断面分。
靠近壁面处流速梯度很大而接近风洞中心时则时均流速分布较为均匀。
图中还给出了横向和纵向脉动流速的均方根值和的分布。
图中表示里夏特（）风洞实验测得的单位质量紊动切应力沿断面的分布。
图中虚线表示单位沿断面的线性分布。
与二者的差值为粘性切应力。
经常利用此公式确定小颗粒的粒径，即为斯托克斯公式：。
边界层分区流速分布图紊流边界层中的流速分布。
水力机械空化与空蚀
§ 1-2 汽蚀性能参数
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五、允许吸上真空高[Hs]′ 1、定义：使之不发生气蚀，泵进口（水轮机出口）所允许的最大真空度 2、表达式
Hs pa
要不发生汽蚀 ha [h] ,当 ha [h]时,
c s2 p [ H s ] [h] v 2g pa
hr 与ha 3、 h 的关系 h r a
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a. 与装置无关， 与装置有关 hr b. 越小，抗汽蚀性能越好
四、允许汽蚀余量 保证不发生汽蚀的最低汽蚀余量
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[h] hcr K
[h] hr K
实际中常用 hcr 代替 hr ： K—安全余量
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3）电化作用
气泡在高温高压作用下产生放电现象，这就是电化作用。因为金 属表面被高压液流反复冲击的部位会产生很大热量，温度升高，形 成热端，将会与邻近点的非冲击部位(冷端) 构成一个热电耦，在热 电耦的回路中产生电势，使金属内部有电流通过，也产生电化腐蚀( 电解作用)，致金属表面变暗变毛，加速机械破坏作用。
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2 2 u0 uk Zk Zs 0 0 2g 2 2 2 w0 wk 2 w0 c0 [( ) 1] 2 hs k 2 g w0 2g 2g 2 2 c0 c0 (1 ) 1 2g 2g 2 2 c0 w0 即： hr 1 2 2g 2g
WUHAN
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§1-1 空化、空蚀(汽蚀)现象
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通过水力机械流道中的液流，如果某个地方的流速增高，必然会 引起此处的局部压力下降，当压力降低到当时液流下的临界压力时 ，这个低压区的液流就会开始汽化——出现空泡（汽泡），空泡随 液流运动到较高压力区，由于P↑，汽泡中的蒸气要重新凝结成水， 汽泡溃灭。因为体积突然收缩，汽泡原先占有的空间形成真空，于 是周围的高压液流质点高速冲近来，将对过流表面产生非常大的瞬 间脉冲压力（水锤压力）。同时，在压力增高时，原来从液流中分 解出来的小汽泡，在水锤压力的作用下被急剧压缩，直到汽泡的弹 性力大雨水锤压力时，汽泡将停止压缩而瞬间膨胀，所以对过流表 面又形成另一种水锤压力。
水力机械空化与空蚀
§ 1-2 汽蚀性能参数
• 九、空化的防护措施 • 1、从流体机械本身着手 • 2、从装置本身着手
ha
p0
Hg
h0s
pv
[h]
降低安装高 减少吸入管损失 补气等
空化的防护措施 （从流体机械本身着手）
空化的防护措施 （从流体机械本身着手）
空化的防护措施 （从流体机械本身着手）
空化的防护措施 （从流体机械本身着手）
pe 10.33
900
pv 0.0889 ~ 0.3299
Hg
pe
[h] hw
pv
K 的值越大，
Hg
10.0
900
K
H
H SZ H g K1D1
§ 1-2 汽蚀性能参数
H SZ H g K1D1
§ 1-2 汽蚀性能参数
2）[Hs] 已知 列进水池面与泵进口断面
pe
Hg
① S-0列能量方程
Zs
ps
cs2 2g
Z0
p0
c02 2g
hs0
② 0-k列相对运动伯努利方程
Z0
p0
W02 2g
u
2 0
2g
Zk
pk
wk2 2g
u
2 k
2g
h0k
③=
①+②-
pv
ps
c
2 s
2g
pv
pk pv
(Zk
Zs)
wk2 w02 2g
c02 2g
u
2 0
u
2 k
四、允许汽蚀余量 保证不发生汽蚀的最低汽蚀余量
[h] hr K
实际中常用 hcr 代替 hr ：
大气腐蚀的发展历程
大气腐蚀的发展历程
大气腐蚀是指大气中的化学物质对金属或其他材料的腐蚀作用。
其发展历程可以追溯到人类开始利用金属材料的时代。
在古代，人们常常使用自然界中存在的金属材料，如铜、铁等。
这些金属材料在大气中逐渐发生腐蚀现象，但由于生活环境的限制，腐蚀的程度相对较低。
随着工业的发展，大量的金属材料被用于建筑、交通、通信等领域。
特别是18世纪以后，工业革命的推动使得金属使用量
显著增加。
同时，由于燃煤的广泛应用，大气中的污染物也大量排放，加剧了大气腐蚀。
20世纪以后，随着化学工业的快速发展，大气中的腐蚀性物
质不断增加，腐蚀现象开始显现出明显的加剧趋势。
大气污染物主要包括酸性气体（如二氧化硫、氮氧化物等）、颗粒物（如煤烟、灰尘等）以及复合污染物。
这些物质与大气中的水蒸气和氧气相互作用，形成酸雨和酸性雾等，加速了金属和其他材料的腐蚀过程。
随着人类对环境保护意识的提高和科技的发展，对大气腐蚀的研究也愈加深入。
科学家们通过实验和观测，研究大气中的化学反应机制，分析腐蚀物质的来源和转化过程，以及金属材料的抗腐蚀性能等。
在这个过程中，许多防腐蚀材料和技术也被开发出来，用于保护金属材料免受大气腐蚀的侵害。
总的来说，大气腐蚀的发展历程可以概括为从古代的较小程度
的腐蚀到工业化时代的加剧趋势，再到现代科技的不断进步和环境保护意识的提高。
这一过程中，人类对大气腐蚀的认识不断增加，同时也在不断努力寻找和应用防腐蚀的技术和材料来保护金属材料。
空蚀磨损
空蚀的起因——空化现象
• 空化是指液体因压力下降而形成气泡的过程。空化是空蚀 的必要条件，空蚀是空化的后果。
I. 空化气泡的形成
当流场维持水温不变，而将水面的压强降到某一临界值后， 水体内部原来含有的很小的气泡(通常称为气核)将迅速膨胀， 在水中形成含有水蒸气或其它气体的明显气泡。水中之所以 发生空化,是因为水中含有核子,水中所含的气核可分为表面 气核和流动气核两种。其平衡关系式为: ������0 = ������ ������ + ������ ������ − 2 ������ ������ Pg为气泡内的气体压强,������������ 为气泡内的蒸汽压强,������0 为水体内 压强, ������为表面张力系数, ������为气泡半径。 气核开始膨胀的条件为： ������0 < ������ ������ + ������ ������ − 2 ������ ������
空蚀磨损
目录
• • • • • • 概述 空蚀的起因 空蚀的机理 空蚀的研究方法 影响空最先在英国驱逐舰“Cobra” 号螺旋桨上发现空 蚀。接着在水工建筑物和水力机械上也看到同样的现象。 当时认为桨叶材料的剥落是海水腐蚀造成的，但是试验证 明在蒸馏水中运动的物体也会出现类似的剥蚀， 因而确 认这种现象是机械力冲击的结果。 • 定义：液体流动时由于局部压力下降形成气泡（或空泡）， 随后液流挟带着这些气泡流经高压区时，气泡发生溃灭。 由于液流中不断溃灭的气泡产生的高压强以及溃灭时的微 射流的反复冲击作用，使材料表面产生破坏的现象称为空 蚀磨损，也称为气（汽）蚀磨损 。
超声振动空蚀实验机示意图
II. 材料空蚀程度的表征方法
名称 失重法 体积损失法 面积法 计量方法 根据试验材料试验前后的重量损失来计量 根据试验材料试验前后的体积损失来计量 用受空蚀材料表面涂层面积与总涂层面积的比值作为 空蚀程度的计量 深度法 用试验材料一定面积内的平均空蚀深度来计量 蚀坑法 用试验材料经过空蚀后每单位时间、单位面积中麻点 数表示空蚀程度 时间法 用试验材料单位面积失去单位质量所需的时间来表示 空蚀程度 表面粗糙度法 测量试验材料表面粗糙度随空蚀试验时间的变化 在上述各种方法中, 以失重法应用较普遍, 特别是用磁致伸缩仪进 行金属材料抗空蚀性能试验时, 国内外均广泛应用此法, 目前很多重要 成果及一些基本规律都是基于该法得到的。
空化空蚀PPT课件
空化与空蚀的关系
空化现象是空蚀发生的前提条件 ，空蚀通常发生在空化发生区域
。
空化产生的小气泡在高速流动的 液体中可能会被带入到空蚀区域 ，并在固体表面破裂，引发空蚀
。
空化和空蚀相互作用，共同影响 流体动力设备的性能和寿命。
当液体压力下降时，液体 中的溶解气体可能会离开 液体，形成微小的气泡。
温度变化
温度变化也可能导致液体 中的溶解气体分离，形成 微小的气泡。
空蚀现象发生原理
高速流动的液体与固体表面接触时，由于流速突然改变，产生较大的压力波动，导 致液体中微小气泡的形成和破裂。
当气泡在固体表面破裂时，产生的冲击波会对固体表面造成微小的损伤，如点蚀或 剥落。
疲劳断裂
空蚀现象产生的微射流会对固 体边界产生冲击，可能导致疲
劳断裂。
02
空化空蚀发生原理
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
空化现象发生原理
01
02
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液体流速增加
当液体流速增加时，液体 中的微小气泡会受到更大 的压力，导致气泡迅速缩 小或消失。
液体压力下降
在环保领域的应用
01
02
03
04
空化空蚀在环保领域的应用主 要涉及水处理、污水处理和空
气净化等方面。
在水处理方面，空化空蚀技术 可以用于去除水中的有害物质
，提高水质。
在污水处理方面，空化空蚀技 术可以用于降解有机物和除臭
，提高污水处理效果。
在空气净化方面，空化空蚀技 术可以用于去除空气中的颗粒 物和有害气体，提高空气质量
空蚀产生原理
空蚀产生原理空蚀产生原理凡是水流因局部地区流速增高，而产生汽化，并由此形成的破坏现象，就叫做空蚀。
在流动的液体中，当局部区域的压力因某种原因而突然下降至与该区域液体温度相应的气化压力以下时，部分液体气化，溶于液体中的气体逸出，形成液流中的气泡（或称空泡），这一过程称为空化。
空泡随液流进入压力较高的区域时,失去存在的条件而突然溃灭,原空泡周围的液体运动使局部区域的压力骤增。
如果液流中不断形成、长大的空泡在固体壁面附近频频溃灭，壁面就会遭受巨大压力的反复冲击，从而引起材料的疲劳破损甚至表面剥蚀，这就叫空化剥蚀，简称空蚀，又称气蚀。
表面的空蚀现象经常发生于水泵、水轮机和船舶螺旋桨的叶片表面，以及高水头泄水建筑物的局部表面上。
空蚀是水泵!水轮机!船用螺旋桨!汽车燃气室及其他水利机械过流部件的一种常见的破坏现象。
在流动的液体中，当局部区域的压力因某种原因而突然下降至与该区域液体温度相应的气化压力以下时，部分液体气化，溶于液体中的气体逸出，形成液流中的气泡（或称空泡），这一过程称为空化。
空泡随液流进入压力较高的区域时,失去存在的条件而突然溃灭,原空泡周围的液体运动使局部区域的压力骤增。
如果液流中不断形成、长大的空泡在固体壁面附近频频溃灭，壁面就会遭受巨大压力的反复冲击，从而引起材料的疲劳破损甚至表面剥蚀，这就叫空化剥蚀，简称空蚀，又称气蚀。
表面的空蚀现象经常发生于水泵、水轮机和船舶螺旋桨的叶片表面，以及高水头泄水建筑物的局部表面上。
运动物体受到空化冲击后表面出现的变形和材料剥蚀现象，又称剥蚀或气蚀。
空蚀是流体动力学、材料学和物理化学的复杂现象。
1902年，最先在英国驱逐舰“Cobra” 号螺旋桨上发现空蚀。
接着在水工建筑物和水力机械上也看到同样的现象。
当时认为桨叶材料的剥落是海水腐蚀造成的，但是试验证明在蒸馏水中运动的物体也会出现类似的剥蚀，因而确认这种现象仅是机械力冲击的结果。
据现在分析, 上述两种因素都起作用。
空蚀破坏中微射流的原理
空蚀破坏中微射流的原理
空蚀破坏是指在流体中形成的液腔或气腔，由于环境压力低于饱和蒸汽压，导致聚变泡缩小或坍塌，应力集中在小范围内，进而对材料表面造成破坏的现象。
中微射流（Microjet）是射流技术的一种变种，射流技术是将一定能量的液体或气体通过装置成射流，并以高速流动状态冲击目标物表面，从而实现清洗、喷涂、喷射等目的。
在空蚀破坏中，中微射流的原理是通过向破裂腔的液体注入高压液体射流，在液腔内形成中微射流冲击，使聚变泡塌缩得更加剧烈。
这种冲击作用可以加速聚变泡缩小或坍塌，进一步增加应力集中的程度，最终导致材料表面破坏。
中微射流结合空蚀破坏的技术可以实现在微观尺度下对材料的高效破坏，广泛应用于工业、科研等领域。
空化和空蚀的原理及应用
空化和空蚀的原理及应用空化（Cavitation）是指在流体中由于压力降低而引起的气化现象。
而空蚀（Erosion）则是指由于流体中存在的空化诱发流体的快速扩散和冲击而导致的固体材料表面的破坏。
空化的原理如下：当流体在高压区域流动到低压区域时，压力降低会导致液体分子之间的吸引力减小，分子的动能趋于增加，当达到一定程度时，液体中部分分子就开始从液相过渡到气相，形成气泡。
这种气泡在低压区域形成，但随着流体的流动而向高压区域移动，气泡被高压区域的压力挤压，气泡内的压力迅速升高，气泡会快速崩碎，形成冲击波，产生高压和高温，从而对固体材料表面造成破坏。
空蚀的原理如下：当液体中存在着气泡时，流体在气泡周围的流动速度会增大，压强也会下降，这会导致流体中的空泡加速膨胀和坍缩，形成水锤效应。
这种水锤效应会导致流体中的冲击力增大，加速流动，产生高速流体颗粒对固体表面的撞击和破坏，导致固体表面的空蚀。
1.水泵和液态喷嘴：在水泵和液态喷嘴中，由于高压区域到低压区域的压力降低，会发生空化现象。
通过控制压力和流速，可以调节空化现象的强度，以实现所需的液体流量和压力。
2.超声波清洗：超声波清洗是利用空化和空蚀的原理进行清洗的方法。
超声波产生的高频率声波在液体中形成气泡，并通过空化破坏污垢表面的结构，以加快清洗效果。
3.船舶和飞机螺旋桨的设计：在船舶和飞机螺旋桨的设计中，需要考虑流体流动的效率和稳定性。
通过了解空化和空蚀的原理，设计出能够减少空化和空蚀的螺旋桨结构，提高流体的工作效率和螺旋桨的使用寿命。
4.水力发电站和水轮机：在水力发电站和水轮机中，由于水流的高速冲击和涡流形成的压力下降，会引发空化和空蚀的现象。
通过对水轮机和水流的研究，可以减少空化和空蚀的风险，提高发电效率和设备的使用寿命。
5.燃油喷射系统：在汽车和航空发动机中的燃油喷射系统中，通过控制喷油峰值压力和喷油峰值流量，可以改善空化和空蚀的问题，提高燃油的喷射效果和燃烧效率。
航空器表面腐蚀产生机理的分析
航空器表面腐蚀产生机理的分析航天器表面腐蚀是航空工业中常见的问题之一。
主要原因是航空器表面的金属和非金属材料暴露在外的自然环境下，如空气、降雨、湿润、化学物质、温度变化等因素导致的化学反应。
这些反应进而促使航天器表面产生腐蚀，严重影响航空器的安全性能和服务寿命。
航空器表面腐蚀的产生机理可以归纳为以下几点：1.化学反应航空器表面的金属材料会在空气中与氧化物和水分子发生反应，进而形成锈层。
在某些情况下，金属电子会被捐献给氢离子，得到电子的氢离子进而转化成氢气放出。
这种化学反应称为金属腐蚀。
2.电化学反应在一些环境下，金属表面会形成一些微小的电池。
如由于不同金属的遗传电势的变化和电解质溶液的影响产生的腐蚀电池。
当这些电池腐蚀金属时，会进一步导致航空器表面的腐蚀。
3.静电航空器表面会在空气中或金属表面附近形成静电。
静电会引起化学反应、电子流及金属腐蚀，从而迅速加速航天器表面的腐蚀过程。
4.暴露在恶劣环境中航空机器表面经常在恶劣的环境中进行加速老化和功能失效测试，这些测试往往在缺乏恰当修饰或存储的情况下进行。
暴露在酸、碱、盐类、化学液体，或不良气息，高温/低温，高湿度/低湿度等恶劣环境中的材料通常会产生腐蚀。
5.机械因素机械因素是航空器表面腐蚀产生的重要原因之一。
由于施加的力的性质和位置不同，机械力会在表面产生微观划痕和损伤。
划痕和损伤进一步降低表面的防腐性能，使腐蚀加速。
要想有效地减少航空器表面的腐蚀，需要采取一系列有效的措施，包括：1.选择正确的材料不同种类和等级的金属和非金属材料在空气、湿度、温度和其它影响下的腐蚀机理基本不同。
因此应根据不同的使用场合选用不同的材料。
2.使用表面处理技术采用一些保护性的表面涂层来降低金属的腐蚀率。
例如通过镀金，涂层，阳极氧化等保护方法加强材料的表面防护。
3.改善材料的制造质量和标准改善生产标准，加强质量控制，保证制造质量，避免因制造工艺漏洞而引起的腐蚀。
航空器表面腐蚀是航空工业中不容忽视的问题。
水轮机的空化和空蚀
空化发生在流道中水流局部压力下降到临界压力（一般接近汽化压
力）时，水中气核发展成为气泡，从而使液相流体的连续性遭到破坏， 变为含气的二相流（若同时含气和含砂，则为多相流）。气泡中主要充 满着液体的蒸汽以及从溶液中析出的气体。当这些气泡进入压力较低的 区域时，就发育成长为较大的气泡，当气泡随水流运动到压力较高区域， 气泡将迅速凝缩并溃灭。因此，空化包括了气泡的积聚、流动、分裂到 溃灭的整个过程。空化过程可以发生在液体内部，也可以发生在固体边 界上。 空蚀是指由于空泡的溃灭，引起过流表面的材料损坏。在空泡溃灭 过程中伴随着机械、电化、热力、化学等过程的作用。空蚀是空化的直 接后果，空蚀只发生在固体边界上。
空化、空蚀导致的不良后果
（1）损坏水轮机过流部件表面。在水轮机运行过程中，随着时间 的推移，在转轮和某些过流部件的局部表面上，开始时表面金属失去 光泽而变成灰暗色，接着形成即麻点状，进一步发展形成海绵状（即 蜂窝状），此时金属表面已受到严重破坏，再进一步发展就会产生金 属局部脱落，甚至穿孔。 （2）当空化、空蚀发展到破坏正常水流流动的程度时，能量损失 会急剧增加，效率和出力大幅度下降。 （3）水轮机在空化、空蚀状态下运行，特别是混流式水轮机，其 过流部件易发生低频率大振幅的压力脉动，甚至导致整个机组和水电 厂厂房危险的振动及噪声。
最后整理后得
Hs pa pv H
式中
pa——水轮机安装处的大气压力； pv ——该处相应于平均水温下的汽化压力； ——相应工况点的水轮机空化系数，由综合特性曲线查得；
H ——对应的水轮机工作水头。
水轮机安装高程的确定 在进行实际计算时，考虑到：
pa 10.33mH 2O ； ⑴海平面的平均大气压力 r
空化与空蚀（精品PDF）
水体中所含的气核可分为表面气核与流动气核两种。流 动气核随水流一起运动。其尺寸一般很小，通常其直径大约 为10-5～10-3cm，人的肉眼一般看不见。流动气核在水中的分 布也不均匀，常用分布曲线(核谱)来表示其分布特性。尺寸 较大的气核在浮力的作用下将浮向水面而消失，而尺寸较小 的气核内部则承受很大的压强，以至于其内的气体因受压而 被周围的水体所吸收。
当外压强降低时，空泡的半径只有缓慢的增加，而当达 到M点后，在压强不再降低的情况下，空泡半径反而急速地膨 胀，这就是空化的初生。因此。M点可认为是发生空化的临界 点。将临界点相应的压强及空泡半径称为临界压强pe。及临 界空泡半径Re。
3、球形空泡的稳定性 如果扰动幅值随时间是衰减的，则空泡运动是稳定的， 与此相反，如果扰动幅值随时间增长，则空泡运动是不稳定 的。 从定性上来看，表面张力并不影响空泡的稳定性。由此 可以认为，在球形空泡的压缩过程中，只有当空泡尺度足够 大时其运动才是稳定的；而当空泡尺度被压缩至足够小后， 其扰动幅值将快速增长，从而导致空泡运动失稳。
当游移型空泡馈灭时，固体壁面上会受到极大的冲击压 强。据报道，由计算确定的球形空泡溃灭时，在边壁上造成的 压强可高达12000多个工程大气压，而实测记录为7750个工程 大气压。由于所研究的问题及情况的差异，不同作者计算出的 空泡馈灭压强有所不同。
用高速摄影研究近壁处单个空泡馈灭时空泡变形的资 料表明，微射流的速度为130～170m／s。数值模拟计算表 明，游移型空泡溃灭时微射流的冲击压力可高达691000kN ／m2；微射流的直径约为2～3μm，空蚀坑直径约为2～20 μm ；在lcm2的面积上，边壁受到的射流冲击频率约为100 ～1000Hz。冲击脉冲的作用时间每次只有几微秒。这样高 的射流速度所产生的冲击力足以使材料发生空蚀破坏。
孔蚀的机理
孔蚀，也被称为点蚀，是一种极其局部的腐蚀形式，会导致金属随机产生小孔。
孔蚀主要存在于易钝化处理的金属复合材料中，如不锈钢板材等。
其发生的主要原因是表面部分存在的缺陷以及溶液中存在的能破坏钝化处理膜的非特异正离子。
这些因素导致钝化处理膜被部分破坏，从而引发电偶腐蚀，使小区域变成阳极（发生氧化反应），而更大的区域变成阴极（发生还原反应）。
这种腐蚀是极其局部的，仅限于小区域，且离子扩散有限。
孔蚀的机理涉及到多个因素，如小区域的去钝化、阳极氧化反应、阴极还原反应、电偶腐蚀等。
为了防止孔蚀，可以采用抗腐蚀性能更强的材料、控制环境条件、涂层保护、表面处理等方法。
以上内容仅供参考，如需更多信息，建议查阅相关文献或咨询材料学专家。
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机 理．
关键词 ： 空蚀 破 坏 ； 观 氧 化 ； 彩 斑 点 微 多
中图 分 类 号 ： ＧＩ４ ４ 文 献 标 识 码 ： Ｔ ．４ ７ Ａ
文 章 编 号 ：０ ６７ ４ （０ ７ ０ —０ ６０ ｌ ０ —０３ ２ ０ ）９ｏ ｎ ｃ ｖ ｔ ｔｏ ａ ａ ｅ ｅ ｒ ｌ ｆ ｏ ｉ ｉ ａ ｉ ｎ ｉ ａ ｉａ ｉ ｎ ｄ ｍ ｇ
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一
个 多 彩 斑 点 是 一 个 大 的 气 泡 溃 灭 产 生 的高 速 微 射 流对 金 属 表 面 的 破 坏 结 果 ． 射 流 的 能 最 极 高 ， 射 流 和 金 属 表 微 微
面 接 触 的 瞬 间 可 造 成 局 部 的 烧 损 和 严 重 的 高 温 氧 化 ． 高 温 氧 化 过 程 合 理 解 释 了多 彩 斑 点 的形 成 ， 富 了 空 蚀 破 坏 用 丰
空 蚀 破 坏 的微 观 氧 化 过 程
陈 昭 运
（ 尔滨 工 程 大 学 材 料 科 学 与 化 学 工 程 学 院 ， 哈 黑龙 江 哈 尔滨 １ ０ ０ ） ５ ０ １
摘 要 ： 了探 索 空蚀 破 坏 过程 中 的 腐蚀 效 应 ， 用 旋 转 圆盘 空蚀 模 拟 试 验 机 、 描 电 子 显 微 镜 、 学 显 微 镜 结 合 数 为 利 扫 光 码 技 术 ， 圆盘 试 样 空 蚀破 坏 部 位进 行 了 研 究 ， 察 到 了微 观 破 坏 的 形 貌 ～ 多 彩 斑 点 ． 过 对 多 彩 斑 点 的 分 析 发 现 ： 对 观 通
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第２ ８卷第 ９ 期
２０ ０ ７年 ９月
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Ｖｏ ． ｉ ２８ № ．９ Ｓｅ ２０ ｐ． ０７
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