金属材料腐蚀磨损的研究进展

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3、流动参数：靶材与粒子间的相对速度、界面层特 性、雷诺数等
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4、 被冲击材料(靶材)特性：硬度、塑脆性、合金 化条件、显微组织、热处理方法、表面粗糙度、残 余应力、形状与尺寸等。
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金属材料腐蚀磨损的研究进展 研究腐蚀磨损的目的及意义在于: 通过分析 找出实际工程环境中设备部件快速失效的原 因，采用适当的试验方法，研究腐蚀磨损的机 理，找出影响腐蚀磨损的关键因素，为设备构 件的合理选材和优化设计提供理论依据，以期 控制腐蚀磨损速率和延长设备构件的使用寿 命，为工厂企业降低生产成本,提高经济效益服 务。
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四、腐蚀磨损的交互作用
Zelder1949年首次提出,材料腐蚀与磨损之间存在 交互作用，即腐蚀可以加速磨损，而磨损也可以加速 腐蚀，从而加速材料的破坏。腐蚀磨损引起的材料流 失总量不是纯腐蚀率与纯磨损率代数和，通常情况 下，腐蚀与磨损的交互作用会明显加速材料的流失, 总流失率是纯腐蚀率与纯磨损率代数和的几倍甚至几 十倍 。
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六、控制腐蚀磨损速率 延长设备构件使用寿命的方法
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主要从三个方面采取措施，即: ☞ 选用耐腐蚀磨损的材料； ☞ 通过表面处理工艺提高抗腐蚀磨损性能; ☞ 改进零件结构设计，使其有利于减少腐蚀磨损。
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1、合理选材 、合理
设计原则:
耐腐蚀性材料(钝化膜、热力学稳定性)
耐蚀性
电化学保护(阳极保护、阴极保护)
表面保护覆盖层
缓蚀剂
二者兼顾
高强度基体
耐磨性
第二相强化和细晶强化 形变强化 表面处理
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3 国内外腐蚀磨损研究的焦点：
☛ ☛ ☛ ☛ 腐蚀磨损机理 腐蚀磨损的交互作用 影响腐蚀磨损速率的因素 控制腐蚀磨损速率 延长设备构件使用寿命的方法
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金属材料腐蚀磨损的研究进展 腐蚀磨损引起的材料流失总速率为 腐蚀磨损引起的材料流失总速率 : Vt = V c + V e + V s
Vt——材料流失总速率 Vc ——单纯腐蚀引起的材料流失速率 Ve ——单纯磨损引起的材料流失速率 Vs ——腐蚀与磨损之间的交互作用引起的 材料流失速率
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2 国内
20世纪80年代后期开始，结合实际工程项 目,国内很多高等院校与研究所兴起了金属腐蚀 磨损的研究。
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金属材料腐蚀磨损的研究进展 典型的有: √ 中科院沈阳金属研究所 √ 沈阳铸造研究所 √ 北京化工大学 √ 西安交通大学 √大连理工大学、大连酸泵厂 √ 华中科技大学 √ 河南科技大学 √ 昆明理工大学 √ 沈阳工业大学 √ 合肥工业大学等等
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金属材料腐蚀磨损的研究进展 4、挤压锻造“成片”模型（extrude-Байду номын сангаасorge platelet
mode）
Levy等人认为:冲击颗粒对材料不断施加挤压力, 使材料表面出现凹坑及凸起的唇片。同时颗粒的部分 冲击动能转化为热量,使表层金属软化,随后颗粒再对 唇片进行锻打,经历严重变形后呈片屑从表面流失，次 表层却因受挤而产生加工硬化。 该模型较好地解释了显微切削模型难以解释的现象。
Bitter于1963年提出的，是对I.Finnie切削模型 的延伸和修正。引入临界冲蚀速度和能量分散的概 念，把冲蚀磨损分为变形磨损和切削磨损两部分。
变形磨损理论模型较好地解释了颗粒以不同冲 击角冲击靶材后其两种变形历程及能量变化规律。
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腐蚀与磨损的交互作用主要表现在: a.腐蚀形成的表面膜或腐蚀产物容易被磨损; b.腐蚀导致材料的表层组织结构遭受破坏 ,致使材 料的机械强度降低而加剧磨损; c. 磨损产生的挤出唇等凸出部位因电位升高而容易 发生电化学腐蚀; d. 磨损使腐蚀产物得以去除 ,而磨损形成的新鲜表 面更容易被腐蚀(加速了腐蚀)。
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1、 环境因素(液体介质)：腐蚀性（pH值）、粘度、 密度、压力、温度等
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2、粒子(磨料)特性：形状、粒度分布、硬度、冲击 角、流量(浓度)、强度及易碎性等
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Progress of Research on Corrosive Wear of Metallic Materials
材料学院 李平
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汇报内容
√ √ √ √ √ √ 工程背景及研究意义 国内外研究概况 腐蚀磨损机理 腐蚀磨损的交互作用 腐蚀磨损速率的影响因素 控制腐蚀磨损速率 延长设备构件使用寿命的方法
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2、表面处理
表面处理是在通用材料的基础上用工艺手段提 高材料耐磨性或抗腐蚀性能,从而达到显著改善材料 的抗腐蚀磨损性能的目的，把高性能与经济性较好 地结合起来,因此利用表面处理提高材料腐蚀磨损性 能的方法越来越受到人们的重视与关注。 常用的表面处理方法有:
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3、疲劳模型（fatigue mode）
Mamoun于1975年提出。以临界应变作为冲蚀磨损 的评判标准:只有当形变达到临界值εc时 ,才会发生 材料流失。他把εc看作材料的一种性质 ,并作为材料 塑性的衡量指标 ,为材料的微观结构所决定。 疲劳模型在解释球状粒子正向冲击方面较为成功.
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一、工程背景及研究意义
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金属材料腐蚀磨损的研究进展 腐蚀、磨损和疲劳断裂是材料在使用过 程中导致功能失效的最主要的三种原因，在 实际环境中，它们往往同时参与材料的破坏 过程。腐蚀环境中摩擦表面出现的材料流失 现象称为腐蚀磨损（corrosive wear， erosion，erosion-corrosion），对腐蚀磨 损的认识和研究比腐蚀和摩擦磨损要晚得多。
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切削模型较好地解释了塑性材料在多角形刚性颗 粒，低冲击角的条件下进行冲蚀的规律。但对高冲击 角或脆性材料的冲蚀偏差较大。
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金属材料腐蚀磨损的研究进展 2、变形磨损理论模型(deformation and cutting mode)
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三、腐蚀磨损机理
√ √ √ √ √ 切削模型 变形磨损理论模型 疲劳模型 挤压锻造“成片”模型 脱层理论模型
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金属材料腐蚀磨损的研究进展 1、切削模型(cutting mode)
I.Finnie于1958年提出。认为磨粒就如一把微型 刀具，当它划过靶材表面时，便把材料切除而产生磨 损。材料的磨损体积与磨粒的质量和速度的平方(即 磨粒的动能)成正比，与靶材的流动应力成反比，与 冲角成一定的函数关系。
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(1)表面涂覆 在材料表面镀、涂或用各种物理、化学方 法(如气相沉积)覆盖一层强化耐磨层。通常使 用的有镀铬、镀镍、氮化、磷化、堆焊、喷涂 碳化物或陶瓷、以及复合涂层等。
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五、腐蚀磨损速率的影响因素
在腐蚀磨损系统中,金属材料的腐蚀主要产生 于电化学因素的作用,而其磨损则主要源于力学因 素的作用(表面剪切)。影响腐蚀磨损量的因素很 复杂，国内外很多学者对其进行了大量研究，大 致可分为以下四类：
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金属材料腐蚀磨损的研究进展 5、脱层理论模型(Delimination mode)
Suh建议金属滑动磨损中的微裂纹形核过程可以发 生在冲蚀过程中。颗粒冲击靶材时亚表面的应力分布 及空穴成核的影响,并指出空穴成核区出现在表面下 某一深度, 空穴成核容易出现在冲击角为15～20° （即最大冲蚀磨损量的冲击角）,冲击速度越大,则空 穴成核区越深，亚表面夹杂物和硬的二相粒子的数量 和间距会影响冲蚀速度。
据2005年《中国腐蚀调查报告》的不完全统计 :我国年腐 蚀损失达5000亿元。世界主要发达国家的调查显示腐蚀损失约 占本国GNP的2%～5%。
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金属材料腐蚀磨损的研究进展 腐蚀磨损的研究逐渐成为摩擦磨损学中 的一个研究热点，但由于腐蚀磨损是一门新 兴的交叉学科，起步较晚，且影响因素复 杂，与磨损材料本身的性能、环境因素、力 学因素等密切相关；涉及到腐蚀学、摩擦磨 损学、流体力学、电化学、金属学、表面分 析与检测技术等学科的知识，因而也是摩擦 磨损学中的一个研究难点，其中腐蚀磨损机 理又是腐蚀磨损研究领域中的一个极其复杂 而又十分重要的问题。
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金属材料腐蚀磨损的研究进展 腐蚀磨损的工业背景极为普遍:如在石油 化工、煤的加工、输送和燃烧、能源交通、农机、 建材、矿山、冶金以及水利电力等行业的机械 设备中,腐蚀磨损造成的经济损失是非常惊人 的, 腐蚀磨损造成的损失占总腐蚀量的9％， 总磨损量的5％。
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金属材料腐蚀磨损的研究进展 ☞英国剑桥大学与美国加州大学等,结 合燃煤锅炉中出现的高温燃气流对管道用 材的冲蚀腐蚀问题,开展了高温冲蚀系统研 究。 ☞加拿大Postethwaite开展了化工管道 内双相或多相流介质对金属材料的冲蚀腐 蚀系统研究。 ☞英国曼彻斯特大学的Stack系统研究 了腐蚀磨损机制图。
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金属材料腐蚀磨损的研究进展
二、国内外研究概况
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金属材料腐蚀磨损的研究进展
1 国外
☞1946年Ｗahl和Ｈartstein发表了第 一篇系统论述腐蚀磨损的文章. ☞美国加州大学的Iain Finnie于20世 纪50年代最早提出了冲蚀磨损的切削模型。 ☞1977年到1983年间对冲蚀磨损机理和 理论模型的研究非常活跃，初步形成了其 机理和理论模型的体系.