腐蚀疲劳与磨损腐蚀

由于金属材料在承受摩擦力 （表面切应力）的同时，还与 环境介质发生化学或者电化学 反应，而导致表面上的材料出 现流失。因此也是应力作用下 腐蚀的形式之一。
腐蚀磨损过程中的腐蚀行为 与磨损行为与单独的腐蚀或 者磨损存在较大的差异，腐 蚀能够加速磨损，磨损也可 以促进腐蚀，从而加速了材 料的破坏失效。
2. 腐蚀磨损的影响因素
2.腐蚀疲劳机理
2.2 腐蚀疲劳扩展机制 腐蚀疲劳裂纹扩展时裂纹尖端的反应过程如图1所示。当金属材料暴露于腐蚀环 境中，腐蚀介质首先迁移到裂纹尖端，与裂纹尖端新鲜金属表面发生局部电化 学反应。该反应最简单的情况是阳极溶解与阴极放氢，反应可能产生的有害物 质氢吸附于金属表面。反应的速度、氢还原的量以及氢在裂纹尖端还原后成为 吸附氢将控制这个扩散过程。随着 裂纹尖端和金属滑移导致位错不断出现， 吸附氢沿着位错带或晶界迁移扩散，进 入裂纹尖端前沿区域的吸附氢向高应力 区富集，引起材料的局部损伤（如氢脆） 。裂纹尖端处电化学反应产生的腐蚀产 物，一方面会向外析出产生Wedge 效应， 另一方面腐蚀产物容易堆积在裂纹尖端 部位，改变裂纹尖端局部应力状态，引 起裂纹的闭合效应。
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减缓腐蚀作用 常用的措施有施加表面涂（镀）层、 添加缓蚀剂和实施电化学保护技术。
1.什么是腐蚀磨损
目录
3.腐蚀磨损的控制措施
2.腐蚀磨损的影响因素
腐蚀磨损：腐蚀磨损通常是 指腐蚀环境中摩擦表面出现 的材料流失现象。
它包括摩擦副的腐蚀磨 损、腐蚀性浆料冲蚀、 腐蚀液流中的气蚀等类 型。腐蚀磨损现象广泛 存在于石油化工、矿山 机械、航空航天、建材、 水利电力等行业的机械 设备中。
01 材料自身因素影响
金属材料的成分、热处理方法及组织结构等特性是腐蚀疲劳的内在影响因素，对腐蚀疲劳裂纹萌 生与扩展影响至关重要。若金属材料含有杂质，会造成应力集中，增加材料腐蚀疲劳发生的概率 改变材料裂纹扩展速率
02 力学因素影响
对金属材料腐蚀疲劳性能影响最为显著的力学因素是加载频率和应力比。加载频率决定了腐 蚀介质与裂尖材料的持续作用时间。一般来说，在给定的加载循环次数下，加载频率越低， 腐蚀介质与裂尖材料作用越充分，裂纹扩展速率增大，材料腐蚀疲劳寿命越低。这主要是因 为腐蚀介质对裂尖材料作用时间越长，裂纹张开时间增长，腐蚀介质对裂纹的影响效果更显 著。 应力比是交变载荷的最小值和最大值之比，也是腐蚀疲劳裂纹扩展的重要因素。因此，腐蚀 疲劳试验过程中，应力比越低，腐蚀疲劳裂纹扩展速率越大；应力比越大，裂纹扩展速率越 小，当应力比接近1 时，腐蚀疲劳转为应力腐蚀破坏。
2.腐蚀疲劳机理
2.1 腐蚀疲劳裂纹萌生机理 （1）局部腐蚀理论。该理论认为，在交变载荷和腐蚀环境的交互或协同作用下， 材料表面会形成腐蚀坑，在腐蚀坑的底部和边缘等部位产生应力集中，促进材 料表面的腐蚀疲劳源提前生成。这种理论通常适合于发生局部腐蚀的铝合金材 料，但不能解释表面没有腐蚀坑仍发生腐蚀疲劳的现象，具有一定的局限性。 （2）形变活化理论，也称为阳极滑移溶解模型。主要涉及三种过程：阳离子的 液体扩散、裂纹保护性氧化膜破裂和裸金属表面溶解。该理论认为，在交变载 荷作用下，金属材料晶体产生滑移变形，滑移变形区域的活化能高于未发生变 形的区域。变形区域和未变形区域与环境腐蚀介质共同组成腐蚀原电池，变形 区域和未变形区域分别为阳极和阴极，阳极区域因持续受到腐蚀，不断发生溶 解，最终形成疲劳裂纹。该理论目前主要用于解释高强钢的腐蚀疲劳问题，在 高强铝等材料腐蚀疲劳中应用很少。 （3）吸附理论。该理论认为，金属材料与腐蚀环境接触时，金属表面会吸附活 性物质，其表面能降低，金属表面的键和强度被削弱，金属的力学性能被弱化。 当金属遭受交变应力作用时，表面滑移带的产生和微裂纹的扩展更容易进行， 由此导致腐蚀疲劳发生。
因此在实际生产中，应该根据具体工况下体系中机械作用和腐蚀作用的相对强 弱程度，选择合理的耐腐蚀磨损材料。
1 结构设计合理
环境介质处理 除氧，添加缓蚀 5 剂，对液体流相 进行过滤，低温 操作
改变流体的入射角，
减小入射粒子和介质 的速度，改进冲蚀部
2
3
4
采用电化学保护
件的形状因素。
正确选择材料
采用恰当的表面处理技 术
减小，或氧溶解度下降，使腐蚀速度下降 如曲线B及所示
3.介质温度的影响
温度增加对金后腐蚀有两方面的影响： a．提高化学反应速度，从而增加腐蚀速度。 b．减少氧溶解度，从而减小腐蚀速度
4．机械因素的影响
（1）砂浆速度的影响 砂浆冲击速度决定了磨料在材料表面机械作用的强度。随冲击强度的增加，表面膜破坏程度和
腐蚀疲劳与腐蚀磨损
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1.什么是腐蚀疲劳
目录
4.腐蚀疲劳的控制方法
2.腐蚀疲劳的机理
3.腐蚀疲劳的影响因素
腐蚀疲劳：材 料或构件在交 变应力与腐蚀 环境的共同作 用下产生的脆 性断裂。
这种破坏要比 单纯的交变应 力造成的破坏 或者单纯的腐 蚀作用造成的 破坏严重的多。
在工程技术上腐蚀疲劳是造 成安全设计的金属构件发生 突然破坏的最重要的原因之 一。
2.介质浓度的影响 在静态腐蚀条件下，材料的腐蚀速度随介质浓度的变化一般遵循两种规律。
图3 静态条件下，介质浓度对腐蚀速度的 影响
a.在低浓度条件下，材料表面会与介质作 用形成保护膜，随浓度增加到一定值，保
护膜被溶解，导致腐蚀速度迅速上升，如 曲线A所示。 b.随浓度增加，溶液中活化质点或溶解氧 浓度增加，达到一定浓度时，溶液电离度
对于某一特定材料，其腐蚀磨损取决于介质的腐蚀特性 和磨损过程的待点，并且它们之间还会互相影响，因此，腐 蚀磨损的影响因素是十分复杂的。
材料的腐蚀磨损的影响因素较多，它既与腐蚀介质的种 类，介质中固体颗粒特性、介质流速，以及固体颗粒对基材 冲击角有关，也与材料本身的成分、组织结构、力学机械性 能有关。
表面电化学活性增加，因而材料的磨损速度上升。由于机械作用导致磨损程度的增加更为迅速．因 而腐蚀在腐蚀磨损中所占的比例下降。
（2）砂浆冲击角度的影响
在砂浆速度一定的条件下，改变砂浆冲击角度，材科去除的机制及表面磨损形貌都相应发生 变化。在腐蚀介质中，由腐蚀和磨损过程的相互作用，材料的去除机制及磨损形貌的变化特 有别于纯磨损的情况，材料腐蚀速度随冲击角度的会化也将与纯磨损的情况有明显不同
措施 电化学阴极保护
通过表面处理，提高材料的
硬度和韧性
谢谢！
1．腐蚀介质的影响 对于钢铁材料，在静态条件下、腐蚀随PH值增加而减小。PH值主要是通过影
响系统的电极过程和腐蚀产物而影响材料的腐蚀。
图2.砂浆PH值对Cr15Mo3磨 Nhomakorabea 腐蚀的影响
砂浆，缓冲溶液＋15%Al2O3 Ω＝2100r/min，t＝3h
由图2可见，随pH值增加，高铬铸铁的腐 蚀磨损量急剧减小1pH值达到5以后，基 本上不再变化。这是由于在酸性介质中， 容易发生氢的去极化过程，这时高铬铸铁 表面不能形成有效的保护膜，并且由于其 复杂的多相结构，必使其容易在酸性介质 中发生严重的相间腐蚀破坏。
环境因素影响
腐蚀介质成分和浓度、溶液pH 和温度、电位、空气湿度和干/湿交 替频率等环境因素均对材料腐蚀疲劳存在较大影响。
01
合理选材与优化材料
由于钢的强度愈高，通常其腐蚀疲劳敏感性 愈大，因此选择强度低的钢种一般更为安全。
02
降低张应力水平或改善表面应力状态 设计上注意结构合理化，减少应力集中， 避免缝隙结构,适当加大截面尺寸。
4．机械因素的影响
（3）载荷作用频率的影响 在实际零部件的腐蚀磨损过程中。环境介质的作用往往是以磨损一腐蚀或腐蚀磨损 腐蚀的方式反复进行，因此研究载荷或磨损作用的频率具有实际意义。
5.材料因素的影响
在实际工况中，耐磨性能和耐蚀性能往往是互相矛盾的，比如硬质碳化物及其它第 二相硬质点，高硬度马氏体基体及细化晶粒等都可能通过改善材料硬度、韧性等机 械性能提高其耐磨性，但这些因素也将增加材料组织的不均匀性，容易发生点蚀、 晶间腐蚀、相间腐蚀等，因而对其耐蚀性有害。