腐蚀磨损综述

报告人：郑** 学 号：S313**00**

腐蚀磨损综述

1.腐蚀磨损概述 2.金属的腐蚀磨损 2.1腐蚀磨损分类 2.2氧化磨损 2.3电化学腐蚀磨损 2.4金属腐蚀磨损测试技术 3.金属腐蚀磨损发展趋势 4.参考文献

腐蚀磨损综述

1.1 腐蚀磨损的定义两摩擦表面与周围介质发生化学或电化学反 应，在表面上形成的腐蚀产物粘附不牢，在摩擦 过程中被剥落下来，新的表面又继续和介质发生 反应，这种腐蚀和磨损的重复过程称为腐蚀磨损 (Corrosion Wear)。 腐蚀磨损行为与纯腐蚀行为和纯磨损行为均 有很大差异。

腐蚀磨损综述

1.2 研究背景材料的腐蚀磨损经常发生在泵、阀的过流部 件(泵体、叶轮等),管道内壁面，及腐蚀介质 中服役的摩擦副中。其中以双向流造成的破坏尤 其严重。 据统计，在石油化工，能源交通，水利电力 等行业的机械设备中，腐蚀磨损造成的损失占总 腐蚀量的9%,总磨损量的5%。 腐蚀磨损是一个物理、机械、化学和电化学 作用的综合作用，各种因素的影响错综复杂，给 研究工作带来了极大的困难，近几十年来人们不 断探索并就此问题进行了一些初步研究。

腐蚀磨损综述

1.3 研究现状20世纪80年代，南非科学家们首先采用先腐 蚀后磨损的方法，分开进行实验对多种工程材料 腐蚀磨损性能进行了评价。 1991年，G.Sundararajan总结了前人在金属 氧化冲蚀方面的研究结果，提出了氧化和冲蚀交 互作用的数理模型并在实验中得到验证。 P.F.Weiser等人用CF-8铸铁在硫酸砂浆与单 独硫酸腐蚀和单独湿磨料磨损条件下进行对比试 验，结果表明，材料的腐蚀磨损速度是纯腐蚀和 纯磨损速度之和的8-35倍。

腐蚀磨损综述

K.Y.Kim等人用电化学方法研究了材料在腐 蚀磨损条件下的腐蚀行为，发现磨料的机械作用 使腐蚀速度增加了2-4个数量级 。 张天成、姜晓霞等人测量了不同载荷下40Cr 钢和304不锈钢在3.5%NaCl溶液中的腐蚀磨损率， 用Tafel法和极化阻率法测定了静态及磨损状态下 的腐蚀率，并用浸泡实验结果予以了修正。定量 分析了两种材料在溶液中的腐蚀磨损交互作用。 ……

腐蚀磨损综述

1.4 研究目的和意义研究金属材料腐蚀磨损的目的除了弄清楚这 种破坏失效的原因，找出其损伤的规律性以外， 更重要的是如何控制腐蚀磨损、降低服役过程中 材料流失量以延长工件使用寿命。

腐蚀磨损综述

2.1 金属腐蚀磨损分类根据腐蚀介质的性质，腐蚀磨损可分为化学 腐蚀磨损和电化学腐蚀磨损两大类。化学腐蚀磨损 电化学腐蚀磨损 在气体介质或非电解质溶液中 的磨损，以氧化磨损为主。

在导电性电解质溶液中的磨损。

腐蚀磨损综述

2.2 氧化磨损金属表面与气体介质发生氧化反应，在表面 生成氧化膜，随后在磨料或微凸体作

用下被去除 ，新暴露出的表面又重新被氧化、磨去。在此过 程中形成的磨损就是氧化磨损。 造成氧化磨损的条件有三：(1)摩擦表面氧化 的速率大于氧化膜被磨损的速率；(2)氧化膜与基 体结合的强度大于摩擦表面的剪切应力；(3)氧化 膜厚度大于表面磨损破坏的深度。

腐蚀磨损综述

2.2.1 氧化磨损的理论模型除极少数贵金属外，洁净的金属一旦与空气 接触，立即与空气中的氧反应成为单分子层的氧 化膜。 Quinn依此在Archard粘着磨损方程提出了 氧化磨损理论。 这一模型的认为：当磨损表面的微凸体不与 对方微凸体接触时生成氧化膜；每个接触点上生 成同样数量氧化膜，且当氧化膜达到临界厚度时 只在金属-氧化膜界面上发生剪断。

(1) Quinn模型

腐蚀磨损综述

Quinn还导出了轻微磨损状态下的数学 模型： S/vξ2 ρ2]· P/3H W =Wv/L=[A0exp(-Q/RT)·式中，W为磨损率；Wv为体积磨损量；L为滑 动距离；P为法向载荷；H为材料硬度；v为滑动速 度；A0为阿伦尼乌斯常数；ξ为氧化膜临界厚度； ρ为氧化膜密度；Q为氧化反应活化能；T为微凸 体表面接触温度；R为普适气体常量。

上式表示临界氧化膜愈厚则磨损率愈小

腐蚀磨损综述

(2) Tao模型

Quinn当时提出的氧化磨损理论没有提到磨损破坏 速度的决定因素，因此Tao将氧化磨损过程分为： 氧向金属表面扩散、氧化膜生长和滑动时氧化膜发 生破坏三个阶段。 Tao提出两个模型： 模型A:氧化膜逐渐生长而其磨损是瞬间发生的； 模型B:临界膜的生成时间远短于其破坏时间。 其中模型A较符合实际，但许多实验证明同时考虑 氧化时间和氧化膜的破坏时间才更接近真实情况。

腐蚀磨损综述

(3)Rabinowicz模型

根据膜的机械性质不同， Rabinowicz提出了两个 氧化磨损模型。 ①脆性氧化膜的氧化模型 在一定的气体中，金属材料表 面会生成脆性氧化膜，由于其 物理机械性能与基体差别很大， 当它生长到一定厚度时，很容 易被机械作用去除并暴露出金 属基体，随后在新的基体上面 又开始新的氧化一磨损过程. 脆性膜的氧化磨损示意图

腐蚀磨损综述

②韧性氧化膜的氧化磨损模型如果生成的氧化膜是韧性 的并且比基体软，当遭受 外部机械作用时，可能只 有部分氧化膜被除去，随 后的氧化磨损过程仍是在 氧化膜上进行的。韧性膜的氧化磨损示意图

腐蚀磨损综述

2.2.2 氧化磨损的影响因素

(1)氧化膜性质的影响 ①氧化膜硬度H0与基体金属硬度Hm的比值 当H0 >> Hm时，因基体太弱，无法支承载荷，故即 使外力很小，氧化膜也很易破碎；当两者都很高时 ，在载荷作用下变形很小，氧化膜不易变形，耐磨 性增加。 ②氧化膜与工作环境的关系 钢铁摩擦副，当载荷小、滑动速度低时

,氧化膜主 要组成物为Fe2O3;但当速度增大、载荷增大后， 则主要为Fe3O4。磨损量随膜组分变化而变化。

腐蚀磨损综述

③氧化膜的机械性能 脆性氧化膜与基体金属结合能力差，容易被磨掉。 反之，如为韧性而致密的氧化膜，则与基体结合牢 固，不易磨掉。 若氧化膜的硬度较大，结果氧化膜被嵌入金属内， 成为磨料；若氧化物较软，则其对另一表面磨损就 小，有的甚至有防止粘着的作用。 有些氧化物的摩擦磨损性能还与温度有关。如PbO, 在250℃以下润滑性能不好，但超过此温度时，就 成为比MoS2还好的润滑剂。

腐蚀磨损综述

(2)载荷影响

轻载荷下氧化磨损磨屑主要成分为Fe和FeO,重载 荷下磨屑主要成分是Fe2O3和Fe3O4。当载荷超过某 一临界值时，磨损量随载荷增大急剧增加。

(3)滑动速度影响 (4)金属表面状态

低速摩擦时磨损量较小，随着滑动速度增加，产生 磨屑增大，磨损量增大。

金属表面处于干摩擦时，容易产生氧化磨损。加入 润滑油除了起到减摩作用外同时隔绝空气，提高抗 氧化磨损能力。但有的润滑油能促进氧化膜脱落。

腐蚀磨损综述

2.3 电化学腐蚀磨损

殊特介质中的腐蚀磨损是指摩擦副工作在电解质溶 液(如酸、碱、盐等)中，并和它们发生作用形成各 种不同的产物，又在摩擦中被除去的过程。 电化学腐蚀磨损由于涉及的因素较多，是一个比氧 化磨损更为复杂的过程。摩擦表面遍布点状或丝状 腐蚀痕迹，磨损产物是酸、碱、盐的金属化合物。

腐蚀磨损综述

2.3.1 电化学腐蚀的理论模型

(1)材料的机械去除模型在腐蚀磨损体系中，金属材料在特定介质作用下发 生均匀腐蚀并形成完整覆盖的产物膜。由于磨料或 硬质点的剪切作用导致腐蚀膜的去除。 ABD-EL-KADER等研究了不锈钢在低应力条件下 的腐蚀磨损，为建立其数学模型提出两个假设:① 腐蚀磨损过程是摩擦表面上氧化物的生成和去除的 重复过程;②氧化膜的生长速率遵循对数规律。

腐蚀磨损综述

从而导出腐蚀磨损深度为: Δs=0.43K 其中K可由腐蚀电位下氧化物生长速率来确定。 对特定的体系K为一常数.这一规律仅适合于非常低 的应力和材料具有较强再钝化能力的体系。

图3 均匀腐蚀条件下的腐蚀磨损模型

图4 相界面腐蚀的腐蚀磨损模型

腐蚀磨损综述

(2)氢致磨损理论

对氢敏感的材料，在易析氢的介质中。表面层由于 发生周期性形变，裂纹、微空洞、晶界和其它可能 存在的缺陷不断发生体积变化。氢原子进入这些缺 陷后要么形成氢分子，要么在缺陷内部生成脆性氢 化物，失去返回外界的可能性。磨损应力作用下缺 陷体积减小时产生高度应力集中，在磨损近表层内 引发大量微裂纹，导致材料成块剥落，

磨痕呈脆性 断口，加速材料流失。