聊聊金屬的沖刷腐蝕那點(diǎn)事
一、沖刷腐蝕的流體力學(xué)影響因素
由于沖蝕和腐蝕的聯(lián)合作用,這類環(huán)境的腐蝕磨損較其他條件下的沖刷類型更復(fù)雜。根據(jù)沖刷和腐蝕的相關(guān)特性,固體顆粒不是移去金屬基材(延展性材料)就是移去腐蝕產(chǎn)物(脆材質(zhì))。如果固體沖蝕率高于腐蝕率,那么固體顆粒沖擊相對(duì)無(wú)腐蝕產(chǎn)物的表面,金屬基材損失;如果沖蝕率低于腐蝕率,管壁上可形成腐蝕產(chǎn)物,固體顆粒將會(huì)磨損掉腐蝕產(chǎn)物薄膜。沖刷腐蝕的影響因素較多,主要包括材料(冶金)、環(huán)境、流體力學(xué)三個(gè)方面。
流體力學(xué)因素一般通過(guò)改變沖刷強(qiáng)度或傳質(zhì)過(guò)程來(lái)影響沖刷腐蝕性能。常用參數(shù)包括:流速流態(tài)、攻角、顆粒性質(zhì)(種類硬度顆粒濃度、顆粒及分布、顆粒形狀、可破碎性、密度以及表面粗糙度)、流體性質(zhì)(粘度、密度)等。
1、流體流速
流體對(duì)固態(tài)金屬的沖刷腐蝕有兩種作用:質(zhì)扯傳遞效應(yīng)和面切應(yīng)力效應(yīng)。流體的層流、湍流兩種流動(dòng)狀態(tài),以及流體的性質(zhì)(如粘度、密度等)和設(shè)備的幾何形狀(如凸出物、突然改變流向的截面)等都會(huì)影響流體的流動(dòng)規(guī)律,而這都與流速有直接關(guān)系。
由此可知,隨流速增加腐蝕速率呈指數(shù)形式增加。腐蝕速率隨流速增加呈指數(shù)形式增加。同時(shí),流速增大,一方面有利于腐蝕性組元的物質(zhì)和電荷傳遞,促進(jìn)腐蝕;另一方面造成腐蝕產(chǎn)物膜形貌和結(jié)構(gòu)的變化,增大了產(chǎn)物膜對(duì)物質(zhì)傳遞和電荷過(guò)程的阻礙。
2、沖刷角度
液固兩相流在水平工作面上的作用力主要有水平和垂直兩種分量。水平分量對(duì)沖刷面產(chǎn)生切削作用,垂直分量產(chǎn)生撞擊破壞。隨著沖刷角度變化,這兩種損傷機(jī)制此消彼長(zhǎng),相互影響。當(dāng)沖擊角度較大時(shí),沖擊可造成沖擊坑和微裂紋兩種損傷作用。對(duì)特定的材料和工作環(huán)境一定有攻角(粒子入射方向與試樣的水平?jīng)_擊面的夾角),此時(shí)切削作用和沖刷撞擊共同作用致使材料的沖刷腐蝕失重率達(dá)到最大。
3、流體兩相流流體中的固相顆粒因素流速
懸浮顆粒物對(duì)固體金屬材料的沖刷行為的影響主要在硬度、粒徑大小、鋒利性及濃度等參數(shù)。通常情況下顆粒硬度越高,沖刷破壞越嚴(yán)重;多角粒子的切削作用要比圓形粒子的犁削作用產(chǎn)生更大的力學(xué)損傷;粒徑越大,顆粒質(zhì)量越大,慣性越大,繼而產(chǎn)生的沖刷速率也越大;顆粒濃度越大,沖刷腐蝕速率的絕對(duì)值越大,但高濃度條件下顆粒間的相互影響所引起的”屏蔽效應(yīng)”使得其沖蝕效率降低。同時(shí),兩相流流體中顆粒物在通過(guò)擴(kuò)散層時(shí)會(huì)加劇局部流體內(nèi)部的攪動(dòng)并破壞擴(kuò)散層狀態(tài),影響電極反應(yīng)的傳質(zhì)過(guò)程,從而促進(jìn)腐蝕進(jìn)行。
二、結(jié)論
由于沖刷腐蝕包括沖刷和腐蝕兩個(gè)方面,所以在兩相及多相流中,沖刷和腐蝕的聯(lián)合用機(jī)理一直較其他類型的腐蝕更具有研究意義。
經(jīng)過(guò)分析可得出以下結(jié)論:
(1) 沖刷能加速傳質(zhì)過(guò)程,促進(jìn)腐蝕產(chǎn)物脫離材料表面,并能促進(jìn)氧化物到達(dá)材料表面加速腐蝕反應(yīng)。同時(shí),沖刷在液固、氣固相中的力學(xué)作用也將產(chǎn)生磨損破壞,若金屬自身未能及時(shí)修復(fù)(鈍化)則可能會(huì)構(gòu)成腐蝕原電池,進(jìn)一步加速腐蝕破壞。
(2) 腐蝕能溶解掉材料表面的加工硬化層,軟化材料外層,降低金屬的疲勞強(qiáng)度,進(jìn)一步加劇沖刷的破壞效果,如在材料缺陷等處所出現(xiàn)的局部腐蝕,會(huì)造成微湍流的形成。同時(shí),腐蝕也會(huì)弱化材料的相界面,如晶界、相界,使材料中耐磨的硬化相裸露,也進(jìn)一步促進(jìn)了沖刷破壞。
綜上可知,對(duì)于沖刷腐蝕的新測(cè)試方法研究、交互作用中各分散量的精確測(cè)定、防護(hù)措施的開(kāi)發(fā)等,對(duì)保障安全生產(chǎn),推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重大意義。
三、夢(mèng)能服務(wù)與支持
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