1 腐蝕磨損概述

1.1 腐蝕磨損定義和分類

腐蝕磨損（Corrosion Wear）——指“摩擦副對(duì)偶表面在相對(duì)滑動(dòng)過(guò)程中，表面材料與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，并伴隨機(jī)械作用而引起的材料損失現(xiàn)象 ” ，實(shí)際工況中，腐蝕磨損往往受限于材料因素(材料的成分、組織、力學(xué)性能、物化性能等)、電化學(xué)因素(腐蝕介質(zhì)的種類、濃度、pH值等)、力學(xué)因素(載荷、速度等)和環(huán)境因素(溫度及壓力等)等的影響。腐蝕磨損行為與純腐蝕行為和純磨損行為均有很大差異。

根據(jù)腐蝕介質(zhì)的不同，腐蝕磨損可分為化學(xué)腐蝕磨損和電化學(xué)腐蝕磨損兩大類。

（1）化學(xué)腐蝕磨損—在氣體介質(zhì)中的腐蝕磨損實(shí)際上以氧化磨損為主，主要是金屬表面與氣體介質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)，在表面生成氧化膜，隨后在磨料或微凸體作用下被去除的過(guò)程。根據(jù)膜的機(jī)械性質(zhì)不同，氧化磨損模型主要有脆性氧化膜和氧化磨損模型和韌性氧化膜的氧化磨損兩類。

金屬表面發(fā)生氧化生成的脆性氧化膜的物理機(jī)械性能與基體差別很大，生長(zhǎng)到一定厚度時(shí)很容易被外部機(jī)械作用去除而暴露出金屬基體，隨后在新鮮集體上有開始新的氧化。

韌性膜比基體要軟，受外部機(jī)械作用時(shí)，可能只有部分氧化膜被去除，隨后氧化過(guò)程有開始在氧化膜上進(jìn)行，因此韌性膜的腐蝕磨損較脆性膜要輕微。

（2）電化學(xué)腐蝕磨損—電化學(xué)腐蝕磨損由于涉及的因素較多，是一個(gè)比氧化磨損更為復(fù)雜的過(guò)程，根據(jù)電化學(xué)腐蝕磨損過(guò)程中材料被去除的特點(diǎn)，人們提出了機(jī)械去除模型和腐蝕去除模型。

在磨料作用下，材料表面膜局部被去除破壞，但隨即又重新形成新的表面膜。而磨料是均勻作用在真?zhèn)€材料表面上，當(dāng)任意一塊表面被磨料破壞了表面膜而裸露出金屬基體時(shí)，此處的腐蝕速度比有表面膜覆蓋的地方快得多，因此，在整個(gè)過(guò)程中，腐蝕磨損比純磨損對(duì)材料的破壞嚴(yán)重得多。圖4是具有碳化物多相結(jié)構(gòu)的高鉻鑄鐵發(fā)生晶間腐蝕的腐蝕磨損模型，由于碳化物的電極電位大大高于基體金屬的電極電位，因此在碳化物相組織和基體相之間將發(fā)生晶間腐蝕，之后材料在磨料或硬質(zhì)點(diǎn)機(jī)械作用下發(fā)生斷裂。

b）材料的腐蝕去除模型

隨磨損過(guò)程不斷進(jìn)行，塑性材料將發(fā)生強(qiáng)烈的塑性變形，主要集中在犁溝兩側(cè)隆起部位或沖蝕坑外緣，這些形變強(qiáng)烈區(qū)域具有較高的位錯(cuò)密度和腐蝕活性，成為陽(yáng)極，其他部位成為陰極，共同構(gòu)成“應(yīng)變差電池”。陽(yáng)極首先受到腐蝕破壞，之后在磨料的作用下，很容易形成“二次磨損”。

1.2 腐蝕磨損的研究背景和現(xiàn)狀

腐蝕磨損現(xiàn)象廣泛存在于石油、化工、煤礦、電力、冶金等工業(yè)領(lǐng)域的機(jī)械設(shè)備中，是造成材料損失和設(shè)備失效的主要原因之一。據(jù)報(bào)道，美國(guó)每年約有23萬(wàn)噸鋼材，全世界僅在選礦設(shè)備這一項(xiàng)就有45萬(wàn)噸鋼因腐蝕磨損而受到破壞，如同時(shí)考慮其它工業(yè)部門的腐蝕磨損，無(wú)疑是一個(gè)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

腐蝕磨損造成材料的加速損壞已經(jīng)引起了人們極大的關(guān)注和重視。但由于腐蝕磨損是一個(gè)物理、機(jī)械、化學(xué)和電化學(xué)作用的綜合作用，各種因素的影響錯(cuò)綜復(fù)雜，這就給研究工作帶來(lái)了極大的困難，近幾十年來(lái)人們不斷探索并就此問(wèn)題進(jìn)行了一些初步研究。

P.F.Weiser等人用CF-8鑄鐵在硫酸砂漿與單獨(dú)硫酸腐蝕和單獨(dú)濕磨料磨損條件下進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果表明，材料的腐蝕磨損速度是純腐蝕和純磨損速度之和的8-35倍。

K.Y.Kim等人用電化學(xué)方法研究了材料在腐蝕磨損條件下的腐蝕行為，發(fā)現(xiàn)磨料的機(jī)械作用使腐蝕速度增加了2-4個(gè)數(shù)量級(jí) 。

陳文革研究了M50NiL和16CrNi4Mo銅經(jīng)不同工藝熱處理對(duì)氣蝕和腐蝕性能的影響，結(jié)果表明兩種鋼抗氣蝕性能.佳的處理工藝都是低溫淬火加低溫回火。

張?zhí)斐?、姜曉霞等人測(cè)量了不同載荷下40Cr鋼和304不銹鋼在3.5%NaCl溶液中的腐蝕磨損率，用Tafel法和極化阻率法測(cè)定了靜態(tài)及磨損狀態(tài)下的腐蝕率，并用浸泡實(shí)驗(yàn)結(jié)果予以了修正。定量分析了兩種材料在溶液中的腐蝕磨損交互作用。

2.金屬的腐蝕磨損

2.1 腐蝕磨損機(jī)理

金屬腐蝕磨損機(jī)理的研究一直是人們爭(zhēng)議的焦點(diǎn)，早期人們提出的“表面膜機(jī)械去除模型”和“氫致磨損理論”并不能解釋腐蝕磨損材料流失形式中出現(xiàn)的各種問(wèn)題，之后人們都把腐蝕磨損機(jī)理的研究集中在金屬表面膜的性能、修復(fù)及再生速率上，但實(shí)際上表面膜破壞及修復(fù)的電化學(xué)研究結(jié)果也并不能圓滿的解釋腐蝕磨損的各種問(wèn)題。大量的實(shí)驗(yàn)和工程實(shí)踐逐漸使人們認(rèn)識(shí)到腐蝕磨損研究的核心應(yīng)該是腐蝕和磨損的交互作用（協(xié)同效應(yīng)），而不是表面膜的行為。