磨損腐蝕(erosion corrosion)即沖蝕磨損,是由于腐蝕介質(zhì)與金屬表面間的相對運(yùn)動引起的金屬加速破壞和腐蝕。金屬材料的磨損腐蝕涉及材料學(xué)、腐蝕電化學(xué)、流體力學(xué)和傳遞過程等多學(xué)科交叉的一個(gè)研究領(lǐng)域。
金屬在流動的含有固體粒子的流體中做相對運(yùn)動時(shí),其磨損腐蝕的總失重增大是由于電化學(xué)腐蝕與機(jī)械磨耗之間的協(xié)同效應(yīng)所致。
影響磨損腐蝕的因素主要是材料因素和環(huán)境因素。
首先,材料應(yīng)具有好的加工硬化能力。雙相不銹鋼要注意其加入元素的合理分配,以獲得盡可能低的層錯(cuò)能。層錯(cuò)能是影響鋼變形行為的重要指標(biāo),低的層錯(cuò)能意味著材料變形時(shí)不易產(chǎn)生交叉滑移,提高了加工硬化能力,從而增強(qiáng)其耐磨能力。降低奧氏體層錯(cuò)能的合金元素,如硅、錳、氮、鈷等能提高其耐磨損腐蝕能力,而鎳、鉬是增加奧氏體層錯(cuò)能的元素,鋼中過高的鎳不利于鋼的耐磨損腐蝕。0已開發(fā)出含鈷、硅的耐磨損腐蝕的雙相不銹鋼,但鈷是貴重元素,影響其實(shí)際應(yīng)用。將奧氏體鋼06Cr19Ni10、鐵素體鋼Cr30(0.08%C、29%Cr、1%Si、1%Mn)和雙相鋼(0.06%C、26%Cr、5%Ni、2%Mo、3%Cu、1%Si、1%Mn)在某些介質(zhì)中和不同載荷下進(jìn)行磨蝕性對比,低鎳的雙相不銹鋼具有比較高的耐磨蝕能力。
可以依靠材料析出硬度高的第二相,使其在磨蝕過程中起承受載荷、防止黏著和阻擋犁削的作用,有利于提高其抗磨蝕性能。但這種第二相應(yīng)是陰極性弱的導(dǎo)體,如一些金屬間化合物,對材料的耐蝕性影響不大。例如,在U50(022Cr21Ni7Mo2CuN)鋼中,高溫固溶水冷后在600~700℃時(shí)效,發(fā)生α→Y2轉(zhuǎn)變,可在保持高強(qiáng)度和高硬度的同時(shí)提高鋼的塑韌性;也可以利用U50鋼在高溫階段析出的a相進(jìn)行強(qiáng)化,高溫短時(shí)析出的a相與低溫(350~500℃)析出的a相(475℃脆性)不同,其強(qiáng)化和脆化作用遠(yuǎn)不及475℃脆性明顯,可在強(qiáng)度增加的同時(shí)仍保持較高的韌性,這符合耐磨損腐蝕的需要。
環(huán)境因素主要是流速、溫度、流型、流體對金屬表面的剪切應(yīng)力、表面鈍化膜的性質(zhì)等。一般而言,隨流速增大,腐蝕速率也增大,溫度升高,磨損腐蝕加重。流體的流型分為層流和湍流。湍流使金屬表面液體攪動程度要比層流劇烈,腐蝕破壞更為嚴(yán)重。流體對金屬表面的剪切應(yīng)力是一個(gè)重要參數(shù),能使表面膜破壞造成磨損腐蝕。當(dāng)鈍化膜被表面剪切應(yīng)力破壞后,其磨損腐蝕能力主要取決于再鈍化的能力。