第3章 船機(jī)零件腐蝕

第三章船機(jī)零件的腐蝕第三章船機(jī)零件的腐蝕概述1、定義：金屬與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)作用、或電化學(xué)作用或物理溶解而產(chǎn)生的破壞和變質(zhì)，稱為腐蝕。2、危害：破壞：形狀、尺寸變化；變質(zhì)：晶體結(jié)構(gòu)、理化性能、機(jī)械性能的變化。腐蝕是現(xiàn)代工業(yè)中一個(gè)極為有害的破壞因素。全世界每年鋼產(chǎn)量的10%左右因腐蝕而浪費(fèi)。一、腐蝕的概念第三章船機(jī)零件的腐蝕3、特點(diǎn)：（1）外部介質(zhì)（氣、液、固）的作用；（2）發(fā)生在金屬與介質(zhì)的界面上，即從零件的表面開始，向內(nèi)部擴(kuò)展。（3）腐蝕有一個(gè)過程，是漸進(jìn)性的。4、實(shí)例：腐蝕是一種重要的故障模式。在船舶上的危害也很嚴(yán)重。例如：（1）管道的化學(xué)腐蝕（2）缸套和缸蓋冷卻水腔的電化學(xué)腐蝕；（3）活塞頂部與排氣閥閥面的高溫腐蝕；（4）缸套外圓表面與漿葉的穴蝕；（5）柴油機(jī)排氣閥上因局部腐蝕而形成麻點(diǎn)或或凹坑。一、腐蝕的概念概述（1）金屬比其化合物具有更高的自由能。金屬腐蝕是使金屬恢復(fù)自然，金屬釋放能量回到熱力學(xué)上更穩(wěn)定的自然存在形式（化合物狀態(tài)），即金屬從金屬狀態(tài)自發(fā)地變?yōu)殡x子狀態(tài)，生成氧化物、硫化物等。（2）腐蝕是個(gè)自由能降低的過程，是個(gè)自發(fā)過程，是個(gè)與冶煉過程相反的過程。（3）與其它故障模式的區(qū)別：磨損、斷裂等需要消耗有用功，而腐蝕不同，它不需要外界輸入能量，是一個(gè)釋放能量的過程。（4）有些金屬在適當(dāng)?shù)臈l件下可發(fā)生鈍化，生成致密的保護(hù)膜。二、腐蝕過程概述1．按腐蝕過程特的點(diǎn)分類化學(xué)腐蝕：無電流產(chǎn)生；電化學(xué)腐蝕：有電流產(chǎn)生。2．按腐蝕表面特征分類（1）全面腐蝕：腐蝕發(fā)生于整個(gè)表面上。一般為全面不均勻腐蝕。如：船體鋼板的全面不均勻腐蝕。（2）局部腐蝕：集中在局部區(qū)域。局部腐蝕較多，危害比全面腐蝕嚴(yán)重，往往會(huì)造成應(yīng)力集中，導(dǎo)致突然破壞。三、腐蝕的分類概述常見的金屬腐蝕有化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕和穴蝕。在均勻腐蝕條件下，表示金屬腐蝕速度的指標(biāo)有：重量指標(biāo)、深度指標(biāo)、容量指標(biāo)和電阻性能指標(biāo)等。1．重量指標(biāo)定義：將金屬零件因腐蝕造成的重量變化換算成相當(dāng)于零件單位表面積在單位時(shí)間內(nèi)的質(zhì)量變化值。單位為g/（m2?h）。種類：分為增重腐蝕速度V＋和失重（或減重）腐蝕速度V-兩種。增重腐蝕速度——不清除表面腐蝕產(chǎn)物時(shí)零件重量的增加速度；失重腐蝕速度——清除表面腐蝕產(chǎn)物后，零件重量的減小速度。四、金屬的腐蝕速度概述2．深度指標(biāo)定義：把腐蝕后深度的減少量以線量單位表示，并換算成為相當(dāng)于單位時(shí)間的數(shù)值。工程上多用構(gòu)件的腐蝕深度或減薄程度來衡量其壽命。此法適用于衡量密度不同的金屬的腐蝕程度。3．電阻性能指標(biāo)定義：用零件腐蝕前后的電阻變化率表示腐蝕速度。特點(diǎn)：測量電阻時(shí)不需要清除腐蝕產(chǎn)物，對(duì)零件金屬無影響。適用于薄和細(xì)的零件。四、金屬的腐蝕速度一、化學(xué)腐蝕概念定義：金屬與周圍介質(zhì)（非電解質(zhì)）直接發(fā)生化學(xué)作用而引起的破壞。特點(diǎn)：腐蝕過程不產(chǎn)生電流。氧化膜對(duì)腐蝕的程度有很大影響。實(shí)際生產(chǎn)中純化學(xué)腐蝕的現(xiàn)象較少。分類：化學(xué)腐蝕分為氣體腐蝕和有機(jī)介質(zhì)腐蝕。§3.1化學(xué)腐蝕一、化學(xué)腐蝕概念§3.1化學(xué)腐蝕1、氣體腐蝕定義：金屬在干燥氣體中或高溫氣體中發(fā)生的腐蝕。金屬與介質(zhì)中的氧化劑直接作用會(huì)在表面生成氧化物薄膜（腐蝕產(chǎn)物），金屬是否繼續(xù)被氧化，取決于氧化物薄膜的結(jié)構(gòu)和與基本的結(jié)合強(qiáng)度。碳鋼零件在空氣中緩慢加熱時(shí)，當(dāng)溫度在560℃以下時(shí)，其氧化皮由Fe3O4和Fe2O3組成，結(jié)構(gòu)致密，與基體結(jié)合牢固，有良好的保護(hù)性；在560℃以上時(shí)，氧化膜中主要是FeO，其結(jié)構(gòu)疏松，與基體結(jié)合不牢，原子容易穿過氧化膜使金屬繼續(xù)被氧化，達(dá)到一定厚度后脫落。

2、有機(jī)介質(zhì)腐蝕定義：金屬在不導(dǎo)電的非電解質(zhì)介質(zhì)中發(fā)生的腐蝕。例子：鋁在四氯化碳、三氯甲烷或乙醇中的腐蝕；鎂或鈦在甲醇中的腐蝕。定義：燃燒室組件與燃?xì)庵械牡腿埸c(diǎn)灰分直接接觸，在高溫下發(fā)生化學(xué)作用使零件表面受到破壞的化學(xué)腐蝕，稱為高溫腐蝕或釩腐蝕。柴油機(jī)中易產(chǎn)生高溫腐蝕的機(jī)件包括：氣缸蓋、排氣閥、氣缸套和活塞組件。高溫腐蝕的機(jī)理：柴油機(jī)燃用重油時(shí)，含有V、Na、S的化合物，燃燒后生成的化合物（V2O5、Na2SO4等）具有較低的熔點(diǎn)（500～800℃）。當(dāng)燃燒室溫度在5500C以上時(shí)，促使釩、鈉化合物處于熔化或軟化狀態(tài)附著在零件表面，酸性氧化物V2O5使零件表面上的氧化膜溶解，使裸露的金屬基體不斷被腐蝕。典型例子：柴油機(jī)排氣閥盤面燒成孔洞。二、柴油機(jī)零件的化學(xué)腐蝕§3.1化學(xué)腐蝕1．高溫腐蝕高溫腐蝕發(fā)生的條件和灰分的影響柴油機(jī)燃用重油只是發(fā)生高溫腐蝕的條件之一，燃用重油并不一定會(huì)發(fā)生高溫腐蝕。發(fā)生高溫腐蝕的條件是：燃用重油且零件溫度在5500以上，具有使釩、鈉化合物熔化的條件?；曳值挠绊?；灰分的成分主要影響高溫腐蝕的速度。當(dāng)燃油中的釩與鈉含量比值為3.3:1時(shí)，釩鈉化合物熔點(diǎn)最低（約為3700C），灰分非常易熔，腐蝕速度急劇增加。鈉的主要來源之一是海水滲入，當(dāng)混入燃油體積1%的海水時(shí)，燃油中的鈉含量可增加100ppm。二、柴油機(jī)零件的化學(xué)腐蝕§3.1化學(xué)腐蝕定義；柴油機(jī)燃?xì)庵械腟O2、SO3和水蒸氣在工件溫度低于硫酸的露點(diǎn)（175℃）時(shí)，會(huì)在工件的表面生成亞硫酸或硫酸，從而造成零件的化學(xué)腐蝕。柴油機(jī)中易產(chǎn)生高溫腐蝕的機(jī)件包括：氣缸套內(nèi)表面、廢氣渦輪增壓器殼體、排氣閥桿下端、排氣煙道和廢氣鍋爐等。特點(diǎn)：金屬壁面溫度低于硫酸露點(diǎn)20~300C時(shí)，低溫腐蝕最嚴(yán)重。柴油機(jī)燃?xì)庵械牧蛩崧饵c(diǎn)的臨界溫度主要取決于燃油硫含量和壓力。防止低溫腐蝕的措施適當(dāng)提高冷卻水溫度，使壁面溫度>露點(diǎn)選用燃油量控制硫含量（加入堿性氣缸油）。2、低溫腐蝕§3.1化學(xué)腐蝕三、防止化學(xué)腐蝕的方法1．選用耐蝕性好的材料

如對(duì)排氣閥選用高鎳合金鋼（4Cr14Ni14W2Mo），生成致密的氧化膜，起動(dòng)鈍化作用。一般說來：在還原性介質(zhì)中，選用含Ni、Cu及其合金；在氧化性介質(zhì)中，選用含Cr的合金；在極強(qiáng)的氧化性介質(zhì)中，選用含Ti的合金2．在零件的表面覆蓋保護(hù)膜

如鍍鋅、鍍錫、發(fā)藍(lán)處理等，或覆蓋一層抗高溫腐蝕性好的合金。3．加強(qiáng)燃燒室零件的冷卻，使零件溫度在550℃以下。4．選用含（S％、V%、Na%）較少的燃油，防止排煙溫度過度。5、改進(jìn)設(shè)計(jì)；如采用組合式活塞、采用循環(huán)水冷卻閥座等?！?.1化學(xué)腐蝕定義：電化學(xué)腐蝕——金屬表面與離子導(dǎo)電的電解介質(zhì)溶液發(fā)生電化學(xué)作用而產(chǎn)生破壞特點(diǎn)：電化學(xué)腐蝕過程中有電流產(chǎn)生。是電化學(xué)腐蝕是最常見的腐蝕形式在大氣、濕空氣、海水、土壤、酸堿、鹽溶液中均能發(fā)生電化學(xué)腐蝕。種類：全面腐蝕和局部腐蝕一、概述§3-2電化學(xué)腐蝕局部電化學(xué)腐蝕的種類點(diǎn)狀腐蝕——金屬表面局部產(chǎn)生孔徑不一、彼此孤立或集中在一起的小孔。晶間腐蝕——腐蝕發(fā)生金屬晶界上，使晶粒結(jié)合力下降或喪失，不易發(fā)現(xiàn)，易產(chǎn)生突然破壞，危害性大。電偶腐蝕——異金屬同在電解質(zhì)溶液中使電位低的陽極發(fā)生腐蝕。應(yīng)力腐蝕——金屬在拉應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)共同作用下的破壞。腐蝕疲勞——金屬在交變應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)共同作用下的破壞。選擇性腐蝕——合金中某些元素在腐蝕介質(zhì)中優(yōu)先被溶解的破壞?？p隙腐蝕——因接觸面間的縫隙不大，與電解質(zhì)接觸時(shí)產(chǎn)生不同電位而發(fā)生腐蝕剝層腐蝕——金屬在腐蝕介質(zhì)中沿與表面平行的晶界進(jìn)行腐蝕，腐蝕產(chǎn)物呈層狀或片狀從金屬表面脫落，一般發(fā)生在型材和板材上。一、概述§3-2電化學(xué)腐蝕二、電化學(xué)腐蝕原理§3-2電化學(xué)腐蝕1、電化學(xué)腐蝕的原理金屬在電解質(zhì)溶液中發(fā)生電化學(xué)腐蝕的原理為電池原理形成腐蝕電池的基本條件是：電解質(zhì)溶液；有陰、陽兩個(gè)電極且在同一溶液中；

陰陽兩極間產(chǎn)生電流。陽極反應(yīng)：失去電子，放電，發(fā)生氧化反應(yīng)，電位低，被腐蝕；陰極反應(yīng)：得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)，電位高，受到保護(hù)。2、腐蝕電池的種類在電化學(xué)腐蝕中，腐蝕電池起著重要作用。按構(gòu)成腐蝕電池的電極大小不同，可將腐蝕電池分為宏觀腐蝕電池和微觀腐蝕電池。（1）宏觀腐蝕電池——肉眼可見電極構(gòu)成的宏觀大電池。常見的有異金屬接觸電池和濃差電池兩種。A．異金屬接觸電池——兩種不同電位的金屬或合金相互接觸（直接接觸或用導(dǎo)線連接），并處于同一電解質(zhì)溶液中，使電位較低的金屬受到腐蝕的現(xiàn)象。又稱電偶腐蝕。特點(diǎn)；兩種金屬的電極電位差越大，電偶腐蝕越嚴(yán)重。例子：螺旋槳與尾軸組成的電池，尾軸被腐蝕；冷凝器中的碳鋼殼體與黃銅管構(gòu)成的電池?！?-2電化學(xué)腐蝕2、腐蝕電池的種類B．濃差電池——同一金屬的不同部位與濃度或溫度不同的介質(zhì)接觸形成的腐蝕電池，造成局部腐蝕。常見的有氧濃差電池、溫差電池、鹽濃差電池等。金屬與含氧量不同的介質(zhì)接觸。在氧濃度較低處金屬的電極電位較低為陽極，在氧濃度較高處金屬的電極電位較高為陰極，從而構(gòu)成氧濃度差電池，陽極區(qū)的金屬遭到腐蝕。例如鐵棒埋于土壤中，因土壤深度不同含氧量不同，故在鐵棒埋得最深部位的金屬腐蝕最嚴(yán)重。一根長銅棒，兩端分別插入稀濃硫酸銅溶液中，稀硫酸銅溶液中的棒端電極電位較低，為陽極遭到腐蝕。浸于電解質(zhì)溶液中的金屬，其不同部位處于不同溫度時(shí)構(gòu)成的電池為溫差電池。例如換熱器的高溫端比低溫端腐蝕嚴(yán)重。高溫端的電極電位比低溫端低，為陽極?！?-2電化學(xué)腐蝕（2）微觀電池定義：指零件金屬表面由于電化學(xué)不均勻性構(gòu)成許多微電池。引起金屬電化學(xué)不均勻的原因是微觀不均勻性，包括化學(xué)成分不均（偏析、夾雜等，在鑄鐵中，C為陰極，F(xiàn)e為陽極被腐蝕）。金屬組織不均（不同的組織，晶體缺陷，具有不同的電極電位，如F與Fe3C）物理性質(zhì)不均（如冷熱加工后受力狀態(tài)不均，應(yīng)力大和變形大的部位電極電位