淺談金屬材料的空蝕研究進(jìn)展分析

摘 要：隨著社會(huì)的發(fā)展經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步，我國(guó)在各個(gè)領(lǐng)域上的發(fā)展都有著很大的提高，在科學(xué)技術(shù)水平不斷提高的同時(shí)它也帶動(dòng)了各個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)步，在新的時(shí)代背景下金屬材料在人們的生活中以各種形式得到了廣泛的的應(yīng)用，隨著時(shí)間的推移人們?cè)诮饘俨牧系目瘴g方面上的研究得到了很大的進(jìn)展。文章主要是對(duì)于金屬材料的空蝕機(jī)理及影響金屬材料空蝕的因素進(jìn)行分析探討，并對(duì)當(dāng)下的抗空蝕金屬材料的應(yīng)用加以說(shuō)明。

關(guān)鍵詞：金屬材料；空蝕；進(jìn)展分析

引言

所謂的空蝕就是氣蝕也稱(chēng)作穴蝕，它主要是流體在高速的流動(dòng)以及壓力的變化情況下與流體所接觸的金屬表面上發(fā)生的洞穴狀的腐蝕破壞的現(xiàn)象。它主要是對(duì)金屬材料上的保護(hù)膜進(jìn)行破壞使得腐蝕的速度加快，其特征是在金屬材料的表面先形成眾多的小麻點(diǎn)而后慢慢的擴(kuò)大成洞穴。自從19世紀(jì)后期在螺旋槳的葉片上發(fā)現(xiàn)了空蝕的現(xiàn)象以后相關(guān)的理論研究就得到了很大程度上的發(fā)展。

1 金屬材料的空蝕機(jī)理

由于空蝕所涉及的方面比較的多，包括：化學(xué)腐蝕作用、電化學(xué)作用、熱效應(yīng)作用、沖擊波作用以及微射流作用等，損傷的機(jī)理相對(duì)來(lái)說(shuō)比較的復(fù)雜，對(duì)于不相同的實(shí)驗(yàn)材料以及不同的金屬材料所得到的結(jié)論往往也不同，下面對(duì)于普遍存在的空蝕機(jī)理進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明：

第一，沖擊波機(jī)理。它是由于液體內(nèi)的局部壓力變化所引起蒸汽泡的形成和生長(zhǎng)以及潰滅而致使空蝕的產(chǎn)生，在液體內(nèi)的靜壓力如果下降到同一溫度下液體的蒸汽壓時(shí)，就會(huì)有大量的氣泡產(chǎn)生，當(dāng)氣泡到達(dá)了高壓位置的時(shí)候氣泡就會(huì)隨之潰滅，而后就會(huì)使得氣泡內(nèi)的勢(shì)能就會(huì)隨之轉(zhuǎn)變成內(nèi)流體的動(dòng)能形式形成沖擊波，當(dāng)這種沖擊波經(jīng)過(guò)過(guò)流部件的時(shí)候就會(huì)在其表面產(chǎn)生脈沖式以及應(yīng)力脈沖式的局部的塑性變形，嚴(yán)重的還會(huì)產(chǎn)生加工硬化的情況，當(dāng)流體的沖擊波經(jīng)過(guò)反復(fù)的作業(yè)后就會(huì)在過(guò)流部件的表面形成空蝕坑[1]。

第二，微射流機(jī)理。它是由于在液體中壓力得到降低從而產(chǎn)生了大量的氣泡，這些氣泡在和過(guò)流部件的邊壁進(jìn)行接觸的時(shí)候由于氣泡的不規(guī)則所以在潰滅時(shí)速度上就會(huì)不同，對(duì)于遠(yuǎn)離壁面的氣泡壁會(huì)比較早的潰滅，反之則較晚潰滅，從而形成了向壁微射流，它可以在比較短的時(shí)間內(nèi)就能夠?qū)饘俨牧系谋砻孢M(jìn)行定向的沖擊，而它產(chǎn)生的應(yīng)力和“水錘”的作用一樣[2]。

第三，熱效應(yīng)機(jī)理。當(dāng)氣泡潰滅會(huì)產(chǎn)生很高的氣體溫度，這一高溫作用到過(guò)流部件時(shí)會(huì)在金屬材料的表面發(fā)生相變或者是其它的現(xiàn)象，當(dāng)達(dá)到一定的熔點(diǎn)時(shí)就會(huì)使其熔化，在其表面的張力作用下凝固成球狀物同時(shí)在空蝕坑內(nèi)經(jīng)過(guò)了漩渦水流的力研磨成一個(gè)光滑的球體。

第四，化學(xué)腐蝕機(jī)理。通常來(lái)說(shuō)它與沖擊波機(jī)理和微射流機(jī)理是相互促進(jìn)的，空蝕與腐蝕相互的加速，當(dāng)兩者進(jìn)行結(jié)合的時(shí)候?qū)τ诮饘俨牧系谋砻婢蜁?huì)造成嚴(yán)重的破壞效果。

第五，電化學(xué)機(jī)理。它是在空蝕的過(guò)程當(dāng)中由于局部的高溫在金屬中形成了熱電偶以及為電池從而引起了金屬材料的電化學(xué)腐蝕。在空蝕的過(guò)程中金屬材料表面存在著空蝕區(qū)和非空蝕區(qū)的電偶作用，從而形成了電化學(xué)電偶電池加強(qiáng)了氣泡潰滅對(duì)于金屬材料的局部力學(xué)破壞，由于表面塑性變形在金屬材料的表面就形成了腐蝕電偶作用。

2 影響金屬材料的空蝕因素

空蝕問(wèn)題是一個(gè)較為復(fù)雜的問(wèn)題，在影響因素上也比較多，當(dāng)下較為常見(jiàn)的因素主要表現(xiàn)在。

其一在金屬材料的硬度上表面狀態(tài)以及加工的硬化的影響因素，在同類(lèi)的金屬材料上表面的硬度愈高所加工的硬化指數(shù)就高，抗空蝕性以及表面的光潔度也就愈高；其二就是金屬材料抗疲勞的影響因素，金屬材料的抗疲勞性能愈高其自身的抗空蝕能力就愈強(qiáng)；其三是晶粒尺寸的影響因素，晶粒尺寸愈小金屬材料的抗空蝕性能就愈高；其四是水質(zhì)方面的影響因素，水質(zhì)的PH值和純凈度以及電解質(zhì)濃度對(duì)于空蝕的性能都有影響；其五就是溫度的影響因素，溫度的不同對(duì)于金屬材料的性能也會(huì)產(chǎn)生不同的作用；其六就是第二影響因素固相顆粒對(duì)于空蝕有著促進(jìn)的作用；另外，繞流物體的尺寸對(duì)于空蝕也會(huì)有影響，尺寸愈大破壞也就愈嚴(yán)重[3]。

3 抗空蝕金屬材料在生活中的應(yīng)用

隨著我國(guó)科技的迅速發(fā)展，抗空蝕的金屬材料在生活中得到了廣泛的應(yīng)用，在金屬方面主要是金屬表面涂層材料。以艦船螺旋槳為例，其主要的金屬材料是鋁青銅的抗空蝕材料，在當(dāng)前主要是用鎳青銅鋁為主，艦船的螺旋槳是艦船驅(qū)動(dòng)的一個(gè)非常重要的部件，它的空蝕對(duì)于未來(lái)的艦船發(fā)展都會(huì)產(chǎn)生非常大的影響，我國(guó)研制的高強(qiáng)超空泡鈦合金于水翼快艇螺旋槳上得到了應(yīng)用，對(duì)于這些材料加以應(yīng)用在其部件的使用壽命上得到了延長(zhǎng)；對(duì)于不銹鋼的金屬材料來(lái)說(shuō)價(jià)格相對(duì)來(lái)說(shuō)比較的昂貴，在廣泛應(yīng)用上受到了限制，故此在其表面進(jìn)行涂層可以有效的具有抗空蝕作用[4]。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)的科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，在金屬材料的抗空蝕方面的研究得到了進(jìn)一步的發(fā)展，空蝕是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的過(guò)程，我國(guó)在這方面還沒(méi)有得到一個(gè)完善的理論以及空蝕物理模型，僅僅是依靠著材料來(lái)進(jìn)行研究是不夠的，要進(jìn)行多方面的總結(jié)和實(shí)際的考察，把不同的學(xué)科與之結(jié)合起來(lái)詳細(xì)的對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析，這樣對(duì)于件數(shù)材料的空蝕研究的發(fā)展會(huì)有很好地促進(jìn)意義。

參考文獻(xiàn)

[1]駱超，吳建華，吳瑜.金屬材料空蝕試驗(yàn)方法研究進(jìn)展[J].水利水電科技進(jìn)展，2012（5）：09-10.

[2]駱?biāo)卣?，鄭玉貴，姜?jiǎng)倮?，?1Cr18Mn14N雙相不銹鋼在腐蝕介質(zhì)中的抗空蝕性能[J].腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)，2011（6）：30-31.

[3]柳偉，鄭玉貴，姚治銘，等.激光熔敷鈷合金涂層的抗空蝕和沖刷磨損性能[J].材料保護(hù)，2012（3）：19-20.

[4]徐桂芳，秦敏明，雷玉成，等.新型Cr-Ni-Mo和Cr-Ni-Co堆焊合金空蝕性能[J].稀有金屬材料與工程，2011（9）：13-14.

作者簡(jiǎn)介：湯大友，男，新疆烏魯木齊人，工作單位：中石油西部管道分公司，職務(wù)：助理工程師。