大型養(yǎng)路機(jī)械主要腐蝕形式及預(yù)防

摘 要：提出大型養(yǎng)路機(jī)械的主要腐蝕形式是點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕，大型養(yǎng)路機(jī)械金屬腐蝕環(huán)境主要是大氣、水，并提出主要腐蝕形式不是孤立的，有可能同時(shí)或先后發(fā)生的?？梢酝ㄟ^(guò)擦拭、隔離、使用緩蝕劑的辦法進(jìn)行預(yù)防，可以避免或減緩金屬腐蝕的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：大型養(yǎng)路機(jī)械;金屬腐蝕;腐蝕環(huán)境;點(diǎn)蝕;縫隙腐蝕;應(yīng)力腐蝕

引 言

大型養(yǎng)路機(jī)械是當(dāng)前鐵路主要大中修、維修的主要設(shè)備，其性能好壞直接決定鐵路線路的質(zhì)量。大型養(yǎng)路機(jī)械金屬腐蝕是一種常見的失效形式，金屬腐蝕分為全面腐蝕和局部腐蝕。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，大型養(yǎng)路機(jī)械中大部分為局部腐蝕，局部腐蝕又分為點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕等。機(jī)械腐蝕造成的金屬質(zhì)量損失很小，但是由于腐蝕造成裂紋、穿孔破壞等造成設(shè)備裝置失效、液體介質(zhì)泄露等嚴(yán)重后果。因此分析大型養(yǎng)路機(jī)械的腐蝕形式及原因，找到預(yù)防措施，減輕或避免機(jī)械腐蝕具有實(shí)踐指導(dǎo)意義。大型養(yǎng)路機(jī)械的主要腐蝕形式是點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕。

1 大型養(yǎng)路機(jī)械主要腐蝕形式

1.1點(diǎn)蝕

點(diǎn)蝕也稱孔蝕，是一種腐蝕集中在距金屬表面幾十微米范圍內(nèi)并向縱深發(fā)展的腐蝕形式。點(diǎn)蝕是最為常見的一種局部腐蝕形式，引發(fā)點(diǎn)蝕的原因是多方面的，包括外因和內(nèi)因[1]。外因主要集中于對(duì)點(diǎn)蝕起促進(jìn)的作用的陰離子如Cl-。由于金屬鈍化膜的不均性，Cl-常常富集于金屬鈍化膜相對(duì)比較薄弱的地方，該處金屬就會(huì)吸附較多氯離子，因而生成金屬氯化物或復(fù)鹽，金屬離子水解，使得局部pH值降低。作為去極化劑的物質(zhì)有兩種：一種是水中的氫離子;另一種是空氣中的氧氣，在點(diǎn)蝕初期以氧氣在產(chǎn)生點(diǎn)蝕的外側(cè)發(fā)生陰極反應(yīng)作為去極化劑，而后期則主要以氫離子在點(diǎn)蝕孔內(nèi)部發(fā)生陰極反應(yīng)作為去極化劑。內(nèi)因主要是鋼材本身成分的影響，張弛等[2]研究了硫化物的尺寸對(duì)點(diǎn)蝕的影響，認(rèn)為鋼中硫化物夾雜尺寸對(duì)點(diǎn)蝕的誘發(fā)存在一個(gè)臨界尺寸，大于臨界尺寸，點(diǎn)蝕點(diǎn)位隨著硫化物夾雜平均尺寸的減少而提高，小于臨界尺寸則點(diǎn)蝕點(diǎn)位隨著硫化物夾雜平均尺寸的減少而降低。陳學(xué)群等[3]認(rèn)為鋼中夾雜物對(duì)于其點(diǎn)蝕具有誘發(fā)作用。他們指出，鋼中夾雜物處的鈍化膜較其他地方不完整，當(dāng)銅浸在中性溶液中很快產(chǎn)生鈍化膜，使得表面最初電位高于點(diǎn)蝕電位，由于該處的鈍化膜的不完整性就使其成為點(diǎn)蝕的誘發(fā)點(diǎn)。點(diǎn)蝕也往往是絕大多數(shù)裂紋的起源，而在一般的斷裂問(wèn)題中會(huì)將點(diǎn)蝕當(dāng)表面裂紋的一部分，而忽略掉點(diǎn)蝕幾何形狀對(duì)裂紋相關(guān)參數(shù)的影響。 陳超核[1]以半圓形的點(diǎn)蝕和半圓形裂紋為例，利用虛擬裂紋閉合法計(jì)算裂紋應(yīng)變釋放率，考察在拉應(yīng)力的作用下，點(diǎn)蝕的幾何形狀與尺寸對(duì)裂紋應(yīng)變能釋放率的影響，結(jié)果表明，當(dāng)點(diǎn)蝕與表面裂紋的尺度相近時(shí)，點(diǎn)蝕會(huì)在一定程度上使得裂紋應(yīng)變能釋放率變小。

搗固裝置夾持油缸發(fā)生多起點(diǎn)蝕穿孔導(dǎo)致漏油故障就是由于缸體本身存在夾雜物，誘發(fā)點(diǎn)蝕，蝕孔內(nèi)的液壓油在高壓擠壓下并發(fā)生高頻震蕩，加速的蝕孔的發(fā)展，造成油缸缸體穿孔。

點(diǎn)蝕的擴(kuò)展一般認(rèn)為是以自催化的機(jī)理進(jìn)行的。鋼鐵表面一旦萌生點(diǎn)蝕，它們就以自催化的機(jī)理進(jìn)行擴(kuò)展點(diǎn)蝕坑的擴(kuò)展。首先是表面金屬被氧化成金屬離子，為了維持電中性，氯離子不斷地遷移至腐蝕區(qū)內(nèi)部，形成金屬氯化物，金屬氯化物通過(guò)強(qiáng)酸弱堿鹽，產(chǎn)生水解作用生成氫離子，該處pH值下降，即使溶液本體pH值很高，甚至呈堿性，該處也可達(dá)到1～2，這就使得腐蝕加速進(jìn)行，而其周邊地區(qū)鈍化膜仍然存在，則腐蝕就向深處進(jìn)行，從而形成點(diǎn)蝕孔。搗固車中心銷在年修修檢查是發(fā)現(xiàn)多起點(diǎn)蝕現(xiàn)象（見圖1），從中心銷與車體接觸表面看，中心銷有磨損痕跡，造成表面鈍化膜破壞，點(diǎn)蝕孔則發(fā)生在鈍化膜薄弱的地方。

1.2 縫隙腐蝕。許多金屬構(gòu)件是由螺釘、鉚、焊等方式連接的，在這些連接件或焊接接頭缺陷處可能出現(xiàn)狹窄的縫隙，其縫寬（一般在0.025～0.1mm）足以使電解質(zhì)溶液進(jìn)入，使縫內(nèi)金屬與縫外金屬構(gòu)成短路原電池，并且在縫內(nèi)發(fā)生強(qiáng)烈的腐蝕，這種局部腐蝕稱為縫隙腐蝕。

縫隙腐蝕在大型養(yǎng)路機(jī)械中主要表現(xiàn)在構(gòu)件焊縫、構(gòu)件連接、漆皮剝離處均有發(fā)生縫隙腐蝕的可能性。特別是當(dāng)構(gòu)件表面漆皮脫落或開裂，外界潮濕空氣或水分侵入縫隙中，造成縫隙腐蝕，縫隙中再侵入過(guò)多的水分時(shí)，融入水分中的金屬氧化物會(huì)隨水分一起流出，造成表面臟污不易清理（如圖2）。

1.3 應(yīng)力腐蝕。金屬材料、機(jī)械零件或構(gòu)件在靜應(yīng)力（主要是拉應(yīng)力）和腐蝕的共同作用下產(chǎn)生的低應(yīng)力脆性斷裂稱為應(yīng)力腐蝕，不是金屬在應(yīng)力作用下的機(jī)械性破壞與在化學(xué)介質(zhì)作用下的腐蝕性破壞的迭加所造成的，而是在應(yīng)力和化學(xué)介質(zhì)的聯(lián)合作用下，按持有機(jī)理產(chǎn)生的斷裂。應(yīng)力腐蝕破裂是一種歷史久遠(yuǎn)并具有現(xiàn)代意義的現(xiàn)象，最早追溯到古青銅器的脆性破裂，人們開始注意和認(rèn)識(shí)應(yīng)力腐蝕是從19世紀(jì)下半葉開始，發(fā)現(xiàn)沖壓黃銅彈殼發(fā)生的季節(jié)性開裂和蒸汽機(jī)車鍋爐堿脆，20世紀(jì)以來(lái)，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)各種鋼和鋁合金在水質(zhì)環(huán)境以及潮濕大氣中的應(yīng)力破壞以及航天工業(yè)的鈦合金、原子能工業(yè)的鋯合金與鎳合金的應(yīng)力破裂問(wèn)題。大型養(yǎng)路機(jī)械中出現(xiàn)的搗固裝置提升油缸活塞桿斷裂、道岔?yè)v固車的起道油缸與起道鉤油缸活塞桿斷裂等也均屬于應(yīng)力腐蝕斷裂問(wèn)題（如圖3）。

目前一般認(rèn)為應(yīng)力腐蝕的發(fā)生需要三個(gè)條件：一是存在的應(yīng)力為拉應(yīng)力，二是特定的腐蝕環(huán)境，三是敏感的材料[4]。拉應(yīng)力主要表現(xiàn)在作業(yè)應(yīng)力，比如搗固裝置提升油缸活塞桿、起撥道裝置提升油缸活塞桿、清篩機(jī)上升下降導(dǎo)槽提升油缸等，提升工作裝置時(shí)承受強(qiáng)大的拉應(yīng)力，還有可能在制造時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力，比如焊接、安裝、壓力成型、鑄造等。特定的腐蝕環(huán)境是指一種合金在特定的腐蝕介質(zhì)中才會(huì)發(fā)生腐蝕破壞，比如低合金高強(qiáng)鋼在氯化物溶液、硫化氫、水、潮濕大氣中就容易發(fā)生腐蝕破壞。敏感性材料是發(fā)生應(yīng)力腐蝕的先決條件之一，同一合金鋼中的不同金屬元素的含量對(duì)應(yīng)力腐蝕破裂有顯著影響。

2 大型養(yǎng)路機(jī)械的腐蝕環(huán)境與各種腐蝕形式之間的關(guān)系

2.1 大型養(yǎng)路機(jī)械的腐蝕環(huán)境

大型養(yǎng)路機(jī)械主要接觸大氣、水。

大氣腐蝕環(huán)境分為三種情況：干大氣環(huán)境、潮大氣環(huán)境、濕大氣環(huán)境。干大氣環(huán)境下，金屬表面不能形成水膜，不會(huì)形成電化學(xué)腐蝕，而是化學(xué)腐蝕的常溫氧化;潮大氣環(huán)境下，金屬表面會(huì)形成一層肉眼看不到的水膜，已經(jīng)具備電解質(zhì)溶液的特點(diǎn)，屬于電化學(xué)腐蝕范疇;濕大氣環(huán)境下，金屬表面會(huì)形成明顯水膜，或雨水淋在金屬表面形成的水膜，和水溶液腐蝕沒有多大差別，可以按水環(huán)境腐蝕進(jìn)行討論。

水環(huán)境腐蝕是自然環(huán)境腐蝕中的重要類型。水環(huán)境下金屬腐蝕主要是氧去極化的電化學(xué)腐蝕過(guò)程。反應(yīng)過(guò)程如下（Me代表金屬元素）：

陽(yáng)極反應(yīng)：

陰極反應(yīng)：

水溶液中：

2.2 大型養(yǎng)路機(jī)械腐蝕形式之間的關(guān)系

金屬的腐蝕形式不是孤立的，在同一腐蝕環(huán)境下，各種腐蝕形式在一定條件下可能會(huì)同時(shí)或先后發(fā)生。大氣中的氯離子會(huì)在金屬鈍化膜薄弱的地方形成點(diǎn)蝕并向縱深發(fā)展形成點(diǎn)蝕坑，點(diǎn)蝕坑表面存在應(yīng)力產(chǎn)出點(diǎn)蝕裂紋，潮濕空氣或水分進(jìn)入裂紋會(huì)形成縫隙腐蝕，裂紋在拉應(yīng)力與腐蝕條件共同作用形成應(yīng)力腐蝕。

3 大型養(yǎng)路機(jī)械腐蝕的預(yù)防

金屬腐蝕的預(yù)防主要從改善金屬材料和腐蝕環(huán)境兩方面進(jìn)行。大型養(yǎng)路機(jī)械在應(yīng)用中主要從改善腐蝕環(huán)境入手。

3.1 及時(shí)清除設(shè)備表面的灰塵、油泥。設(shè)備表面臟污不僅影響設(shè)備美觀，而且還會(huì)吸附潮濕空氣中的水和陰離子，引發(fā)金屬腐蝕。

3.2 及時(shí)擦拭設(shè)備表面的水、積雪等。設(shè)備在雨后表面會(huì)有水膜，雪后會(huì)有積雪，及時(shí)擦拭，保持設(shè)備表面干燥，會(huì)防止表面形成原電池反應(yīng)造成設(shè)備腐蝕。

3.3 漆面損壞及時(shí)補(bǔ)漆。漆面起到隔離大氣腐蝕的作用。漆面脫落、開裂，都會(huì)造成金屬腐蝕，漆面脫落金屬表面曝露在大氣中，引發(fā)金屬全面腐蝕，漆面開裂會(huì)造成金屬縫隙腐蝕。

3.4 使用緩蝕劑。緩蝕劑主要通過(guò)金屬表面形成一層膜對(duì)金屬進(jìn)行保護(hù)，具有極性基因，可被金屬表面電荷吸附，在整個(gè)陽(yáng)極和陰極區(qū)域形成一層單分子膜，從而阻止或減緩電化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生;同時(shí)含有親水基和憎水基，在金屬表面形成一層憎水膜，保護(hù)金屬表面不被水腐蝕;是金屬形成絡(luò)合物，在表面成膜，從而對(duì)金屬進(jìn)行保護(hù)。

結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)大型養(yǎng)路機(jī)械應(yīng)用中主要存在的金屬腐蝕的闡述，了解金屬腐蝕的基本機(jī)理，并對(duì)大型養(yǎng)路機(jī)械的主要金屬腐蝕環(huán)境進(jìn)行了分析，提出大型養(yǎng)路機(jī)械金屬腐蝕的預(yù)防措施，為大型養(yǎng)路機(jī)械金屬防腐提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 雷永永、田宏玉. 金屬點(diǎn)蝕行為綜述. 北京：全面腐蝕控制，2016.8

[2] 張弛、張雙杰. 硫化物夾雜對(duì)鋼點(diǎn)蝕行為的影響. 北京：金屬熱處理，2016.9

[3] 陳超核，姚漢文. 點(diǎn)蝕坑對(duì)表面裂紋的影響. 吉林：吉林師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2016.5

[4] 黃永昌，張建旗主編. 現(xiàn)代材料腐蝕與防護(hù). 上海：上海交通大學(xué)出版社，2012.9

作者簡(jiǎn)介：郭建良，男，44歲，在中國(guó)神華軌道機(jī)械化維護(hù)分公司肅寧工務(wù)機(jī)械段工作，職務(wù)：三級(jí)師，職稱：高級(jí)工程師，1998年畢業(yè)于長(zhǎng)沙鐵道學(xué)院，起重運(yùn)輸與工程機(jī)械專業(yè)。