大型養(yǎng)路機械主要腐蝕形式及預防

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

關(guān)鍵詞：大型養(yǎng)路機械;金屬腐蝕;腐蝕環(huán)境;點蝕;縫隙腐蝕;應力腐蝕

引 言

大型養(yǎng)路機械是當前鐵路主要大中修、維修的主要設備，其性能好壞直接決定鐵路線路的質(zhì)量。大型養(yǎng)路機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，大型養(yǎng)路機械中大部分為局部腐蝕，局部腐蝕又分為點蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕、應力腐蝕等。機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、穿孔破壞等造成設備裝置失效、液體介質(zhì)泄露等嚴重后果。因此分析大型養(yǎng)路機械的腐蝕形式及原因，找到預防措施，減輕或避免機械腐蝕具有實踐指導意義。大型養(yǎng)路機械的主要腐蝕形式是點蝕、縫隙腐蝕、應力腐蝕。

1 大型養(yǎng)路機械主要腐蝕形式

1.1點蝕

點蝕也稱孔蝕，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。點蝕是最為常見的一種局部腐蝕形式，引發(fā)點蝕的原因是多方面的，包括外因和內(nèi)因[1]。外因主要集中于對點蝕起促進的作用的陰離子如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比較薄弱的地方，該處金屬就會吸附較多氯離子，因而生成金屬氯化物或復鹽，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，在點蝕初期以氧氣在產(chǎn)生點蝕的外側(cè)發(fā)生陰極反應作為去極化劑，而后期則主要以氫離子在點蝕孔內(nèi)部發(fā)生陰極反應作為去極化劑。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點蝕的影響，認為鋼中硫化物夾雜尺寸對點蝕的誘發(fā)存在一個臨界尺寸，大于臨界尺寸，點蝕點位隨著硫化物夾雜平均尺寸的減少而提高，小于臨界尺寸則點蝕點位隨著硫化物夾雜平均尺寸的減少而降低。陳學群等[3]認為鋼中夾雜物對于其點蝕具有誘發(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蝕電位，由于該處的鈍化膜的不完整性就使其成為點蝕的誘發(fā)點。點蝕也往往是絕大多數(shù)裂紋的起源，而在一般的斷裂問題中會將點蝕當表面裂紋的一部分，而忽略掉點蝕幾何形狀對裂紋相關(guān)參數(shù)的影響。 陳超核[1]以半圓形的點蝕和半圓形裂紋為例，利用虛擬裂紋閉合法計算裂紋應變釋放率，考察在拉應力的作用下，點蝕的幾何形狀與尺寸對裂紋應變能釋放率的影響，結(jié)果表明，當點蝕與表面裂紋的尺度相近時，點蝕會在一定程度上使得裂紋應變能釋放率變小。

搗固裝置夾持油缸發(fā)生多起點蝕穿孔導致漏油故障就是由于缸體本身存在夾雜物，誘發(fā)點蝕，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。

點蝕的擴展一般認為是以自催化的機理進行的。鋼鐵表面一旦萌生點蝕，它們就以自催化的機理進行擴展點蝕坑的擴展。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，金屬氯化物通過強酸弱堿鹽，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，該處也可達到1～2，這就使得腐蝕加速進行，而其周邊地區(qū)鈍化膜仍然存在，則腐蝕就向深處進行，從而形成點蝕孔。搗固車中心銷在年修修檢查是發(fā)現(xiàn)多起點蝕現(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，縫隙中再侵入過多的水分時，融入水分中的金屬氧化物會隨水分一起流出，造成表面臟污不易清理（如圖2）。

1.3 應力腐蝕。金屬材料、機械零件或構(gòu)件在靜應力（主要是拉應力）和腐蝕的共同作用下產(chǎn)生的低應力脆性斷裂稱為應力腐蝕，不是金屬在應力作用下的機械性破壞與在化學介質(zhì)作用下的腐蝕性破壞的迭加所造成的，而是在應力和化學介質(zhì)的聯(lián)合作用下，按持有機理產(chǎn)生的斷裂。應力腐蝕破裂是一種歷史久遠并具有現(xiàn)代意義的現(xiàn)象，最早追溯到古青銅器的脆性破裂，人們開始注意和認識應力腐蝕是從19世紀下半葉開始，發(fā)現(xiàn)沖壓黃銅彈殼發(fā)生的季節(jié)性開裂和蒸汽機車鍋爐堿脆，20世紀以來，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力破裂問題。大型養(yǎng)路機械中出現(xiàn)的搗固裝置提升油缸活塞桿斷裂、道岔搗固車的起道油缸與起道鉤油缸活塞桿斷裂等也均屬于應力腐蝕斷裂問題（如圖3）。

目前一般認為應力腐蝕的發(fā)生需要三個條件：一是存在的應力為拉應力，二是特定的腐蝕環(huán)境，三是敏感的材料[4]。拉應力主要表現(xiàn)在作業(yè)應力，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、清篩機上升下降導槽提升油缸等，提升工作裝置時承受強大的拉應力，還有可能在制造時產(chǎn)生的應力，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)中才會發(fā)生腐蝕破壞，比如低合金高強鋼在氯化物溶液、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應力腐蝕破裂有顯著影響。

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

2.1 大型養(yǎng)路機械的腐蝕環(huán)境

大型養(yǎng)路機械主要接觸大氣、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，不會形成電化學腐蝕，而是化學腐蝕的常溫氧化;潮大氣環(huán)境下，金屬表面會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，屬于電化學腐蝕范疇;濕大氣環(huán)境下，金屬表面會形成明顯水膜，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腐蝕過程。反應過程如下（Me代表金屬元素）：

陽極反應：

陰極反應：

水溶液中：

2.2 大型養(yǎng)路機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同時或先后發(fā)生。大氣中的氯離子會在金屬鈍化膜薄弱的地方形成點蝕并向縱深發(fā)展形成點蝕坑，點蝕坑表面存在應力產(chǎn)出點蝕裂紋，潮濕空氣或水分進入裂紋會形成縫隙腐蝕，裂紋在拉應力與腐蝕條件共同作用形成應力腐蝕。

3 大型養(yǎng)路機械腐蝕的預防

金屬腐蝕的預防主要從改善金屬材料和腐蝕環(huán)境兩方面進行。大型養(yǎng)路機械在應用中主要從改善腐蝕環(huán)境入手。

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

3.2 及時擦拭設備表面的水、積雪等。設備在雨后表面會有水膜，雪后會有積雪，及時擦拭，保持設備表面干燥，會防止表面形成原電池反應造成設備腐蝕。

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

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

結(jié)束語

通過對大型養(yǎng)路機械應用中主要存在的金屬腐蝕的闡述，了解金屬腐蝕的基本機理，并對大型養(yǎng)路機械的主要金屬腐蝕環(huán)境進行了分析，提出大型養(yǎng)路機械金屬腐蝕的預防措施，為大型養(yǎng)路機械金屬防腐提供參考。

參考文獻

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

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

[3] 陳超核，姚漢文. 點蝕坑對表面裂紋的影響. 吉林：吉林師范大學學報，2016.5

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

作者簡介：郭建良，男，44歲，在中國神華軌道機械化維護分公司肅寧工務機械段工作，職務：三級師，職稱：高級工程師，1998年畢業(yè)于長沙鐵道學院，起重運輸與工程機械專業(yè)。