機(jī)械工程材料腐蝕的危害及檢測方法

付秋林 王捷

摘要：由于機(jī)械制造的原材料、生產(chǎn)環(huán)境以及加工機(jī)械設(shè)計等客觀因素，往往會導(dǎo)致機(jī)械的腐蝕，這會嚴(yán)重影響到正常生產(chǎn)。有時輕微的腐蝕或者是材料的內(nèi)部遭到腐蝕，僅憑肉眼難以準(zhǔn)確判斷，如果只憑材料表面的顏色、質(zhì)地、觸感等方面粗略的判斷，難免會出現(xiàn)差錯，因此不得不借助其他一些更加嚴(yán)謹(jǐn)可靠的檢測方法來判斷材料的腐蝕情況。

關(guān)鍵詞：機(jī)械;腐蝕;檢測方法

1、腐蝕的形成和類型

各類材料都會趨近于某個低能量狀態(tài)并維持穩(wěn)定，金屬則主要通過金屬氧化物的途徑而實現(xiàn)，尤其是以金、銀為代表的各類貴重金屬，此類材料在自然環(huán)境的作用下便已經(jīng)保持氧化物的狀態(tài)，必須以極為復(fù)雜的方法才可從中提取金屬，當(dāng)金屬違背意愿回到“不潔凈”狀態(tài)時，便發(fā)生了腐蝕。從腐蝕的類型來看，主要有化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩類。依據(jù)腐蝕的現(xiàn)象進(jìn)行分類，具體可分為均勻腐蝕和材料某處的局部腐蝕。腐蝕的誘發(fā)因素錯綜復(fù)雜，對切削技工而言，各腐蝕類型中，最為常見的則是因生銹而產(chǎn)生的面腐蝕;在各類機(jī)械加工設(shè)備中，則以電化學(xué)腐蝕為主。

2、腐蝕的原因

金屬材料的腐蝕成因中，極為關(guān)鍵的則是電化學(xué)穩(wěn)定性，若電位值為負(fù)，材料所具有的穩(wěn)定性則偏低，其在負(fù)值越大的情況下不穩(wěn)定性則越強(qiáng)，金屬離子化更為明顯，導(dǎo)致材料發(fā)生明顯腐蝕。此外，金屬合金內(nèi)部各成分也會對材料的質(zhì)量造成影響，不同于單項合金材料的是，多項合金發(fā)生腐蝕的概率相對更高，原因在于各項的物化性質(zhì)存在較明顯的差異，在遇到電解液后產(chǎn)生的電位也有所不同。例如，在熱處理作用下，材料將出現(xiàn)多種金相組織，當(dāng)?shù)玫酱慊鹛幚砗螅黝惤M織均勻排列，此階段具備較強(qiáng)的耐腐蝕能力;但進(jìn)入到回火階段后，此過程中碳物質(zhì)的沉淀相析出量明顯增多，導(dǎo)致材料的耐腐蝕性發(fā)生明顯的衰退，若金屬表面缺乏平整性，此時發(fā)生腐蝕的概率將明顯加大。并且，金屬在加工階段將處于較極端的受冷或受熱環(huán)境中，對于非氧化性的酸性鹽類，此類性質(zhì)的物質(zhì)將更容易對金屬材料的穩(wěn)定性造成影響，使其發(fā)生明顯的腐蝕，這一現(xiàn)象明顯超過在堿性鹽類環(huán)境中。

3、金屬腐蝕性能的檢測

3.1直接觀察法

直接觀察法是最簡單的辦法，只需用雙眼觀察，憑借經(jīng)驗判斷。首先被腐蝕的物體表面會殘損不全，顏色也可能會發(fā)生變化，例如金屬遭到腐蝕生銹，產(chǎn)生三氧化二鐵，顏色呈紅棕色。

3.2無損檢測法

無損檢測法是利用瞬變電磁技術(shù)（TEM）進(jìn)行檢測的方法，可以在不開挖、不破壞防腐層、不影響管道正常運(yùn)行的情況下進(jìn)行檢測。它通過檢測管道的平均厚度，判斷管道內(nèi)部是否有異常增厚，以此來判斷管道內(nèi)是否出現(xiàn)腐蝕，原理是管壁厚度的不同會在瞬變響應(yīng)曲線上具有明顯的可分性。通常這種方法被應(yīng)用在石油、石化、燃?xì)?、電力、供水等方面的防腐檢測，從而降低工作人員檢測時發(fā)生意外的風(fēng)險，同時也比人工檢測更加準(zhǔn)確、快速、方便。它相較于直接觀察法，具有較高的精準(zhǔn)性、科學(xué)性，并且不會破壞材料的完整性，因此無損檢測法應(yīng)用相對較廣泛。

3.3在線監(jiān)測法

所謂在線監(jiān)測就是通過導(dǎo)線將設(shè)備連在需要檢測的器械上，利用軟測量的技術(shù)進(jìn)行實時監(jiān)控，這種方法雖然可以實時監(jiān)測、及時反饋、快速應(yīng)對，但一般不用于防腐檢測、在線監(jiān)測等。例如，檢測高溫、高壓、高粉塵。因為這些環(huán)境太過于苛刻，一不小心就會造成意外，難以保證檢測人員的人身財產(chǎn)安全。另外，人們也會利用在線監(jiān)測法對軸承狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)控，防止過載和過熱而發(fā)生危險。

3.4腐蝕介質(zhì)化學(xué)分析法

帶有腐蝕性的物質(zhì)和介質(zhì)都統(tǒng)稱為腐蝕介質(zhì)，而腐蝕介質(zhì)化學(xué)分析法就是對提取出的腐蝕介質(zhì)進(jìn)行分析。

3.5腐蝕產(chǎn)物分析法

大氣污染是加速大氣腐蝕的主要因素之一，腐蝕產(chǎn)物分析法應(yīng)用時，在腐蝕產(chǎn)物中檢測到大氣污染產(chǎn)物，如含氧化物、硫化物、粉塵等。通過腐蝕產(chǎn)物分析材料的腐蝕程度，可以知道影響材料腐蝕程度的物質(zhì)有哪些，以便對材料進(jìn)行優(yōu)化、革新。

4、機(jī)械金屬材料腐蝕問題的防治對策

4.1切削加工中腐蝕防護(hù)

顯然，潮濕空氣環(huán)境中金屬腐蝕概率較大，因此將兩者完全隔絕后則可以起到防腐蝕的效果，但從實際情況來看，生產(chǎn)中并不具備完全隔絕潮濕空氣的條件，更為妥當(dāng)?shù)氖潜M可能限制腐蝕，主要途徑有：（1）內(nèi)部保護(hù)：摻入耐腐蝕性能較好的合金元素，提高金屬材料自身的耐腐蝕能力。（2）外部保護(hù)：通過刷漆、增設(shè)金屬覆層的方式實現(xiàn)對材料外圍的防護(hù)，使材料隔絕空氣。

4.2對機(jī)械材料的自然適應(yīng)性的研究

要更好地解決機(jī)械金屬材料存在的自然性腐蝕問題，對其加以科學(xué)的防治，最關(guān)鍵的就是要針對機(jī)械金屬材料本身的性質(zhì)進(jìn)行自然適應(yīng)性的研究。首先是可以采取戶外暴露實驗的方法，對不同種類的機(jī)械金屬材料進(jìn)行戶外暴露，研究基礎(chǔ)材料與空氣、水分、溫度等長期接觸后所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，從而有效的評估不同種類材料在不同環(huán)境中的自然腐蝕程度，根據(jù)實驗結(jié)果來采取有效的防治措施。其次是為了彌補(bǔ)戶外暴露實驗周期性較長的不足，還可以借助實驗室研究的方法，對合成的機(jī)械技術(shù)材料的成分以及穩(wěn)定性進(jìn)行加速試驗，還可以采取實驗室模擬的方法，盡快的制定和完善相關(guān)資料，從而采取定期更換、添加防護(hù)涂層等方法來進(jìn)行抗腐蝕防護(hù)。

4.3采用新材料和涂層保護(hù)技術(shù)

對抗高溫腐蝕要解決好機(jī)械金屬材料容易發(fā)生的高溫腐蝕問題，就要從以下2個方面來進(jìn)行防治。首先就是加快對新型耐高溫機(jī)械金屬材料的研發(fā)與測試，目前在機(jī)械航天領(lǐng)域之中比較頻繁使用到的耐高溫材料大多是鎳基超合金，這一類材料能夠?qū)沟母邷貥O限為1100℃左右。為了突破這一極限，經(jīng)過科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，鈮基硅化物合金能夠?qū)沟淖罡邷囟仍?600℃左右，并且還能夠保證高溫運(yùn)轉(zhuǎn)與低溫?fù)p傷之間的平衡，因此要想更為有效的防治機(jī)械飛行器發(fā)動機(jī)的高溫腐蝕，就可以逐漸的采用鈮基硅化物合金來進(jìn)行發(fā)動機(jī)渦輪葉片的制作。其次除了在原材料上有所突破之外，還可以采用成本較低的涂層保護(hù)方法來對抗高溫腐蝕，比如采用等離子噴涂、硅化物噴涂等的方法來保護(hù)發(fā)動機(jī)的渦輪葉片，同時隨著科研技術(shù)的進(jìn)步，也已經(jīng)發(fā)明和生產(chǎn)了發(fā)動機(jī)專用涂層漿料。

4.4對機(jī)械材料的力學(xué)分析與檢測

要想盡可能的減少承重應(yīng)力對機(jī)械技術(shù)材料造成的腐蝕問題，還需要對機(jī)械技術(shù)材料進(jìn)行必要的力學(xué)分析和檢測。首先就是要針對機(jī)械金屬材料特殊性來制定和完善相應(yīng)的力學(xué)性能指標(biāo)，對不同種類的機(jī)械技術(shù)材料表現(xiàn)在強(qiáng)度、塑性以及彈性等方面的力學(xué)特性進(jìn)行明確和劃分。其次就是要通過拉伸實驗的方法來測定基礎(chǔ)材料的力學(xué)性能，通過比例計算、定標(biāo)距試樣、物理屈服性能測試等的步驟來明確容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕的關(guān)鍵位置和敏感區(qū)域，從而針對這些特定的區(qū)域進(jìn)行抗腐蝕防治。

結(jié)束語

簡言之，金屬材料的綜合使用效果較好，在機(jī)械制造業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，但金屬材料容易受到溫度、酸堿度等因素的影響，從而發(fā)生不同程度的腐蝕現(xiàn)象，不利于材料的正常使用。在生產(chǎn)制造過程中，需通過多種手段防護(hù)金屬材料，提高其耐腐蝕能力。

參考文獻(xiàn)

[1]張曉燕，許樹勤，劉應(yīng)忠，張宏亮，姚敏敏.耐腐蝕高頸法蘭胎模鍛造成形的數(shù)值模擬[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2009，44（02）：69-71.

[2]丁旭，孫麗華.機(jī)械產(chǎn)品耐腐蝕材料的合理選擇[J].機(jī)械設(shè)計與制造，2000（01）：68-69.

[3]高慶旺.花崗巖石材在我廠防腐蝕工程中的應(yīng)用[J].硫磷設(shè)計，1997（02）：43-45.

[4]王天民.塑料在房屋建筑中的新應(yīng)用[J].吉林建材，1996（03）：4-5.