管狀輸送帶材料的耐腐蝕性能評(píng)估及選擇

王維

(山東億和橡膠輸送帶有限公司，山東 棗莊 277000)

0 引言

管狀輸送帶被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域中，但在操作環(huán)境中常常會(huì)因?yàn)楦鞣N原因受到腐蝕[1]。腐蝕可能造成管狀輸送帶受到損壞或功能失效等問題，從而影響生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的整體安全[2]?；どa(chǎn)企業(yè)中普遍存在腐蝕性介質(zhì)，化工設(shè)備會(huì)比一般行業(yè)設(shè)備更易腐蝕[3-4]?；どa(chǎn)中設(shè)備接觸氧氣、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等容易產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象。因此，選擇耐腐蝕性能優(yōu)異的材料對(duì)確保管狀輸送帶的可靠運(yùn)行至關(guān)重要。本研究針對(duì)四種不同的管狀輸送帶材料，即不銹鋼、鎳合金、聚氯乙烯PVC和聚丙烯PP，進(jìn)行了耐腐蝕性能評(píng)估研究，并對(duì)研究結(jié)果展開了分析，以期應(yīng)用實(shí)驗(yàn)結(jié)果輔助工程師和設(shè)計(jì)人員選擇在合適的管狀輸送帶材料，以確保管狀輸送帶材料在惡劣條件下應(yīng)用的長期性與穩(wěn)定性，促進(jìn)工業(yè)領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展和安全運(yùn)營。

1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1 管狀輸送帶材料準(zhǔn)備

在實(shí)驗(yàn)中，選擇4種實(shí)際應(yīng)用中廣泛使用的不同種類的管狀材料，以確保材料具有代表性：第一類選用型號(hào)為316L的不銹鋼，常用于化工、食品加工等領(lǐng)域；第二類選用型號(hào)為Hastelloy C-276的鎳合金，常用于腐蝕性介質(zhì)下的工業(yè)應(yīng)用；第三類選用型號(hào)為PVC-U的聚氯乙烯(PVC)，是一種具有良好耐腐蝕性能和機(jī)械強(qiáng)度的塑料材料，常用于化工管道系統(tǒng)；第四類選用型號(hào)為PP-H(聚丙烯均聚物)的聚丙烯(PP)，是一種具有較高耐腐蝕性和耐熱性能的塑料材料，常用于酸性和堿性介質(zhì)的輸送。

1.2 實(shí)驗(yàn)環(huán)境準(zhǔn)備

在模擬耐腐蝕性能評(píng)估實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境的需求，選擇添加輔助試劑來增加腐蝕介質(zhì)的復(fù)雜性，以更真實(shí)地模擬實(shí)際應(yīng)用環(huán)境。實(shí)驗(yàn)中，使用濃度為10%的硫酸(H2SO4)溶液，模擬強(qiáng)酸性環(huán)境，通過將10 mL的濃硫酸溶解在90 mL的去離子水中進(jìn)行制備，以模擬酸性環(huán)境中的腐蝕條件。在管狀輸送帶材料的耐腐蝕性能評(píng)估實(shí)驗(yàn)中，添加輔助試劑。如氯離子，可以幫助模擬鹽水環(huán)境中的腐蝕條件，其目的是增加實(shí)驗(yàn)中腐蝕介質(zhì)的復(fù)雜性，從而更真實(shí)地模擬實(shí)際應(yīng)用環(huán)境，實(shí)驗(yàn)選擇氯化鈉(NaCl)溶液，選擇模擬約3.5%的NaCl濃度，為海水的典型鹽度，制備該溶液時(shí)，將3.5 g NaCl溶解在96.5 mL的去離子水中，添加氯離子的輔助試劑可以更真實(shí)地模擬實(shí)際環(huán)境中的腐蝕條件，提供更準(zhǔn)確的材料耐腐蝕性能評(píng)估結(jié)果。

1.3 樣品制備

使用自動(dòng)切割機(jī)，將四種管狀材料按照預(yù)設(shè)尺寸切割成長度為10 cm、直徑為2 cm、壁厚為1 mm的樣品。使用砂紙和拋光布對(duì)每個(gè)樣品進(jìn)行打磨，以獲得平滑的表面。溫度保持在25～28 ℃的范圍內(nèi)，將制備好的管材樣品放入相應(yīng)的容器中，確保樣品完全浸入腐蝕液中。浸泡48 h，以模擬長時(shí)間的酸性環(huán)境腐蝕。

1.4 性能評(píng)估

測(cè)量質(zhì)量損失需要在試驗(yàn)開始前，使用天平準(zhǔn)確測(cè)量每個(gè)樣品的初始質(zhì)量。在樣品浸泡完成后，將樣品取出并用紙巾或柔軟布輕輕擦干外表面上的殘余液體，再次使用天平測(cè)量每個(gè)樣品的最終質(zhì)量，初始質(zhì)量減去最終質(zhì)量便是樣品的質(zhì)量損失[5]。質(zhì)量損失百分比N的計(jì)算公式如式(1)所示：

式中：f為質(zhì)量損失；nc為初始質(zhì)量。

在數(shù)據(jù)分析中，腐蝕速率是描述材料在特定條件下腐蝕程度的指標(biāo)，通過測(cè)量腐蝕前后的材料質(zhì)量損失和腐蝕時(shí)間計(jì)算得出。腐蝕速率A的計(jì)算公式如式(2)所示：

式中：t為腐蝕時(shí)間；S為比表面積。

比表面積的計(jì)算需要根據(jù)樣品的長度、直徑和壁厚進(jìn)行，需確保準(zhǔn)確的尺寸測(cè)量。實(shí)驗(yàn)中的樣品長度為10 cm、直徑為2 cm、壁厚為1 mm，表面積約為0.6283 m2，體積約為0.00314 m3，比表面積為材料表面積與體積之間的比值，約為199.68 m-1。

腐蝕程度評(píng)分根據(jù)樣品表面的腐蝕程度進(jìn)行定性評(píng)估，實(shí)驗(yàn)使用評(píng)分系統(tǒng)來比較不同材料的腐蝕程度，設(shè)定0～5的評(píng)分等級(jí)，其中0表示無腐蝕，5表示嚴(yán)重腐蝕。評(píng)分以對(duì)樣品表面的直觀觀察和比較為依據(jù)，以下是具體的評(píng)分體系及依據(jù)：

0代表無腐蝕，未觀察到樣品表面有任何腐蝕跡象，保持原始狀態(tài)；

1代表輕微腐蝕，樣品表面可能有一些細(xì)微的腐蝕痕跡，但腐蝕程度較輕，不影響樣品的功能和性能；

2代表輕度腐蝕，樣品表面有明顯的腐蝕痕跡，但腐蝕程度仍較輕，可能會(huì)導(dǎo)致一些表面粗糙度增加或顏色變化；

3代表中度腐蝕，樣品表面有明顯的腐蝕痕跡，腐蝕程度適中，可能導(dǎo)致表面的明顯損傷或凹陷；

4代表重度腐蝕，樣品表面有嚴(yán)重的腐蝕痕跡，腐蝕程度較高，可能導(dǎo)致較大的損傷或凹陷；

5代表嚴(yán)重腐蝕，樣品表面腐蝕嚴(yán)重，可能有大面積的損傷、凹陷或腐蝕孔洞。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同管狀輸送帶材料的腐蝕程度

在耐腐蝕性能評(píng)估實(shí)驗(yàn)中，對(duì)不同種類的管狀輸送帶材料進(jìn)行了腐蝕測(cè)試：

(1)316L不銹鋼。經(jīng)過48 h的腐蝕實(shí)驗(yàn)，不銹鋼管狀輸送帶顯示出較小的腐蝕程度，其表面狀態(tài)仍然保持良好，質(zhì)量損失較小。這表明不銹鋼具有較高的耐腐蝕性能，適合在腐蝕性環(huán)境中使用。

(2)Hastelloy C-276鎳合金。在相同條件下的腐蝕實(shí)驗(yàn)中，鎳合金管狀輸送帶顯示出較大的腐蝕程度，其表面出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，質(zhì)量損失較高。這表明鎳合金的耐腐蝕性能相對(duì)較差，在某些腐蝕介質(zhì)下不夠理想。

(3)PVC-U聚氯乙烯。聚氯乙烯管狀輸送帶表現(xiàn)出良好的耐腐蝕性能，在48 h腐蝕實(shí)驗(yàn)中，其表面狀態(tài)保持良好，質(zhì)量損失較小。這說明聚氯乙烯PVC在腐蝕性介質(zhì)中具有較好的抗腐蝕性能。

(4)PP-H聚丙烯。與不銹鋼和聚氯乙烯相比，聚丙烯管狀輸送帶的腐蝕程度較高，其表面出現(xiàn)明顯的腐蝕跡象，質(zhì)量損失較大。這表明聚丙烯PP的耐腐蝕性能相對(duì)較差，在某些腐蝕介質(zhì)下不太適用。

以腐蝕程度、質(zhì)量損失和表面狀態(tài)等因素作為評(píng)估指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試評(píng)估后，可得知不銹鋼和聚氯乙烯PVC在腐蝕性環(huán)境中顯示出較好的性能，可以被認(rèn)為是更優(yōu)選的管狀輸送帶材料。根據(jù)各個(gè)時(shí)間段的腐蝕程度按照評(píng)分體系進(jìn)行打分(腐蝕時(shí)間為48 h，每12 h記錄一次)。通過對(duì)不同材料的腐蝕程度進(jìn)行比較和評(píng)估，不銹鋼和聚氯乙烯PVC的總評(píng)分較低，表明其在腐蝕過程中顯示出較低的腐蝕程度；而鎳合金和聚丙烯PP的總評(píng)分較高，顯示其在腐蝕過程中表現(xiàn)出較高的腐蝕程度。

2.2 不同管狀輸送帶材料的質(zhì)量損失

為記錄實(shí)驗(yàn)過程中的質(zhì)量損失，展示了不同時(shí)段內(nèi)管狀輸送帶材料的質(zhì)量損失情況，腐蝕過程持續(xù)48 h，每12 h記錄一次，記錄了四種不同管狀輸送帶材料樣品的質(zhì)量損失數(shù)據(jù)，具體數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 不同管狀輸送帶材料的質(zhì)量損失

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，不銹鋼具有較好的耐腐蝕性能，表現(xiàn)出較低的腐蝕速率。相比之下，Hastelloy C-276鎳合金在48 h的腐蝕過程中質(zhì)量損失更大，表明其在該腐蝕介質(zhì)中的耐腐蝕性能較低，而PVC-U聚氯乙烯管狀輸送帶的質(zhì)量損失非常小，這種差異可能是由于不同材料在特定腐蝕介質(zhì)中的化學(xué)反應(yīng)性不同而導(dǎo)致的。不銹鋼通常含有鉻和其他合金元素，形成一層致密的氧化層，能有效阻止腐蝕介質(zhì)的侵蝕，從而表現(xiàn)出較好的耐腐蝕性能；Hastelloy C-276鎳合金的合金成分可能對(duì)腐蝕介質(zhì)具有較高的反應(yīng)性，導(dǎo)致較大的質(zhì)量損失；而PVC-U聚氯乙烯材料本身具有良好的耐腐蝕性能，因此質(zhì)量損失較小。

綜合以上分析，不銹鋼和聚氯乙烯PVC表現(xiàn)出較好的耐腐蝕性能，具有較低的腐蝕速率和質(zhì)量損失；而鎳合金和聚丙烯PP在相同腐蝕條件下表現(xiàn)出較高的腐蝕速率和質(zhì)量損失。因此，進(jìn)行管狀輸送帶材料的選擇時(shí)，不銹鋼和聚氯乙烯PVC具有更好的耐腐蝕性能，可能是較優(yōu)選的材料。

2.3 不同管狀輸送帶材料的腐蝕速率

對(duì)不同種類的管狀輸送帶材料樣品進(jìn)行了耐腐蝕性能評(píng)估實(shí)驗(yàn)，如表2所示，顯示了不同管狀輸送帶材料的腐蝕速率結(jié)果。

表2 不同管狀輸送帶材料的腐蝕速率

分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，316L不銹鋼在腐蝕介質(zhì)中表現(xiàn)出較低的腐蝕速率，說明其具有良好的耐腐蝕性能，適合用于腐蝕性介質(zhì)的輸送應(yīng)用；HastelloyC-276鎳合金顯示出相對(duì)較高的腐蝕速率，在一些強(qiáng)腐蝕介質(zhì)下的應(yīng)用會(huì)受到限制；PVC-U聚氯乙烯表現(xiàn)出較低的腐蝕速率，顯示出良好的耐腐蝕性能，適用于某些化工應(yīng)用；PP-H聚丙烯的腐蝕速率相對(duì)較高，在一些強(qiáng)腐蝕介質(zhì)下的應(yīng)用會(huì)受到限制。綜合考慮腐蝕速率結(jié)果以及其他因素，316L不銹鋼和PVC-U聚氯乙烯具有較好的耐腐蝕性能和適應(yīng)性，是較為優(yōu)選的管狀輸送帶材料。

3 結(jié)論與討論

本文對(duì)不同管狀輸送帶材料的耐腐蝕性能進(jìn)行了評(píng)估與選擇研究。通過比較不銹鋼、鎳合金、聚氯乙烯(PVC)和聚丙烯(PP)的腐蝕程度、質(zhì)量損失和腐蝕速率等指標(biāo)，不銹鋼和PVC是在耐腐蝕性能方面較優(yōu)選的管狀輸送帶材料，在腐蝕實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出較低的腐蝕程度、質(zhì)量損失和腐蝕速率，適用于各種腐蝕性環(huán)境。進(jìn)行材料選擇時(shí)還應(yīng)綜合考慮實(shí)際應(yīng)用需求、腐蝕介質(zhì)特性和經(jīng)濟(jì)因素等多個(gè)因素，以找到最合適的材料。在未來的研究中，可以進(jìn)一步探索其他材料的耐腐蝕性能，并進(jìn)行更加細(xì)致的實(shí)驗(yàn)測(cè)試及結(jié)果分析，以完善該領(lǐng)域的知識(shí)和技術(shù)。