1 腐蝕磨損概述

1.1 腐蝕磨損定義和分類

腐蝕磨損（Corrosion Wear）——指“摩擦副對偶表面在相對滑動過程中，表面材料與周圍介質發生化學或電化學反應，并伴隨機械作用而引起的材料損失現象 ” ，實際工況中，腐蝕磨損往往受限于材料因素(材料的成分、組織、力學性能、物化性能等)、電化學因素(腐蝕介質的種類、濃度、pH值等)、力學因素(載荷、速度等)和環境因素(溫度及壓力等)等的影響。腐蝕磨損行為與純腐蝕行為和純磨損行為均有很大差異。

根據腐蝕介質的不同，腐蝕磨損可分為化學腐蝕磨損和電化學腐蝕磨損兩大類。

（1）化學腐蝕磨損—在氣體介質中的腐蝕磨損實際上以氧化磨損為主，主要是金屬表面與氣體介質發生氧化反應，在表面生成氧化膜，隨后在磨料或微凸體作用下被去除的過程。根據膜的機械性質不同，氧化磨損模型主要有脆性氧化膜和氧化磨損模型和韌性氧化膜的氧化磨損兩類。

金屬表面發生氧化生成的脆性氧化膜的物理機械性能與基體差別很大，生長到一定厚度時很容易被外部機械作用去除而暴露出金屬基體，隨后在新鮮集體上有開始新的氧化。

韌性膜比基體要軟，受外部機械作用時，可能只有部分氧化膜被去除，隨后氧化過程有開始在氧化膜上進行，因此韌性膜的腐蝕磨損較脆性膜要輕微。

（2）電化學腐蝕磨損—電化學腐蝕磨損由于涉及的因素較多，是一個比氧化磨損更為復雜的過程，根據電化學腐蝕磨損過程中材料被去除的特點，人們提出了機械去除模型和腐蝕去除模型。

在磨料作用下，材料表面膜局部被去除破壞，但隨即又重新形成新的表面膜。而磨料是均勻作用在真個材料表面上，當任意一塊表面被磨料破壞了表面膜而裸露出金屬基體時，此處的腐蝕速度比有表面膜覆蓋的地方快得多，因此，在整個過程中，腐蝕磨損比純磨損對材料的破壞嚴重得多。圖4是具有碳化物多相結構的高鉻鑄鐵發生晶間腐蝕的腐蝕磨損模型，由于碳化物的電極電位大大高于基體金屬的電極電位，因此在碳化物相組織和基體相之間將發生晶間腐蝕，之后材料在磨料或硬質點機械作用下發生斷裂。

b）材料的腐蝕去除模型

隨磨損過程不斷進行，塑性材料將發生強烈的塑性變形，主要集中在犁溝兩側隆起部位或沖蝕坑外緣，這些形變強烈區域具有較高的位錯密度和腐蝕活性，成為陽極，其他部位成為陰極，共同構成“應變差電池”。陽極首先受到腐蝕破壞，之后在磨料的作用下，很容易形成“二次磨損”。

1.2 腐蝕磨損的研究背景和現狀

腐蝕磨損現象廣泛存在于石油、化工、煤礦、電力、冶金等工業領域的機械設備中，是造成材料損失和設備失效的主要原因之一。據報道，美國每年約有23萬噸鋼材，全世界僅在選礦設備這一項就有45萬噸鋼因腐蝕磨損而受到破壞，如同時考慮其它工業部門的腐蝕磨損，無疑是一個巨大的經濟損失。

腐蝕磨損造成材料的加速損壞已經引起了人們極大的關注和重視。但由于腐蝕磨損是一個物理、機械、化學和電化學作用的綜合作用，各種因素的影響錯綜復雜，這就給研究工作帶來了極大的困難，近幾十年來人們不斷探索并就此問題進行了一些初步研究。

P.F.Weiser等人用CF-8鑄鐵在硫酸砂漿與單獨硫酸腐蝕和單獨濕磨料磨損條件下進行對比試驗，結果表明，材料的腐蝕磨損速度是純腐蝕和純磨損速度之和的8-35倍。

K.Y.Kim等人用電化學方法研究了材料在腐蝕磨損條件下的腐蝕行為，發現磨料的機械作用使腐蝕速度增加了2-4個數量級 。

陳文革研究了M50NiL和16CrNi4Mo銅經不同工藝熱處理對氣蝕和腐蝕性能的影響，結果表明兩種鋼抗氣蝕性能.佳的處理工藝都是低溫淬火加低溫回火。

張天成、姜曉霞等人測量了不同載荷下40Cr鋼和304不銹鋼在3.5%NaCl溶液中的腐蝕磨損率，用Tafel法和極化阻率法測定了靜態及磨損狀態下的腐蝕率，并用浸泡實驗結果予以了修正。定量分析了兩種材料在溶液中的腐蝕磨損交互作用。

2.金屬的腐蝕磨損

2.1 腐蝕磨損機理

金屬腐蝕磨損機理的研究一直是人們爭議的焦點，早期人們提出的“表面膜機械去除模型”和“氫致磨損理論”并不能解釋腐蝕磨損材料流失形式中出現的各種問題，之后人們都把腐蝕磨損機理的研究集中在金屬表面膜的性能、修復及再生速率上，但實際上表面膜破壞及修復的電化學研究結果也并不能圓滿的解釋腐蝕磨損的各種問題。大量的實驗和工程實踐逐漸使人們認識到腐蝕磨損研究的核心應該是腐蝕和磨損的交互作用（協同效應），而不是表面膜的行為。