第3章 船机零件腐蚀

第三章船机零件的腐蚀第三章船机零件的腐蚀概述1、定义：金属与周围介质发生化学作用、或电化学作用或物理溶解而产生的破坏和变质，称为腐蚀。2、危害：破坏：形状、尺寸变化；变质：晶体结构、理化性能、机械性能的变化。腐蚀是现代工业中一个极为有害的破坏因素。全世界每年钢产量的10%左右因腐蚀而浪费。一、腐蚀的概念第三章船机零件的腐蚀3、特点：（1）外部介质（气、液、固）的作用；（2）发生在金属与介质的界面上，即从零件的表面开始，向内部扩展。（3）腐蚀有一个过程，是渐进性的。4、实例：腐蚀是一种重要的故障模式。在船舶上的危害也很严重。例如：（1）管道的化学腐蚀（2）缸套和缸盖冷却水腔的电化学腐蚀；（3）活塞顶部与排气阀阀面的高温腐蚀；（4）缸套外圆表面与浆叶的穴蚀；（5）柴油机排气阀上因局部腐蚀而形成麻点或或凹坑。一、腐蚀的概念概述（1）金属比其化合物具有更高的自由能。金属腐蚀是使金属恢复自然，金属释放能量回到热力学上更稳定的自然存在形式（化合物状态），即金属从金属状态自发地变为离子状态，生成氧化物、硫化物等。（2）腐蚀是个自由能降低的过程，是个自发过程，是个与冶炼过程相反的过程。（3）与其它故障模式的区别：磨损、断裂等需要消耗有用功，而腐蚀不同，它不需要外界输入能量，是一个释放能量的过程。（4）有些金属在适当的条件下可发生钝化，生成致密的保护膜。二、腐蚀过程概述1．按腐蚀过程特的点分类化学腐蚀：无电流产生；电化学腐蚀：有电流产生。2．按腐蚀表面特征分类（1）全面腐蚀：腐蚀发生于整个表面上。一般为全面不均匀腐蚀。如：船体钢板的全面不均匀腐蚀。（2）局部腐蚀：集中在局部区域。局部腐蚀较多，危害比全面腐蚀严重，往往会造成应力集中，导致突然破坏。三、腐蚀的分类概述常见的金属腐蚀有化学腐蚀、电化学腐蚀和穴蚀。在均匀腐蚀条件下，表示金属腐蚀速度的指标有：重量指标、深度指标、容量指标和电阻性能指标等。1．重量指标定义：将金属零件因腐蚀造成的重量变化换算成相当于零件单位表面积在单位时间内的质量变化值。单位为g/（m2•h）。种类：分为增重腐蚀速度V＋和失重（或减重）腐蚀速度V-两种。增重腐蚀速度——不清除表面腐蚀产物时零件重量的增加速度；失重腐蚀速度——清除表面腐蚀产物后，零件重量的减小速度。四、金属的腐蚀速度概述2．深度指标定义：把腐蚀后深度的减少量以线量单位表示，并换算成为相当于单位时间的数值。工程上多用构件的腐蚀深度或减薄程度来衡量其寿命。此法适用于衡量密度不同的金属的腐蚀程度。3．电阻性能指标定义：用零件腐蚀前后的电阻变化率表示腐蚀速度。特点：测量电阻时不需要清除腐蚀产物，对零件金属无影响。适用于薄和细的零件。四、金属的腐蚀速度一、化学腐蚀概念定义：金属与周围介质（非电解质）直接发生化学作用而引起的破坏。特点：腐蚀过程不产生电流。氧化膜对腐蚀的程度有很大影响。实际生产中纯化学腐蚀的现象较少。分类：化学腐蚀分为气体腐蚀和有机介质腐蚀。§3.1化学腐蚀一、化学腐蚀概念§3.1化学腐蚀1、气体腐蚀定义：金属在干燥气体中或高温气体中发生的腐蚀。金属与介质中的氧化剂直接作用会在表面生成氧化物薄膜（腐蚀产物），金属是否继续被氧化，取决于氧化物薄膜的结构和与基本的结合强度。碳钢零件在空气中缓慢加热时，当温度在560℃以下时，其氧化皮由Fe3O4和Fe2O3组成，结构致密，与基体结合牢固，有良好的保护性；在560℃以上时，氧化膜中主要是FeO，其结构疏松，与基体结合不牢，原子容易穿过氧化膜使金属继续被氧化，达到一定厚度后脱落。

2、有机介质腐蚀定义：金属在不导电的非电解质介质中发生的腐蚀。例子：铝在四氯化碳、三氯甲烷或乙醇中的腐蚀；镁或钛在甲醇中的腐蚀。定义：燃烧室组件与燃气中的低熔点灰分直接接触，在高温下发生化学作用使零件表面受到破坏的化学腐蚀，称为高温腐蚀或钒腐蚀。柴油机中易产生高温腐蚀的机件包括：气缸盖、排气阀、气缸套和活塞组件。高温腐蚀的机理：柴油机燃用重油时，含有V、Na、S的化合物，燃烧后生成的化合物（V2O5、Na2SO4等）具有较低的熔点（500～800℃）。当燃烧室温度在5500C以上时，促使钒、钠化合物处于熔化或软化状态附着在零件表面，酸性氧化物V2O5使零件表面上的氧化膜溶解，使裸露的金属基体不断被腐蚀。典型例子：柴油机排气阀盘面烧成孔洞。二、柴油机零件的化学腐蚀§3.1化学腐蚀1．高温腐蚀高温腐蚀发生的条件和灰分的影响柴油机燃用重油只是发生高温腐蚀的条件之一，燃用重油并不一定会发生高温腐蚀。发生高温腐蚀的条件是：燃用重油且零件温度在5500以上，具有使钒、钠化合物熔化的条件。灰分的影响；灰分的成分主要影响高温腐蚀的速度。当燃油中的钒与钠含量比值为3.3:1时，钒钠化合物熔点最低（约为3700C），灰分非常易熔，腐蚀速度急剧增加。钠的主要来源之一是海水渗入，当混入燃油体积1%的海水时，燃油中的钠含量可增加100ppm。二、柴油机零件的化学腐蚀§3.1化学腐蚀定义；柴油机燃气中的SO2、SO3和水蒸气在工件温度低于硫酸的露点（175℃）时，会在工件的表面生成亚硫酸或硫酸，从而造成零件的化学腐蚀。柴油机中易产生高温腐蚀的机件包括：气缸套内表面、废气涡轮增压器壳体、排气阀杆下端、排气烟道和废气锅炉等。特点：金属壁面温度低于硫酸露点20~300C时，低温腐蚀最严重。柴油机燃气中的硫酸露点的临界温度主要取决于燃油硫含量和压力。防止低温腐蚀的措施适当提高冷却水温度，使壁面温度>露点选用燃油量控制硫含量（加入碱性气缸油）。2、低温腐蚀§3.1化学腐蚀三、防止化学腐蚀的方法1．选用耐蚀性好的材料

如对排气阀选用高镍合金钢（4Cr14Ni14W2Mo），生成致密的氧化膜，起动钝化作用。一般说来：在还原性介质中，选用含Ni、Cu及其合金；在氧化性介质中，选用含Cr的合金；在极强的氧化性介质中，选用含Ti的合金2．在零件的表面覆盖保护膜

如镀锌、镀锡、发蓝处理等，或覆盖一层抗高温腐蚀性好的合金。3．加强燃烧室零件的冷却，使零件温度在550℃以下。4．选用含（S％、V%、Na%）较少的燃油，防止排烟温度过度。5、改进设计；如采用组合式活塞、采用循环水冷却阀座等。§3.1化学腐蚀定义：电化学腐蚀——金属表面与离子导电的电解介质溶液发生电化学作用而产生破坏特点：电化学腐蚀过程中有电流产生。是电化学腐蚀是最常见的腐蚀形式在大气、湿空气、海水、土壤、酸碱、盐溶液中均能发生电化学腐蚀。种类：全面腐蚀和局部腐蚀一、概述§3-2电化学腐蚀局部电化学腐蚀的种类点状腐蚀——金属表面局部产生孔径不一、彼此孤立或集中在一起的小孔。晶间腐蚀——腐蚀发生金属晶界上，使晶粒结合力下降或丧失，不易发现，易产生突然破坏，危害性大。电偶腐蚀——异金属同在电解质溶液中使电位低的阳极发生腐蚀。应力腐蚀——金属在拉应力和腐蚀介质共同作用下的破坏。腐蚀疲劳——金属在交变应力和腐蚀介质共同作用下的破坏。选择性腐蚀——合金中某些元素在腐蚀介质中优先被溶解的破坏。缝隙腐蚀——因接触面间的缝隙不大，与电解质接触时产生不同电位而发生腐蚀剥层腐蚀——金属在腐蚀介质中沿与表面平行的晶界进行腐蚀，腐蚀产物呈层状或片状从金属表面脱落，一般发生在型材和板材上。一、概述§3-2电化学腐蚀二、电化学腐蚀原理§3-2电化学腐蚀1、电化学腐蚀的原理金属在电解质溶液中发生电化学腐蚀的原理为电池原理形成腐蚀电池的基本条件是：电解质溶液；有阴、阳两个电极且在同一溶液中；

阴阳两极间产生电流。阳极反应：失去电子，放电，发生氧化反应，电位低，被腐蚀；阴极反应：得到电子，发生还原反应，电位高，受到保护。2、腐蚀电池的种类在电化学腐蚀中，腐蚀电池起着重要作用。按构成腐蚀电池的电极大小不同，可将腐蚀电池分为宏观腐蚀电池和微观腐蚀电池。（1）宏观腐蚀电池——肉眼可见电极构成的宏观大电池。常见的有异金属接触电池和浓差电池两种。A．异金属接触电池——两种不同电位的金属或合金相互接触（直接接触或用导线连接），并处于同一电解质溶液中，使电位较低的金属受到腐蚀的现象。又称电偶腐蚀。特点；两种金属的电极电位差越大，电偶腐蚀越严重。例子：螺旋桨与尾轴组成的电池，尾轴被腐蚀；冷凝器中的碳钢壳体与黄铜管构成的电池。§3-2电化学腐蚀2、腐蚀电池的种类B．浓差电池——同一金属的不同部位与浓度或温度不同的介质接触形成的腐蚀电池，造成局部腐蚀。常见的有氧浓差电池、温差电池、盐浓差电池等。金属与含氧量不同的介质接触。在氧浓度较低处金属的电极电位较低为阳极，在氧浓度较高处金属的电极电位较高为阴极，从而构成氧浓度差电池，阳极区的金属遭到腐蚀。例如铁棒埋于土壤中，因土壤深度不同含氧量不同，故在铁棒埋得最深部位的金属腐蚀最严重。一根长铜棒，两端分别插入稀浓硫酸铜溶液中，稀硫酸铜溶液中的棒端电极电位较低，为阳极遭到腐蚀。浸于电解质溶液中的金属，其不同部位处于不同温度时构成的电池为温差电池。例如换热器的高温端比低温端腐蚀严重。高温端的电极电位比低温端低，为阳极。§3-2电化学腐蚀（2）微观电池定义：指零件金属表面由于电化学不均匀性构成许多微电池。引起金属电化学不均匀的原因是微观不均匀性，包括化学成分不均（偏析、夹杂等，在铸铁中，C为阴极，Fe为阳极被腐蚀）。金属组织不均（不同的组织，晶体缺陷，具有不同的电极电位，如F与Fe3C）物理性质不均（如冷热加工后受力状态不均，应力大和变形大的部位电极电位