腐蚀

固体颗粒侵蚀

侵蚀被定义为由于固体表面与流体、多组分流体或撞击液体或固体颗粒之间的机械相互作用,原始材料从固体表面逐渐流失(钦斯,1983).在固体颗粒侵蚀中,颗粒尺寸通常在5至500µm之间,相对速度在5至500 m/s之间。在大多数情况下,当粒子撞击表面时,它们以高速运动。然而,相反的情况是可能的,就像在充满灰尘的空气中的直升机叶片一样。

在固体颗粒侵蚀中,冲击角(定义为表面平面与颗粒轨迹之间的角度)是非常重要的。韧性材料在冲击角为20 ~ 30°时降解速率最大,而脆性材料在冲击角为90°时降解速率最大(钦斯,1983)前者被描述为韧性侵蚀行为,包括塑性流动作为主要降解模式。后者被描述为脆性侵蚀行为,脆性断裂是主要降解机制。

固体颗粒侵蚀期间的降解速率强烈依赖于颗粒撞击表面的速度(反之亦然)。事实上,对于一个恒定的碰撞角,速度与功率成正比N,在那里N韧性材料通常在2.3至2.5范围内,脆性材料通常在2至4范围内(钦斯,1983).

除极细颗粒外,脆性材料的侵蚀率与颗粒半径之间的关系似乎也遵循幂律,指数在0到1之间。令人惊讶的是,细颗粒在脆性材料中诱发了伪延性响应,即角度依赖性与延性m相似材料。韧性材料的侵蚀通常与粒径无关,粒径在100至200µm之间。粒径较小时,这种关系近似为线性关系,但粒径小于等于5µm的颗粒很少受到侵蚀(钦斯,1983).

就侵蚀颗粒的性质而言,尖锐颗粒明显比圆形颗粒造成更大的损害。然而,令人惊讶的是,如果颗粒比被侵蚀的表面硬,那么侵蚀率和颗粒硬度之间没有很强的关系。对于比表面软的颗粒,随着颗粒硬度的降低,侵蚀率急剧下降(钦斯,1983).

关于金属材料,人们试图建立微观结构特征与固体颗粒抗冲蚀性之间的关系。例如,一些研究表明,马氏体钢的硬度与其抗冲蚀性之间存在反比关系(古尔登,1979年格林等人,1981年).

同样,如果碳化物比侵蚀颗粒软,则碳化物可能对白口铸铁的固体颗粒抗侵蚀性有害(Aptekar和Kosel, 1985年).如果他们更难,情况正好相反。从这些研究中可以明显看出,硬度,特别是由于金属微观结构中存在马氏体或碳化物,如果有什么区别的话,是对这种形式的磨损缺乏抵抗力的一种度量。

多年来,钴合金188bet金宝搏手机客户端下载已经包括在一些室温、固体颗粒侵蚀研究中,尤其是在Ninham 1987莱维和克鲁克,1991年. 根据本文中提出的原则,对其中一些结果进行审查是有价值的钦斯,1983.在Ninham 1987研究中,对合金188bet金宝搏手机客户端下载6、6B和HAYNES®188(一种金宝搏app设计用于飞行燃气轮机发动机热段的低碳Co-Cr-Ni-W合金)以及几种含铬镍合金和不锈钢进行了测试。研究了三个变量,即侵蚀颗粒类型(碳化硅或石英)、冲击角(30、60或90°)和材料条件。其中一种试验合金(718)可时效硬化,因此在时效硬化条件和退火条件下进行了试验。其中两种合金(188和C-276)可进行冷还原,以提高其室温强度,因此在退火和冷还原条件下对其进行了测试。

用于评估这些变量的影响的仪器详细描述如下:利维,1981年. 基本上,它包括一个振动料斗,用于将侵蚀性颗粒送入高速气流中,以及一个发生冲击的试验室。使用60 m/s的颗粒速度,每使用20或40 g腐蚀性颗粒进行样品重量测量。碳化硅颗粒呈棱角状,直径在250至300µm之间。石英颗粒直径在75至200µm之间,形状未明。这两种材料的硬度(取自钦斯,1983)为2100至2480 kgf/mm2.碳化硅和820公斤/毫米2.对于石英(SiO2)。

本研究的主要结论之一是时效和冷加工对该类合金的抗固体颗粒侵蚀性能影响不大。188bet金宝搏手机客户端下载冲击角的影响较小。在碳化硅的情况下,角度效应符合定义的韧性侵蚀行为钦斯,1983(30°碰撞角导致最高速率,90°碰撞角导致最低速率)。然而,在石英的情况下,角度效应是混合的,并且最小。正如人们所预料的那样,棱角分明的碳化硅颗粒比石英颗粒造成的损害更大。

也许从中描述的工作中得出的最重要的事实Ninham 1987不同合金(在这些试验条件下)之间没有太大差异,无论合金基体(钴、镍、铁)如何,也无论微观结构条件如何(退火、时效、冷188bet金宝搏手机客户端下载还原).虽然合金6和6B中的碳化物似乎没有益处,但至少它们没有危害性,就像它们对合金中的白口铸铁一样Aptekar和Kosel, 1985年

这个莱维和克鲁克,1991年这项研究涉及在磨料磨损条件下测试的许多相同锻造合金,其范围有限,但再次证明合金基体和188bet金宝搏手机客户端下载碳化物在室温下的固体颗粒侵蚀中并不重要。其中一种材料ULTIMET®合金在两种不同类型的侵蚀颗粒(400µm角形碳化硅和80µm未指定形状的氧化铝)的不同冲击角度下进行了测试。测量的侵蚀率如下所示,作为冲击角的函数。如在Ninham 1987研究表明,碳化硅诱发韧性侵蚀行为,而氧化铝产生的响应略有不同,60°冲击角下的侵蚀率与30°冲击角下的侵蚀率相同。根据钦斯,1983,氧化铝的硬度与碳化硅相似;但是,氧化铝颗粒的形状没有规定。

一个重要的部分莱维和克鲁克,1991年这项研究是在高温(850°C)下进行的一些固体颗粒侵蚀试验,使用相同的氧化铝颗粒和30°的冲击角。强度最低的合金316L不锈钢在本试验中表现出最低的侵蚀率,表明颗粒可能嵌入表面,而不是导致表面变形和断裂。当然,氧化膜非常脆弱在这么高的温度下很重要。

冲击角对ULTIMET合金固体颗粒侵蚀的影响

ULTIMET的固体颗粒侵蚀率与冲击角

以下三幅图中显示的固体颗粒侵蚀数据是在2006/7年期间为塔林大学(爱沙尼亚)的Haynes International生成的,并说明了碰撞角、颗粒速度和温度对25、282®和ULTI金宝搏appMET®合金性能的影响。282®合金(一种设计用于高温服务的镍基高温合金)在时效硬化条件下进行了测试。在审查这些数据时,应记住,重量变化测量没有考虑到在不受侵蚀的表面上生长的氧化皮,也不可能考虑与侵蚀表面中嵌入颗粒相关的重量增加。然而,研究结果为上述变量的影响提供了相当多的见解。金宝搏app188bet金宝搏手机客户端下载

图2表明,在300°C和60°的冲击角下,这些材料比三种海恩斯合金更抗冲蚀。金宝搏app188bet金宝搏手机客户端下载然而,由于316L是一种相对较软的材料,由于硅颗粒的包埋,重量增加,可能会影响316L的结果。

侵蚀率硅砂速度80 m-s

侵蚀率硅砂冲击角30度

侵蚀率硅砂冲击角90度

空蚀

空化侵蚀与压力变化液体中近表面气泡的形成和坍塌有关。表面损伤是由气泡坍塌造成的,或者更准确地说,是由气泡内爆期间发生的液体射流造成的。当液体中的压力低于液体的蒸汽压力时,气泡就会产生;坍塌是随后压力增加的结果。这种退化模式在阀门和泵中很常见。

由于材料的抗空蚀性取决于其对连续冲击波的响应,因此金属材料通常会遭受微疲劳。液滴腐蚀也是如此。事实上,这两种腐蚀相互交织,因此通常使用一种类型的试验来确定抗空蚀性其他的。

钴合金具有优异的抗空化188bet金宝搏手机客户端下载和液滴侵蚀性能(Heathcock等人,1979年;Antony和Silence, 1979年;Woodford, 1972年)这归因于富钴固溶体在机械应力作用下转变(从fcc转变为hcp)的趋势,以及相关的低层错能,其影响裂纹的形核和扩展。此外,已知钴合金通过孪晶吸收应力(188bet金宝搏手机客户端下载雷米和皮诺,1976年).

从下图可以明显看出,钴合金具有显著的抗气蚀性,该图显示了几种锻造钴合金、镍合金和188bet金宝搏手机客户端下载不锈钢在24小时后记录的腐蚀深度。

比较ULTIMET®合金(无碳化物)和合金6B(含约13 wt.%的碳化物)的腐蚀速率,可以明显看出,微观碳化物对抗气蚀性几乎没有影响。更重要的是转变趋势,如合金25和MP35N合金的结果所示,已知其转变小于ULTIMET®合金和合金6B。图中的数据是使用ASTM标准G32中所述的振动空化试验生成的。基本上,该装置包括一个传感器(振动源)、一个用于放大振动的锥形圆柱形构件和一个温度控制容器,其中装有试验液体(蒸馏水)。试样形状为直径14 mm的圆柱形按钮,带有6.4 mm的螺纹柄,该螺纹柄拧入锥形圆柱体端部的螺纹孔中。按照ASTM标准的建议,试验期间使用20 kHz的频率和0.05 mm的振幅,蒸馏水保持在16°C。

空蚀变形合金对比数据(G32 Test-24h)188bet金宝搏手机客户端下载
*老化

对于所有液体,最大空化侵蚀率通常发生在冰点和沸点之间的中间温度(钦斯,1986).例如,周和汉米特(Hammitt), 1983年描述了对温度影响的研究

根据304不锈钢在水中的抗空蚀性,在大约50°C时测量到最大值。关于时间的影响,已知在空蚀条件下,材料损失之前有一个较短的潜伏期(钦斯,1986).对于钴合金,该潜伏期小于8小时。经过较长时间后,大多数188bet金宝搏手机客户端下载材料的侵蚀率都有所降低。下图说明了较长试验持续时间对ULTIMET®合金抗气蚀性的影响,图中还显示了产品形式之间的差异。

不同产品形态的ULTIMET合金的空蚀深度与时间

钴合金的许多磨损相关应用涉及堆焊层的使用。除非应用多层,否则稀释(即耐磨钴合金与熔池中的基188bet金宝搏手机客户端下载体材料(通常为钢或不锈钢)混合)会降低堆焊材料的磨损性能。下图描述了测试的结果克鲁克,1993年他研究了稀释对ULTIMET®合金的影响(实验方法在腐蚀一节中描述)。从这些结果可以确定,稀释的影响(至少对ULTIMET®合金,并高达16.7%的水平与钢或不锈钢)在96小时的测试期间不是极端有害的。

稀释ULTIMET GTA堆焊层的平均气蚀深度(mm)

泥浆侵蚀

液浆侵蚀是一种复杂的现象,是由流体中夹带的固体颗粒引起的。在高冲击角度(即垂直于表面平面),这一过程与固体颗粒侵蚀有一些相似之处。事实上,建筑物的喷砂通常是用砂/水泥浆进行的,以尽量减少空气中的碎片。然而,冲击力受到液体存在的显著影响。在低冲击角度下,这一过程更类似于低应力磨损,颗粒受到流体动力作用。如果表面是金属的,液体是腐蚀性的(水对钢是腐蚀性的),那么很有可能发生侵蚀/腐蚀,这是一个涉及机械剥离钝化膜的相关过程,导致很高的化学侵蚀率。

由Haynes International(与Lawrence Berkeley Labora金宝搏apptory联合)生成的浆液冲蚀测试数据,对比了6B、25和ULTIMET®合金。188bet金宝搏手机客户端下载莱维和克鲁克,1991年).试验持续40小时,在一个封闭的浆液罐中进行,样品和螺旋桨附在旋转轴上。该浆料为常温水中80 mm的氧化铝,颗粒载量为0.12 kg/l。撞击角为30°,撞击速度为5 m/s。

泥浆侵蚀对比数据