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三、沖刷腐蝕的機(jī)理

由機(jī)械磨損和電化學(xué)腐蝕的相互作用引起的金屬材料的腐蝕速率就是沖刷腐蝕的速率。目前認(rèn)為：沖刷腐蝕所造成的總的金屬材料損失量，不僅僅是單純腐蝕及純沖刷失重的簡單疊加，而是腐蝕電化學(xué)與沖刷力學(xué)因素相互影響產(chǎn)生交互作用所致。

1）沖刷影響腐蝕的機(jī)理：流體沖刷造成材料局部酸化，加速材料腐蝕速率，并阻止產(chǎn)物膜的形成。流體噴射引起流體形態(tài)的劇烈變化，促進(jìn)傳質(zhì)過程，加速材料腐蝕過程。造成了材料表面材料鈍化膜/保護(hù)膜的減薄、破裂或使材料發(fā)生塑性變形，位錯聚集 ，局部 能量升高 ，從而加速腐蝕。

2）腐蝕影響沖刷的機(jī)理：腐蝕作用粗化并破壞材料硬化表面，暴露出材料基體，降低了材料的機(jī)械性能，促進(jìn)沖刷作用效果。電化學(xué)腐蝕作用造成了材料表面的不均勻性，在顆粒的沖擊下導(dǎo)致產(chǎn)物膜易脫落，使得基體暴露于沖刷環(huán)境，腐蝕速率顯著增加。晶界、相界面處優(yōu)先發(fā)生腐蝕侵蝕，這些部位更加容易被固體顆粒沖刷剝落。

特別地，有研究發(fā)現(xiàn)沖刷與腐蝕的交互作用也會存在負(fù)值現(xiàn)象。這是因為在材料表面形成致密的鈍化膜/保護(hù)膜，并迅速生長和硬化，抑制材料傳質(zhì)過程，降低了固相顆粒的磨損效果，腐蝕速率顯著下降。交互作用負(fù)值的出現(xiàn)會直接影響到材料總失重量的降低，對于提高材料沖刷腐蝕性能是有益的。

四、影響沖刷腐蝕的因素

沖刷腐蝕的影響因素眾多，包括材料物理化學(xué)性質(zhì)、介質(zhì)特性、流體力學(xué)等。因此，根據(jù)不同的腐蝕體系和具體情況，沖刷腐蝕表現(xiàn)表現(xiàn)出不同的影響主控因素。

01 流速

流速對沖刷腐蝕的影響作用最為顯著，會直接影響到?jīng)_刷腐蝕機(jī)理及其變化。例如：增大流速既可以增大腐蝕也可以減緩腐蝕，取決于流速對腐蝕機(jī)理的影響。在單相和雙相流動氯化物體系中，隨著流速的增大而協(xié)同效應(yīng)增強(qiáng)，腐蝕速度增大；當(dāng)流速增大到某一個臨界值時，試樣表面出現(xiàn)坑、點(diǎn)等局部腐蝕。然而某些情況下增大流速也會減緩腐蝕，例如依靠沖刷掉腐蝕產(chǎn)物來阻止某些局部腐蝕的形成、在高流速條件下加入緩蝕劑來減緩腐蝕等。

02 流態(tài)

流體流態(tài)對沖刷腐蝕具有十分重要的影響，主要通過以下兩方面作用：一、由于很多電化學(xué)腐蝕過程是擴(kuò)散控制或混合控制體系，因而與反應(yīng)物向材料表面的傳輸以及腐蝕產(chǎn)物向溶液本體的傳輸過程會受流體流態(tài)影響；另一方面，不同流體流態(tài)（層流或紊流）下所引起的流體力學(xué)損傷形式和效果也不相同。

通常認(rèn)為，流態(tài)包括層流和湍流，湍流在金屬表面的液體攪動程度要比層流劇烈得多，若存在凸出物、沉積物、縫隙、突然改變流向的截面以及其它能破壞層流的障礙，沖刷腐蝕往往更加嚴(yán)重。

03 溫度

在溫度較高時，流體中沙粒的運(yùn)動受液體流動的影響較小，導(dǎo)致更多沙粒撞擊金屬表面；熱力學(xué)驅(qū)動力增大，金屬反應(yīng)活性升高。微觀觀察顯示：在溶液溫度上升的條件下，電極表面腐蝕區(qū)域范圍擴(kuò)大，裂縫和腐蝕點(diǎn)數(shù)目增多。因此，高溫流體往往造成的沖刷腐蝕嚴(yán)重。

04 固體顆粒

一般來說，顆粒硬度越高，半徑越大，沖刷腐蝕越嚴(yán)重；顆粒濃度越大，沖刷腐蝕速率的絕對值增大。

但是，過大的顆粒濃度反而會產(chǎn)生屏蔽效應(yīng)，使得沖刷腐蝕效率降低，而且多角顆粒往往比球形顆粒造成更大的沖刷腐蝕。

05 沖刷角度

在含固相顆粒的流體中，流體沖刷作用對沖刷磨損影響較大。流體沖刷角對沖刷腐蝕的影響主要表現(xiàn)為剪切應(yīng)力和正應(yīng)力。剪切應(yīng)力通過削薄甚至移除鋼表面的氧化膜而增強(qiáng)沖刷腐蝕，而正應(yīng)力則是通過撞擊或損傷電極表面而產(chǎn)生孔洞。當(dāng)沖刷角小于45°時，剪切應(yīng)力占主導(dǎo)地位；大于45°時，正應(yīng)力占主導(dǎo)地位。

06 金屬表面狀態(tài)

金屬材料表面的鈍化膜、粗糙度等方面，也會對沖刷腐蝕造成影響。

金屬材料表面在沖刷腐蝕中能否形成產(chǎn)生保護(hù)性質(zhì)的鈍化膜以及鈍化膜破裂后能否快速修復(fù)，是金屬表面在沖刷腐蝕中一個關(guān)鍵的問題。若沖刷速度低時，沖刷所造成的機(jī)械破壞作用較小，同時沖刷過程加速了氧的運(yùn)輸，這對金屬表面的鈍化膜的修復(fù)作用大于破壞作用，從而材料出現(xiàn)自鈍化現(xiàn)象，減弱了沖刷腐蝕；當(dāng)沖刷速度高時，沖刷的機(jī)械作用占主導(dǎo)地位，鈍化膜被破壞的速度大于膜修復(fù)的速度，造成材料表面被活化，增強(qiáng)了沖刷腐蝕。

金屬材料的表面粗糙度也是一個很重要的因素。若流體中含Cl-，表面粗糙度較高的材料的點(diǎn)蝕電位較低。經(jīng)過泥漿沖刷后，粗糙度較高的材料的點(diǎn)蝕電位會升高，較光滑試樣的點(diǎn)蝕電位會降低。點(diǎn)蝕電位降低會增加材料發(fā)生點(diǎn)蝕的可能性。

07pH值

流體的pH值不同，沖刷腐蝕的速率也不同。例如在流速保持一定的條件下，流體的pH值降低到3.6，在銅鎳合金表面無法形成保護(hù)膜，耐沖刷腐蝕的能力降低。這是由于金屬材料表面生成膜的成分及其性質(zhì)不同導(dǎo)致的。

08壓力

若流體中存在CO2、H2S等腐蝕介質(zhì)，壓力是影響材料沖刷腐蝕程度的第一要素，隨壓力的升高，腐蝕效果會逐漸增強(qiáng)，從而通過增加腐蝕速率促進(jìn)沖刷腐蝕的效果。

五、對沖刷腐蝕的防腐措施

1）升級金屬材料：在流速高的部位以及流道方向有突變的地方，更換硬度更高的管材，降低沖蝕效果。

2）調(diào)整管件尺寸：加大彎頭的彎曲半徑，或通過前后安裝同心異徑管來增大彎頭的流通直徑，以降低流速。

3）改善管件結(jié)構(gòu)：加厚受磨損的部位，或用盲三通代替彎頭。當(dāng)顆粒運(yùn)動到盲端會聚集成一層保護(hù)層，避免了與彎管劇烈摩擦和沖擊過程，降低沖蝕的效果。

4）優(yōu)化工藝參數(shù)：若降低流速，流體對管件的沖蝕依然存在等問題，應(yīng)充分分析的基礎(chǔ)上，判斷判斷流體對管件的沖蝕位置，使該位置避開最高應(yīng)力區(qū)和連接焊縫區(qū)，最好是在最低應(yīng)力區(qū)。

5）凈化流體介質(zhì)：將流體中存在的顆粒雜質(zhì)過濾，以及脫離液體中存在的氣體。

6）添加緩蝕劑：通過藥劑成膜隔離來減緩沖蝕與腐蝕的交互作用，進(jìn)而降低沖刷腐蝕。

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