页数：9页文件大小：33.8 KB来源： 轮机维护与修理ppt课件
本课件为第三章船机零件的腐蚀的讲义文字版，阐述金属腐蚀的分类与腐蚀速度指标、化学腐蚀与电化学腐蚀的原理、船上常见的电化学腐蚀形式，以及气缸套穴蚀的机理与防护措施。
面呈负电并吸引溶液中的正离子靠近金属表面，形成双电层，在界面上产生电位差。所以，金属和溶液界面的电位差称为金属的电极电位。金属的电极电位越负，表示金属越容易离子化，既不耐腐蚀；电极电位越正，金属越耐蚀。
全面腐蚀是机件整个表面上发生的腐蚀，一般多为全面不均匀腐蚀。局部腐蚀是机件表面上局部发生的腐蚀，而表面上其它部分几乎不发生腐蚀。局部腐蚀较多，危害有比全面腐蚀严重，往往会发生突然破坏，以致造成机件的损坏，甚至恶性事故。
这些物理和力学性能的变化可以反映金属被腐蚀的程度。通常利用其不同破坏形式的变化率表示金属腐蚀的速度。在均匀腐蚀条件下，采用重量指标、深度指标、容量指标和电阻变化率等表示腐蚀速度。
零件因腐蚀使其质量在腐蚀前后不等，其差值为腐蚀前与清除腐蚀产物后的质量之差。当腐蚀产物牢固地沉积在零件表面上时，其差值仍为腐蚀前后质量之差，只不过前者为矢量，后者为增重。
h）；W0————零件腐蚀前重量，g；W1————清除腐蚀产物后的零件重量，g；W2————带有腐蚀产物的零件重量，g；S————腐蚀面积，m2；t————腐蚀时间，h。
工程上多用构件的腐蚀深度或减薄的程度来衡量其寿命。此法非常适用于衡量密度的各种金属的腐蚀程度。
p——金属的密度，g/cm3。
此法特点是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。
R1——腐蚀后的电阻。第一节化学腐蚀一、化学腐蚀金属与周围介质(非电解质)直接发生化学作用引起的破坏称为化学腐蚀。腐蚀过程中不产生电流。化学腐蚀分为气体腐蚀和有机介质腐蚀。
金属与介质中的氧化剂直接作用后在金属表面生成一层氧化物薄膜，即腐蚀产物。金属能否继续被腐蚀取决于膜的结构及与基体的结合强度。碳钢零件在560℃以下被氧化，生成Fe2O3或Fe3O4的结构致密、基体结合牢固的稳定膜，可阻止氧原子的扩散，保护金属不再被氧化。
在560℃以上氧化生成FeO的结构疏松、与基体结合不牢的膜，氧原子易于穿过使金属继续氧化，膜的厚度增加，当达到一定厚度时脱落。
金属的高温氧化曾被视为典型的化学腐蚀。
因为金属表面的介质已由气相变为既能电子导电又能离子导电的氧化膜。所以，金属的高温氧化不再是单纯的化学腐蚀。金属在有机介质中的腐蚀，有机介质为不导电的非电解质介质，例如有机酸、卤代化合物和含硫的化合物等。实际生产中纯化学腐蚀的现象较少，例如铝在四氯化碳、三氯甲烷或乙醇中；镁或铁在甲醇中；金属钠在氯化氢气体中的腐蚀都属于化学腐蚀。
但实际上这些介质中都含有少量水分而使有机介质不纯，使化学腐蚀变为电化学腐蚀。
重油燃烧后产生灰分，灰分是一些氧化物、无机盐和低共熔混合物。重油中含有钒、钠、硫的化合物，燃烧后生成这些元素的氧化物或硫酸盐，如V2O4、V205、Na2O和Na2SO4等以及低熔混合物。
这些物质的熔点较低，例如V2O5的熔点为675℃，Na2O·V2O5、5Na2O·V2O4·11V2O5和60%Na2SO4十40%V2O5的熔点分别为640℃、535℃和330℃。
高温下钢铁零件上附着熔化或软化的钒钠化合物后，由于V2O5是酸性氧化物，直接与金属接触使其表面上的氧化膜被溶解，裸露的基体金属不断被氧化而形成腐蚀麻点或凹坑。如排气阀盘面上的孔洞。零件金属温度越高，腐蚀速度越快，后果越严重。
柴油机燃用重油为发生高温腐蚀提供了条件，但并非燃用重油就必然发生高温腐蚀，还必须具备：(1)零件冷却不良，温度在550℃以上时，足以使钒、钠化合物处于熔化状态附着于零件表面；
当灰分中V2O5/Na20≈3时，软化温度由600℃降至400℃，灰分非常易熔，所以腐蚀速度急剧增加；而V2O5/Na20在1左右时，腐蚀速度最小，因为软化温度高于零件温度而不会发生腐蚀。
排气阀等的高温腐蚀，可选用含钒、钠、硫少的燃油，控制其成分；加强燃烧室零件的冷却，使零件温度在550℃以下等。此外，还应注意零件材料的选择，对腐蚀环境下工作的零件应选用耐腐蚀性强的材料。第二节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产生的破坏称为电化学腐蚀。电化学腐蚀过程中产生电流。
电化学腐蚀是自然界和生产中最普遍和最常见的腐蚀，破坏作用也显著。
金属在大气、湿空气、海水、土壤及酸、碱、盐溶液中都能发生电化学腐蚀。在船上，船体和船机发生电化学腐蚀的部位和零部件较多。
图3-l的Fe-Cu电池示意图中，铁板和铜板分别为阳极和阴极，同装于盛有电解质溶液(如稀硫酸)的容器中，并用导线连接两极。电池反应发生后导线中有电流通过。
电化学腐蚀中，腐蚀电池起着重要作用。依电池中电极大小分为宏观电池与微观电池。
两种金属的电位差越大，腐蚀也越严重。例如，Fe-Cu电池、海水中船的碳钢尾轴与铜质螺旋桨等也构成这种电池。2)浓差电池同一金属的不同部位与浓度(含氧量或含盐量)或温度不同的介质接触构成的电池称浓差电池。最常见的有氧浓差电池、盐浓差电池和温差电池等。金属与含氧量不同的介质接触，在氧浓度低处金属的电位较低；氧浓度较高处金属的电位较高。
例如铁棒埋于土壤中，因土壤深度不同含氧量不同，氧的浓度不同，则氧的分压不同。
浓度越高分压越大，铁棒的电位越高，否则电位越低，于是构成氧浓差电池，使深埋于土壤中的铁棒端腐蚀最严重。同样，分别插入浓、稀硫酸铜溶液中的铜棒两端电位不同，稀硫酸铜溶液中的棒端电位低，另一端电位高，构成盐浓差电池。浸于电解质溶液中的金属当不同部位的温度不同时构成温差电池。例如，换热器的高温端比低温端腐蚀严重。
零件金属表面电化学不均匀性是由于金属表面的微观不均匀性引起的，主要有：1化学成分不均匀性工业用的金属材料不同程度含有杂质、或有偏析，使金属表面化学成分不均匀。金属、杂质、非金属夹杂物的电极电位不同，当有电解质溶液时就会构成无数微小电池，如图3-2（a）。2金属组织不均匀性零件金属材料中不同的金相组织和晶体缺陷具有不同的电极
电位，在有电解质溶液的情况下就会构成微电池，如图3-2（b）所示。
例如，螺旋桨与尾轴、离心泵的叶轮与轴等。
例如，工程上连接件的结合面缝隙处、气缸套与气缸体下部密封圈的缝隙处，因充气不足或冷却水的停滞使氧浓度低。此处金属为阳极与附近氧浓度高处金属，即阴极构成氧浓差电池，发生氧浓差腐蚀。
例如黄铜制件的脱锌—黄铜在酸性或盐溶液中构成无数微电池使锌被腐蚀；又如铸铁气缸套外圆表面在冷却水中发生铁素体被腐蚀的(仅剩下石墨)微观电化学腐蚀。
例如黄铜制件的季裂就是这种应力腐蚀。
船舶常年航行在海上，在海水与海洋大气包围之中，船体、甲板机械和与海水接触的零部件等受到严重的腐蚀。如船体钢板、螺旋桨、尾轴、舵及甲板机械——起货机、起锚机、绞缆机等。此外，柴油机的空冷器、冷却器、冷凝器、空气压缩机的机体、各种海水管等都与海水接触，均会受到海水腐蚀。
海水由于含盐高而成为腐蚀介质，盐分总量为3.5%～3.7%，在世界大洋中海水的成分和总盐度恒定，内海则因地而异。
海水中的盐类主要是氯化物(NaCl、MgCl2)，其次是硫酸盐(MgS04、CaSO4)。由于海水能离解盐类，所以海水是一种导电性很强的电解质溶液。海水中的大量氯离子，能使零件金属表面的氧化膜遭到破坏，因而海水对大多数金属有很强的腐蚀作用。腐蚀可能是微观电池作用，也可能是宏观电池作用。钢铁在海水中的腐蚀速度为0.13mm/a。
如果海水流速增加、海水温度升高等还会加速海水腐蚀。
此外，海水中的含氧量、pH值、海洋生物等物理、化学因素都会影响海水腐蚀速度。
另外，由于电化学腐蚀破坏的形式较多，每种破坏形式都有其产生的具体原因和条件，所以防止腐蚀的方法也是多种多样的，根据不同情况选用不同方法。
2阴极保护利用电化学腐蚀原理使被保护零件成为阴极则可防止腐蚀，一种方法是将被保护零件与外加直流电源的负极相连，用外加阴极电流使阴极电位向负的方向变化，阻止腐蚀过程的进行。另一种方法是牺牲阴极保护法，即在被保护零件上安装电位更低的金属使之成为阳极，被保护零件成为阴极而不被腐蚀。例如，在船体钢板上、气缸套外表面上安装锌块。
3阳极保护将被保护零件与外加直流电源的正极相连，用外加电流使阳极电位向正的方向变化，腐蚀速度迅速降低并保持一定的稳定低电位，使阳极钝化降低腐蚀。
4介质处理除去介质中促进腐蚀的有害成分。例如，锅炉给水的除氧处理；调节
介质的pH值和改变介质的湿度；在介质中添加阻止和减缓腐蚀的物质，例如常在柴油机冷却水中添加铬酸盐、亚硝酸盐等无机缓蚀剂，使在零件金属表面上形成钝化膜，抑制阳极腐蚀。此外，还可在冷却水中添加乳化防锈油。
5表面覆盖保护膜在零件表面上覆盖一层金属或非金属保护膜，使与腐蚀介质隔开防止腐蚀，如采用电镀、电刷镀、喷涂或磷化、氧化处理等工艺在零件表面上形成金属膜或非金属膜。
6加强维护和管理轮机员应对船上容易发生腐蚀的零部件加强维护管理，防止或减少腐蚀。船舶动力装置中凡与海、淡水和湿空气接触的零件、构件和管系均有发生电化学腐蚀的可能，故应：定期进行柴油机冷却水处理；适时更换船体钢板上和缸套冷却侧上的防腐锌块；选用低硫燃油，若燃用含硫高的燃油时采用与之匹配的碱性气缸油；加强柴油机和尾轴润滑油的定期检验；
机件经碱洗后，一定用清水彻底清洗和涂油保护。
第三节穴蚀穴蚀是水力机械或机件与液体相对高速运动时在机件表面上产生的一种破坏。穴蚀又称空泡腐蚀，或气蚀。穴蚀也是一种局部腐蚀。穴蚀的特征是机件金属表面上聚集着小孔群，呈蜂窝状或呈分散状的孔穴。孔穴表面清洁无腐蚀产物附着，孔穴直径一般在1mm以上。
例如，柴油机气缸套外表面上穴蚀小孔直径为l～5mm，最大可达30mm，孔深可达2～3mm，严重时穿透缸壁。
船机零件发生穴蚀破坏的除柴油机气缸套外，还有轴瓦、喷油泵注塞、螺旋桨桨叶及离心泵叶轮等。机件穴蚀破坏日益引起人们的关注，尤其是缸套穴蚀已是船用发电柴油机的重要问题，引起国内外的重视与研究。
随着柴油机的功率增加、强载度提高和高速、轻型化，气缸套穴蚀破坏就成为妨碍柴油机正常运转的首要问题，严重地影响柴油机的工作可靠性和气缸套的使用寿命。一般说来，船用中速和高速筒状活塞式柴油机，特别是高速、轻型大功率柴油机，不论是开式冷却还是闭式冷却，气缸套都有不同程度的穴蚀。
例如，12V180型、6150型等高速柴油机，6300型、6250型、8NVD48A-2U型等中速柴油机。
有的柴油机投入运转不久(仅几十小时)就会在气缸套外圆表面上出现穴蚀小孔，甚至柴油机运转不足千小时缸套就因穴蚀穿孔而报废，此时缸套内表面尚未磨损。二冲程十字头式低速柴油机气缸套基本不发生穴蚀破坏。1.穴蚀部位缸套穴蚀发生在湿式气缸套外圆表面上，一般集中在柴油机的左右侧方向，特别是承受侧推力最大一侧的偏上方；
冷却水进口、水流转向处和水腔狭窄处对应的缸壁上；
缸套下部密封圈附近缸壁。穴蚀小孔呈蜂窝状或呈分散状，如图3-3所示。缸套冷却水腔除缸套穴蚀外，不应忽视气缸套和气缸体材料的差异和材料内部的各种电化学不均匀性导致的宏观和微观电化学腐蚀。这两种腐蚀同时存在或交替进行均会加重缸套的腐蚀。此外，冷却水(海水或淡水)的水质、含气量、流速等均对穴蚀有影响。2.气缸套穴蚀机理
1）一般穴蚀机理迄今为止，关于穴蚀机理的论述很多，其中较为普遍接受的一种理论认为：机件发生穴蚀的先决条件是机件浸于液体中，并与液体有相对运动，或机件在液体中受到某种能量的传递作用，形成液体中的局部瞬时高压或瞬时高真空。在瞬时高真空区，液体汽化形成气泡，或溶于水中的空气以空泡形式从液体中分离出来；
在另一瞬间形成高压时，空泡、气泡被压缩，泡内气体迅速液化而使气泡溃灭，这时周围液体急速冲向溃灭处，产生极强的冲击波作用在金属表面。
频繁地冲击，使机件表面金属逐渐剥落。与此同时，金属表面还产生微观电化学腐蚀，两种腐蚀交替进行共同作用致使机件穴蚀破坏。2)气缸套穴蚀机理柴油机气缸套外圆表面与气缸体(或机体)构成冷却水空间，在狭小的环形通道中流动着淡水或海水。柴油机运转时，由于缸套和活塞之间的间隙，活塞在侧推力作用下不断地冲撞着缸壁的左、右侧，使气缸套产生高频振动。
缸套高频振动和缸壁的弹性变形使冷却水空间的容积交替地增大和减小，冷却水相应交替地膨胀与被压缩。
膨胀时受拉伸作用形成瞬时低压，被压缩时形成瞬时高压。此外，冷却水进口和流动时产生涡漩使冷却水通道内压力变化，也会形成瞬时高压或低压。在瞬时低压时产生气泡，瞬时高压时气泡溃灭，缸套外圆表面频繁受到冲击和微观电化学腐蚀作用而破坏。灰口铸铁气缸套，在高达1GPa冲击力作用下，缸套表面微小局部金属发生塑性变形，不断地作用使金属疲劳而剥落。
此外，缸套振动能量的转化、液体间摩擦和气泡破裂时产生大量的热，缸套表面局部产生高温使金属达到熔化状态，高压作用下更易造成金属破坏，剥落后形成针孔，冲击波的继续作用和电化学腐蚀使孔穴增多、增大。
缸套穴蚀与柴油机的机型、结构、爆发压力、冷却水腔和冷却介质、柴油机的工艺参数等有关。1)缸套振动柴油机运转中气缸套高频振动是产生穴蚀的根本原因，缸套振动强度与以下各点有关：1活塞与气缸套之间的配合间隙活塞在气缸中运动时，活塞对气缸壁的冲击能量的大小取决于活塞质量和活塞在气缸中横摆时的速度。
活塞质量固定不变，但速度随着活塞与缸套之间的配合间隙的增加而增大。
所以，活塞对缸壁的冲击能量取决于活塞与缸套配合间隙的大小。配合间隙大，活塞横摆加速度大，冲击前壁能量大，则缸套振动增强。2缸套刚度缸套刚度直接影响缸套的振动。刚度大，受活塞冲击时缸套变形小，振动小，可有效地防止穴蚀。缸套刚度除与其材料有关外，还与缸套壁厚和纵向支承跨距的大小有关，缸壁厚度增加，支承跨距缩短，缸套刚度增大。
气缸套与气缸体(机体)之间的配合间隙对缸套的刚度亦有影响。
如果柴油机缸套与缸体铸成一体，缸套刚度增大，可有效地防止穴蚀。3冷却水腔结构冷却水腔通道太窄，水流速度增高，容易产生空泡。柴油机设计时要求冷却水腔内水流速度应小于2m/s，水腔宽度t为14%D(D为气缸套内径)或不小于10mm，各处均匀一致，水流畅通不形成死水区和涡流区，有利于降低缸套穴蚀。
4115型柴油机把冷却水腔最窄处由1.5mm增至7mm，大大降低缸套穴蚀。
2）冷却水温度与压力冷却水温度过高将加速腐蚀的进程，但也不宜长期水温过低。实验表明，钢铁和铝等金属材料在淡水温度为50～60ºC时穴蚀严重，随着水温的升高，穴蚀破坏减轻。从发挥柴油机的效能和降低腐蚀、穴蚀出发，冷却水腔淡水温度在80～90ºC为好。冷却水压力高可以抑制空泡的形成，减少穴蚀的发生。但冷却水压力提高将使其温度升
高而加速穴蚀。
例如l2V180型柴油机缸套外表面镀镉，8300型柴油机机体冷却水腔表面涂环氧树脂，防腐蚀和防穴蚀效果较好。2在冷却水腔内安装锌块实施阴极保护防止电化学腐蚀例如6300型、8300型柴油机气缸套外表面安装锌带并坚持定期更换取得防止穴蚀的良好效果。
3在冷却水中加入缓蚀剂例如乳化油缓蚀剂或被膜缓蚀剂，使在缸套外表面上形成一层较薄的连续保护膜，不仅可以防止电化学腐蚀，而且可以减弱空泡破裂时的冲击波对缸套外表面的冲击作用，从而减轻穴蚀。
在实践中防止或减轻穴蚀的方法很多，选用时依具体机型、结构和产生穴蚀的原因而定，以取得良好预防效果。
燃油系统中因喷油需要产生瞬时高压和瞬时低压。喷油时系统中处于高压供油，喷油终了会使系统内油压骤然降低。此外，随着柴油机强载程度不断提高，燃油喷射压力和喷油率也相应提高。高的喷射压力容易引起二次喷射使柴油机性能下降，并造成系统的穴蚀。
燃油系统中的高压燃油流动时产生和传播压力波，特别是喷射终了时会使某些部位压力变化很大，甚至产生负压力波，导致气泡产生，高压时又使气泡溃灭产生穴蚀，称为波动穴蚀。柴油机低负荷运转时波动穴蚀较为严重。2.流动穴蚀流动穴蚀主要发生在高压油泵柱塞螺旋槽附近和喷油器针阀截面变化处。
燃油系统中，高压燃油流经通道截面变化处产生强烈节流，压力下降并形成气泡，随后的压力升高又使气泡溃灭而发生穴蚀，称为流动穴蚀。
柴油机高负荷运转时节流作用增大使穴蚀更加严重。燃油系统中不适当的压力波动引起穴蚀，而压力波动主要由于卸载不当引起。所以目前对此进行大量的研究。例如采用缓冲型出油阀、等压出油阀、控制节流和阶梯型螺旋槽柱塞、双锥型针阀等。此外，对容易穴蚀部位采用保护性措施等。
主要发生在主轴瓦和曲柄销轴瓦上油槽和油孔周围，呈小孔群状。轴瓦穴蚀也是由于特定条件下流动的润滑油产生气泡和气泡溃灭所致。防止轴瓦穴蚀的措施，目前主要从轴瓦材料的选择、轴瓦上油槽和油孔的位置及保证润滑油品质等方面着手。螺旋桨桨叶的穴蚀破坏是桨的一种较为严重的破坏形式。主要发生在桨叶叶背边缘处，呈蜂窝状孔穴，成片分布，严重时使桨叶边缘烂穿。
桨叶穴蚀亦是空泡作用的结果。
当螺旋桨在水中旋转时水流从叶背流过，水流速度增大而压力下降，叶面的水流速度减小压力增大。螺旋桨转速越高，叶背处水流速度越快，压力下降越大，当达到该处水温下汽化压力时水汽化生成气泡，随后气泡移至高压区就会破灭，从而使叶背边缘遭到破坏。一般采用在桨叶上涂环氧树脂、改进桨叶叶形和降低桨的转速等方法来防止或减轻穴蚀
破坏。复习思考题1、什么叫极化？它可以分为几类？请图示说明。
它和电偶腐蚀有什么区别？
影响缸套穴蚀的因素主要有哪些？如何防止和减少缸套产生穴蚀？
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