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金属材料的腐蚀疲劳研究进展李玮儒

发表时间：2021/4/16 来源：《中国科技信息》2021年5月作者：李玮儒

[导读] 目前，我国的化工工程建设的发展迅速，由于腐蚀环境无处不在，金属材料极易被腐蚀；在腐蚀与疲劳的双重作用下，其寿命大幅降低。

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摘要：目前，我国的化工工程建设的发展迅速，由于腐蚀环境无处不在，金属材料极易被腐蚀；在腐蚀与疲劳的双重作用下，其寿命大幅降低。对腐蚀环境的分类、影响金属材料腐蚀疲劳的因素、金属材料腐蚀疲劳寿命预测模型与退化规律等方面进行综述，并展望金属材料腐蚀疲劳研究的未来发展趋势。该研究可为增强金属材料的耐腐蚀性提供参考。
关键词：金属材料；腐蚀疲劳；研究进展
        引言：当机械加工中金属材料出现了腐蚀现象时，说明该金属材料的自身强度已经降低了，从而导致机械加工中以金属为主要成份的设备的机械性能有所降低，使用寿命大幅度缩短，造成一定程度的经济损失或者工作失误。近两年来，根据相关调查数据显示，每年我国机械加工中金属材料腐蚀引起的经济损失达到了将近两万亿元，而在全球，每年由于金属材料腐蚀产生的经济损失金额已经庞大到难以估计了。机械加工中金属材料腐蚀不仅造成了大幅度的经济损失，由于金属材料腐蚀严重，导致加工工作中断，重新寻找材料加工，在这一过程中，又需要消耗大量的能源，既增加了时间成本，又造成了大量的不可再生能源损耗。另外，金属材料腐蚀后，对于水资源和土地资源都会有一定的污染，污染程度大的时候可能会产生更加难以预料的经济损失，甚至会危及到生物的生命安全。所以，对机械加工中金属材料腐蚀的防护是迫在眉睫的工作，防护措施的提出基于使金属材料腐蚀的电化学反应、化学反应以及物理反应等其他造成金属材料腐蚀的原因，展开研究。
        1机械制造业中的金属复合材料
        金属复合材料以多种类型的金属材料为基础，经过冶金等工艺处理后得到，相比常规的金属材料而言，此类型材料在强度、耐磨性等方面的表现都更为良好。
        1.1腐蚀的形成和类型
        各类材料都会趋近于某个低能量状态并维持稳定，金属则主要通过金属氧化物的途径而实现，尤其是以金、银为代表的各类贵重金属，此类材料在自然环境的作用下便已经保持氧化物的状态，必须以极为复杂的方法才可从中提取金属，当金属违背意愿回到“不洁净”状态时，便发生了腐蚀。从腐蚀的类型来看，主要有化学腐蚀和电化学腐蚀两类。依据腐蚀的现象进行分类，具体可分为均匀腐蚀和材料某处的局部腐蚀。腐蚀的诱发因素错综复杂，对切削技工而言，各腐蚀类型中，最为常见的则是因生锈而产生的面腐蚀；在各类机械加工设备中，则以电化学腐蚀为主。
        1.2腐蚀的原因
        金属材料的腐蚀成因中，极为关键的则是电化学稳定性，若电位值为负，材料所具有的稳定性则偏低，其在负值越大的情况下不稳定性则越强，金属离子化更为明显，导致材料发生明显腐蚀。此外，金属合金内部各成分也会对材料的质量造成影响，不同于单项合金材料的是，多项合金发生腐蚀的概率相对更高，原因在于各项的物化性质存在较明显的差异，在遇到电解液后产生的电位也有所不同。例如，在热处理作用下，材料将出现多种金相组织，当得到淬火处理后，各类组织均匀排列，此阶段具备较强的耐腐蚀能力；但进入到回火阶段后，此过程中碳物质的沉淀相析出量明显增多，导致材料的耐腐蚀性发生明显的衰退，若金属表面缺乏平整性，此时发生腐蚀的概率将明显加大。并且，金属在加工阶段将处于较极端的受冷或受热环境中，对于非氧化性的酸性盐类，此类性质的物质将更容易对金属材料的稳定性造成影响，使其发生明显的腐蚀，这一现象明显超过在碱性盐类环境中。

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        2机械加工中金属材料腐蚀防护措施
        2.1合理选择金属材料
        在机械加工中，最直接的防护金属材料腐蚀的措施就是在进行加工之前，合理选择金属材料，从根本上防护。在使用金属材料前，首先，调查清楚该金属材料加工时所处的环境，和该金属材料容易产生腐蚀现象的因素，确保该金属材料所处的加工环境不会增加其腐蚀速度。另外，金属材料的加工环境必须随着材料的不同而改变，例如对于容易发生高温氧化腐蚀的金属材料，要避免在高温环境下进行加工，对于在潮湿环境中容易发生腐蚀的金属材料，在其加工时，应该尽量保持环境的干燥，从而实现减少金属腐蚀。随着工业技术的进步，可以直接对金属材料进行优化，降低其腐蚀性，可以在原始金属材料中添加抑制腐蚀的相关元素，提高其耐腐蚀性，例如在碳钢金属材料中加入铬元素之后，该材料的耐腐蚀性会大幅度提升。
        2.2采用电弧喷涂
        电弧喷涂防止金属材料腐蚀，就是在进行机械加工前，采用电弧喷涂相关的电源，分别把电源的两根金属丝连接到电弧枪的端点处，在两者接触的一瞬间会发生电弧熔化现象，并产生高温液滴，此时，对其进行雾化或者压缩，并将其喷涂到金属材料的表面，从而在金属材料的表面直接形成保护涂层。这一方法中，金属丝熔化时，其温度能够达到6000摄氏度，极高的温度降低了高速型喷涂颗粒和半熔化金属丝产生，当高温度的喷涂粒子撞击到图层上时，涂层与基体直接强势结合，保证了该电弧涂层的强大的牢固性，能够使其在弯曲和被激烈碰撞的情况下，依然保持完整性，不会发生脱皮的现象。另外，电弧喷涂层有很高的防腐作用，在极易发生腐蚀的环境下，即使金属材料的防腐涂层已经发生了破损，该涂层仍然具有保护下面的金属材料的作用，能够有效地阻止腐蚀进一步蔓延。
        2.3采用阴极保护法
        阴极保护法是以电化学反应为基础，将机械加工中金属材料腐蚀的部分转化为电池的阴极。而阴极保护法可以细分为两种相反的方法，一种是牺牲阳极保护阴极法，另一种是直接外加电流保护阴极。在机械加工中，比较适用的方法是牺牲阳极保护阴极法，所用金属材料为铝、锌等比较稳定的合金金属，用金属材料中的电极电势低于被保护金属的材料做阳极，使其形成腐蚀电极，从而保护了作为阴极的金属。需要注意的是，在进行该方法时，需要充足的电位，并且保证作为阳极的金属的极化率足够小，其表面不能生成抗腐蚀的保护膜，且阳极溶解过程必须均匀，以保证整个过程实现最高效，达到最佳腐蚀防护效果。
        2.4表面涂料
        表面涂料是最直接的物理金属材料腐蚀防护方法，就是直接在金属材料的表面涂上油漆，形成油漆涂层进行腐蚀防护。在金属材料表面形成油漆涂层之后，就相当于直接把金属材料与外界的诱发化学反应的介质阻断开，从而阻止其中的电子交换，降低金属材料出现腐蚀。另外，对于油漆涂层的选择应该根据金属材料的特性和机械加工的环境进行灵活变更，进行表面涂料前，需要根据金属特性和加工环境选择适当的油漆，在机械加工过程中，及时对油漆图层进行维护和修复，定期对其进行检查，延长该图层的使用寿命，进而延缓该金属材料的腐蚀。
        结语
        简言之，金属材料的综合使用效果较好，在机械制造业得到广泛的应用，但金属材料容易受到温度、酸碱度等因素的影响，从而发生不同程度的腐蚀现象，不利于材料的正常使用。在生产制造过程中，需通过多种手段防护金属材料，提高其耐腐蚀能力。
参考文献
[1]刘铖铖.机械加工中金属材料腐蚀与防护措施[J].低碳世界,2020,10(06):220+222.
[2]魏者聪,高阳,王长红,等.化工机械设备电化学腐蚀与防护方法研究[J].粘接,2019,40(10):107-110.
[3]郭静.金属材料的表面腐蚀与防护措施分析[J].科学技术创新,2018(21):171-172.