三、冲刷腐蚀的机理

由机械磨损和电化学腐蚀的相互作用引起的金属材料的腐蚀速率就是冲刷腐蚀的速率。目前认为：冲刷腐蚀所造成的总的金属材料损失量，不仅仅是单纯腐蚀及纯冲刷失重的简单叠加，而是腐蚀电化学与冲刷力学因素相互影响产生交互作用所致。

1）冲刷影响腐蚀的机理：流体冲刷造成材料局部酸化，加速材料腐蚀速率，并阻止产物膜的形成。流体喷射引起流体形态的剧烈变化，促进传质过程，加速材料腐蚀过程。造成了材料表面材料钝化膜/保护膜的减薄、破裂或使材料发生塑性变形，位错聚集 ，局部 能量升高 ，从而加速腐蚀。

2）腐蚀影响冲刷的机理：腐蚀作用粗化并破坏材料硬化表面，暴露出材料基体，降低了材料的机械性能，促进冲刷作用效果。电化学腐蚀作用造成了材料表面的不均匀性，在颗粒的冲击下导致产物膜易脱落，使得基体暴露于冲刷环境，腐蚀速率显著增加。晶界、相界面处优先发生腐蚀侵蚀，这些部位更加容易被固体颗粒冲刷剥落。

特别地，有研究发现冲刷与腐蚀的交互作用也会存在负值现象。这是因为在材料表面形成致密的钝化膜/保护膜，并迅速生长和硬化，抑制材料传质过程，降低了固相颗粒的磨损效果，腐蚀速率显著下降。交互作用负值的出现会直接影响到材料总失重量的降低，对于提高材料冲刷腐蚀性能是有益的。

四、影响冲刷腐蚀的因素

冲刷腐蚀的影响因素众多，包括材料物理化学性质、介质特性、流体力学等。因此，根据不同的腐蚀体系和具体情况，冲刷腐蚀表现表现出不同的影响主控因素。

01 流速

流速对冲刷腐蚀的影响作用最为显著，会直接影响到冲刷腐蚀机理及其变化。例如：增大流速既可以增大腐蚀也可以减缓腐蚀，取决于流速对腐蚀机理的影响。在单相和双相流动氯化物体系中，随着流速的增大而协同效应增强，腐蚀速度增大；当流速增大到某一个临界值时，试样表面出现坑、点等局部腐蚀。然而某些情况下增大流速也会减缓腐蚀，例如依靠冲刷掉腐蚀产物来阻止某些局部腐蚀的形成、在高流速条件下加入缓蚀剂来减缓腐蚀等。

02 流态

流体流态对冲刷腐蚀具有十分重要的影响，主要通过以下两方面作用：一、由于很多电化学腐蚀过程是扩散控制或混合控制体系，因而与反应物向材料表面的传输以及腐蚀产物向溶液本体的传输过程会受流体流态影响；另一方面，不同流体流态（层流或紊流）下所引起的流体力学损伤形式和效果也不相同。

通常认为，流态包括层流和湍流，湍流在金属表面的液体搅动程度要比层流剧烈得多，若存在凸出物、沉积物、缝隙、突然改变流向的截面以及其它能破坏层流的障碍，冲刷腐蚀往往更加严重。

03 温度

在温度较高时，流体中沙粒的运动受液体流动的影响较小，导致更多沙粒撞击金属表面；热力学驱动力增大，金属反应活性升高。微观观察显示：在溶液温度上升的条件下，电极表面腐蚀区域范围扩大，裂缝和腐蚀点数目增多。因此，高温流体往往造成的冲刷腐蚀严重。

04 固体颗粒

一般来说，颗粒硬度越高，半径越大，冲刷腐蚀越严重；颗粒浓度越大，冲刷腐蚀速率的绝对值增大。

但是，过大的颗粒浓度反而会产生屏蔽效应，使得冲刷腐蚀效率降低，而且多角颗粒往往比球形颗粒造成更大的冲刷腐蚀。

05 冲刷角度

在含固相颗粒的流体中，流体冲刷作用对冲刷磨损影响较大。流体冲刷角对冲刷腐蚀的影响主要表现为剪切应力和正应力。剪切应力通过削薄甚至移除钢表面的氧化膜而增强冲刷腐蚀，而正应力则是通过撞击或损伤电极表面而产生孔洞。当冲刷角小于45°时，剪切应力占主导地位；大于45°时，正应力占主导地位。

06 金属表面状态

金属材料表面的钝化膜、粗糙度等方面，也会对冲刷腐蚀造成影响。

金属材料表面在冲刷腐蚀中能否形成产生保护性质的钝化膜以及钝化膜破裂后能否快速修复，是金属表面在冲刷腐蚀中一个关键的问题。若冲刷速度低时，冲刷所造成的机械破坏作用较小，同时冲刷过程加速了氧的运输，这对金属表面的钝化膜的修复作用大于破坏作用，从而材料出现自钝化现象，减弱了冲刷腐蚀；当冲刷速度高时，冲刷的机械作用占主导地位，钝化膜被破坏的速度大于膜修复的速度，造成材料表面被活化，增强了冲刷腐蚀。

金属材料的表面粗糙度也是一个很重要的因素。若流体中含Cl-，表面粗糙度较高的材料的点蚀电位较低。经过泥浆冲刷后，粗糙度较高的材料的点蚀电位会升高，较光滑试样的点蚀电位会降低。点蚀电位降低会增加材料发生点蚀的可能性。

07pH值

流体的pH值不同，冲刷腐蚀的速率也不同。例如在流速保持一定的条件下，流体的pH值降低到3.6，在铜镍合金表面无法形成保护膜，耐冲刷腐蚀的能力降低。这是由于金属材料表面生成膜的成分及其性质不同导致的。

08压力

若流体中存在CO2、H2S等腐蚀介质，压力是影响材料冲刷腐蚀程度的第一要素，随压力的升高，腐蚀效果会逐渐增强，从而通过增加腐蚀速率促进冲刷腐蚀的效果。

五、对冲刷腐蚀的防腐措施

1）升级金属材料：在流速高的部位以及流道方向有突变的地方，更换硬度更高的管材，降低冲蚀效果。

2）调整管件尺寸：加大弯头的弯曲半径，或通过前后安装同心异径管来增大弯头的流通直径，以降低流速。

3）改善管件结构：加厚受磨损的部位，或用盲三通代替弯头。当颗粒运动到盲端会聚集成一层保护层，避免了与弯管剧烈摩擦和冲击过程，降低冲蚀的效果。

4）优化工艺参数：若降低流速，流体对管件的冲蚀依然存在等问题，应充分分析的基础上，判断判断流体对管件的冲蚀位置，使该位置避开最高应力区和连接焊缝区，最好是在最低应力区。

5）净化流体介质：将流体中存在的颗粒杂质过滤，以及脱离液体中存在的气体。

6）添加缓蚀剂：通过药剂成膜隔离来减缓冲蚀与腐蚀的交互作用，进而降低冲刷腐蚀。

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