淺談金屬材料的空蝕研究進展分析

摘 要：隨著社會的發展經濟的進步，我國在各個領域上的發展都有著很大的提高，在科學技術水平不斷提高的同時它也帶動了各個產業的發展進步，在新的時代背景下金屬材料在人們的生活中以各種形式得到了廣泛的的應用，隨著時間的推移人們在金屬材料的空蝕方面上的研究得到了很大的進展。文章主要是對于金屬材料的空蝕機理及影響金屬材料空蝕的因素進行分析探討，并對當下的抗空蝕金屬材料的應用加以說明。

關鍵詞：金屬材料；空蝕；進展分析

引言

所謂的空蝕就是氣蝕也稱作穴蝕，它主要是流體在高速的流動以及壓力的變化情況下與流體所接觸的金屬表面上發生的洞穴狀的腐蝕破壞的現象。它主要是對金屬材料上的保護膜進行破壞使得腐蝕的速度加快，其特征是在金屬材料的表面先形成眾多的小麻點而后慢慢的擴大成洞穴。自從19世紀后期在螺旋槳的葉片上發現了空蝕的現象以后相關的理論研究就得到了很大程度上的發展。

1 金屬材料的空蝕機理

由于空蝕所涉及的方面比較的多，包括：化學腐蝕作用、電化學作用、熱效應作用、沖擊波作用以及微射流作用等，損傷的機理相對來說比較的復雜，對于不相同的實驗材料以及不同的金屬材料所得到的結論往往也不同，下面對于普遍存在的空蝕機理進行詳細說明：

第一，沖擊波機理。它是由于液體內的局部壓力變化所引起蒸汽泡的形成和生長以及潰滅而致使空蝕的產生，在液體內的靜壓力如果下降到同一溫度下液體的蒸汽壓時，就會有大量的氣泡產生，當氣泡到達了高壓位置的時候氣泡就會隨之潰滅，而后就會使得氣泡內的勢能就會隨之轉變成內流體的動能形式形成沖擊波，當這種沖擊波經過過流部件的時候就會在其表面產生脈沖式以及應力脈沖式的局部的塑性變形，嚴重的還會產生加工硬化的情況，當流體的沖擊波經過反復的作業后就會在過流部件的表面形成空蝕坑[1]。

第二，微射流機理。它是由于在液體中壓力得到降低從而產生了大量的氣泡，這些氣泡在和過流部件的邊壁進行接觸的時候由于氣泡的不規則所以在潰滅時速度上就會不同，對于遠離壁面的氣泡壁會比較早的潰滅，反之則較晚潰滅，從而形成了向壁微射流，它可以在比較短的時間內就能夠對金屬材料的表面進行定向的沖擊，而它產生的應力和“水錘”的作用一樣[2]。

第三，熱效應機理。當氣泡潰滅會產生很高的氣體溫度，這一高溫作用到過流部件時會在金屬材料的表面發生相變或者是其它的現象，當達到一定的熔點時就會使其熔化，在其表面的張力作用下凝固成球狀物同時在空蝕坑內經過了漩渦水流的力研磨成一個光滑的球體。

第四，化學腐蝕機理。通常來說它與沖擊波機理和微射流機理是相互促進的，空蝕與腐蝕相互的加速，當兩者進行結合的時候對于金屬材料的表面就會造成嚴重的破壞效果。

第五，電化學機理。它是在空蝕的過程當中由于局部的高溫在金屬中形成了熱電偶以及為電池從而引起了金屬材料的電化學腐蝕。在空蝕的過程中金屬材料表面存在著空蝕區和非空蝕區的電偶作用，從而形成了電化學電偶電池加強了氣泡潰滅對于金屬材料的局部力學破壞，由于表面塑性變形在金屬材料的表面就形成了腐蝕電偶作用。

2 影響金屬材料的空蝕因素

空蝕問題是一個較為復雜的問題，在影響因素上也比較多，當下較為常見的因素主要表現在。

其一在金屬材料的硬度上表面狀態以及加工的硬化的影響因素，在同類的金屬材料上表面的硬度愈高所加工的硬化指數就高，抗空蝕性以及表面的光潔度也就愈高；其二就是金屬材料抗疲勞的影響因素，金屬材料的抗疲勞性能愈高其自身的抗空蝕能力就愈強；其三是晶粒尺寸的影響因素，晶粒尺寸愈小金屬材料的抗空蝕性能就愈高；其四是水質方面的影響因素，水質的PH值和純凈度以及電解質濃度對于空蝕的性能都有影響；其五就是溫度的影響因素，溫度的不同對于金屬材料的性能也會產生不同的作用；其六就是第二影響因素固相顆粒對于空蝕有著促進的作用；另外，繞流物體的尺寸對于空蝕也會有影響，尺寸愈大破壞也就愈嚴重[3]。

3 抗空蝕金屬材料在生活中的應用

隨著我國科技的迅速發展，抗空蝕的金屬材料在生活中得到了廣泛的應用，在金屬方面主要是金屬表面涂層材料。以艦船螺旋槳為例，其主要的金屬材料是鋁青銅的抗空蝕材料，在當前主要是用鎳青銅鋁為主，艦船的螺旋槳是艦船驅動的一個非常重要的部件，它的空蝕對于未來的艦船發展都會產生非常大的影響，我國研制的高強超空泡鈦合金于水翼快艇螺旋槳上得到了應用，對于這些材料加以應用在其部件的使用壽命上得到了延長；對于不銹鋼的金屬材料來說價格相對來說比較的昂貴，在廣泛應用上受到了限制，故此在其表面進行涂層可以有效的具有抗空蝕作用[4]。

4 結束語

隨著我國的科學技術的進步，在金屬材料的抗空蝕方面的研究得到了進一步的發展，空蝕是一個相對復雜的過程，我國在這方面還沒有得到一個完善的理論以及空蝕物理模型，僅僅是依靠著材料來進行研究是不夠的，要進行多方面的總結和實際的考察，把不同的學科與之結合起來詳細的對問題進行分析，這樣對于件數材料的空蝕研究的發展會有很好地促進意義。

參考文獻

[1]駱超，吳建華，吳瑜.金屬材料空蝕試驗方法研究進展[J].水利水電科技進展，2012（5）：09-10.

[2]駱素珍，鄭玉貴，姜勝利，等.1Cr18Mn14N雙相不銹鋼在腐蝕介質中的抗空蝕性能[J].腐蝕科學與防護技術，2011（6）：30-31.

[3]柳偉，鄭玉貴，姚治銘，等.激光熔敷鈷合金涂層的抗空蝕和沖刷磨損性能[J].材料保護，2012（3）：19-20.

[4]徐桂芳，秦敏明，雷玉成，等.新型Cr-Ni-Mo和Cr-Ni-Co堆焊合金空蝕性能[J].稀有金屬材料與工程，2011（9）：13-14.

作者簡介：湯大友，男，新疆烏魯木齊人，工作單位：中石油西部管道分公司，職務：助理工程師。