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三、沖刷腐蝕的機理

由機械磨損和電化學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，而是腐蝕電化學與沖刷力學因素相互影響產生交互作用所致。

1）沖刷影響腐蝕的機理：流體沖刷造成材料局部酸化，加速材料腐蝕速率，并阻止產物膜的形成。流體噴射引起流體形態的劇烈變化，促進傳質過程，加速材料腐蝕過程。造成了材料表面材料鈍化膜/保護膜的減薄、破裂或使材料發生塑性變形，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，降低了材料的機械性能，促進沖刷作用效果。電化學腐蝕作用造成了材料表面的不均勻性，在顆粒的沖擊下導致產物膜易脫落，使得基體暴露于沖刷環境，腐蝕速率顯著增加。晶界、相界面處優先發生腐蝕侵蝕，這些部位更加容易被固體顆粒沖刷剝落。

特別地，有研究發現沖刷與腐蝕的交互作用也會存在負值現象。這是因為在材料表面形成致密的鈍化膜/保護膜，并迅速生長和硬化，抑制材料傳質過程，降低了固相顆粒的磨損效果，腐蝕速率顯著下降。交互作用負值的出現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，包括材料物理化學性質、介質特性、流體力學等。因此，根據不同的腐蝕體系和具體情況，沖刷腐蝕表現表現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，會直接影響到沖刷腐蝕機理及其變化。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同效應增強，腐蝕速度增大；當流速增大到某一個臨界值時，試樣表面出現坑、點等局部腐蝕。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

流體流態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、由于很多電化學腐蝕過程是擴散控制或混合控制體系，因而與反應物向材料表面的傳輸以及腐蝕產物向溶液本體的傳輸過程會受流體流態影響；另一方面，不同流體流態（層流或紊流）下所引起的流體力學損傷形式和效果也不相同。

通常認為，流態包括層流和湍流，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重。

03 溫度

在溫度較高時，流體中沙粒的運動受液體流動的影響較小，導致更多沙粒撞擊金屬表面；熱力學驅動力增大，金屬反應活性升高。微觀觀察顯示：在溶液溫度上升的條件下，電極表面腐蝕區域范圍擴大，裂縫和腐蝕點數目增多。因此，高溫流體往往造成的沖刷腐蝕嚴重。

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生屏蔽效應，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為剪切應力和正應力。剪切應力通過削薄甚至移除鋼表面的氧化膜而增強沖刷腐蝕，而正應力則是通過撞擊或損傷電極表面而產生孔洞。當沖刷角小于45°時，剪切應力占主導地位；大于45°時，正應力占主導地位。

06 金屬表面狀態

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生保護性質的鈍化膜以及鈍化膜破裂后能否快速修復，是金屬表面在沖刷腐蝕中一個關鍵的問題。若沖刷速度低時，沖刷所造成的機械破壞作用較小，同時沖刷過程加速了氧的運輸，這對金屬表面的鈍化膜的修復作用大于破壞作用，從而材料出現自鈍化現象，減弱了沖刷腐蝕；當沖刷速度高時，沖刷的機械作用占主導地位，鈍化膜被破壞的速度大于膜修復的速度，造成材料表面被活化，增強了沖刷腐蝕。

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蝕電位較低。經過泥漿沖刷后，粗糙度較高的材料的點蝕電位會升高，較光滑試樣的點蝕電位會降低。點蝕電位降低會增加材料發生點蝕的可能性。

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不同導致的。

08壓力

若流體中存在CO2、H2S等腐蝕介質，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，從而通過增加腐蝕速率促進沖刷腐蝕的效果。

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

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

5）凈化流體介質：將流體中存在的顆粒雜質過濾，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，進而降低沖刷腐蝕。

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