机械产品耐腐蚀材料的合理选择

作者：贵州工业大学 丁旭 孙丽华

欢迎访问e展厅 展厅 2 复合材料/胶粘剂展厅 阻尼材料, 环氧树脂, 密封胶, 硅胶, 厌氧胶, ... 摘要：从传统机械设计及制造的内涵扩大上论述了机械产品或装置耐蚀材料的选择原则或应考虑的因素。 关键词：机械产品；耐蚀材料；选择原则 在科技及社会经济高速发展的今天，机械工业的产业结构、产品结构、生产工艺已发生了很大变化，机械设计及制造的内涵已扩大。其服务对象已由传统的主要为工业机器生产(零部件)扩大到生产一般工业品、日用品等轻化工方面，从而使产品设计及制造的选材范围已逐渐扩大。目前绝大多数机械工程技术人员在设计、制造工业品时，材料的选择多是从机械性能、工艺性能、材料及加工的低成本方面考虑的，而在涉及到要求耐腐蚀的机械产品(含机器零部件、化工装置、家用电器、装饰装璜用品、工艺品、玩具等等)的选材时，则往往存在考虑上的欠缺(而大多数学化工的防腐蚀工程师又不太熟悉机械设计及工艺)。由于腐蚀会造成设备运转事故，增加设备或工业品维护成本，降低产品美学价值，从而影响了企业生产及产品的市场竞争力。腐蚀的产生蕴育于制造、安装或使用等各阶段中，而材料的选择却是解决问题的关键。 任何一种材料只是在一定的介质和工作条件下才具有特定的耐蚀性。同一类材料也因牌号很多、成分有别、性能也各有差异。显然，耐蚀材料的选择是产品设计中一项细致而复杂的工作。为此，应先了解产品的结构特点、使用性能、使用价值、使用环境(如受力状况、腐蚀介质种类及浓度、温度、物料状态、是否要求导电、绝缘或散热，以及密度及磁性要求等)及寿命，再结合所掌握的材料特性或查相关资料或作必要辅助实验，在材料使用性、加工性，耐用性及经济性(特别是制成的产品的综合经济性)等方面作出综合评价，选出最合理的耐蚀材料。 1　应先选择对使用介质及工作条件有耐蚀性的材料，这是防止产品失效最积极的措施(特别对易造成重大灾难及不易维护的场合)。此时，应了解不同材料在此介质及工作条件中可能的腐蚀形式，如金属的均匀府蚀、应力的腐蚀、电偶腐蚀、点蚀，陶瓷的化学溶解及塑料的老化、溶胀等，再考虑相关因素选择合适的材料。如一般碳钢、低合金结构钢在常温硝酸、浓碱液、浓硫酸、浓氢氟酸中很耐蚀；纯铝特耐浓硝酸腐蚀；钛在氧化性介质中比大多数不锈钢耐蚀，特别是在海水中更突出(不易产生点蚀及应力腐蚀)，是制作海水中热交换器的极佳材料；氮化硅陶瓷除氢氟酸外，能耐各种酸和碱腐蚀，也能抗熔融有色金属的侵蚀。 2　温度不高及受力状况允许下优先选择塑料(含塑料、橡胶衬里及玻璃钢)。因为塑料对大多数酸、碱、盐的耐蚀性比一般金属好，且成形加工容易，成本也较低，还可节约贵重金属(如铝、铅、不锈钢等)，并且不会产生应力腐蚀，电偶腐蚀等电化学腐蚀(但相当部分易老化及受部分溶剂影响)，制成的装置或产品不用维护或易于维护。如聚丙烯除浓酸、浓硫酸等强氧化性介质外，几乎耐各种酸、碱、盐腐蚀(仅少数溶剂可使其溶胀)；耐酸酚醛(用耐酸石棉填充)特别能耐各种浓度盐酸、低中浓度硫酸腐蚀；而聚四乙烯在强酸、强碱、强氧化剂甚至“王水”中都不腐蚀，耐各种溶剂，耐候性特好，吸水率几乎为零，已广泛应用于各种耐蚀零件、结构及涂层上，另外，塑料在工业中广泛的应用已导致机械设计及工艺的巨大变化，导致了传统金属加工业的日益萎缩(如在电器、玩具、建材、装饰装璜、工艺品甚至机器生产、化工装置、汽车、飞机上)导致了产品的更新换代及市场的激烈竞争，也导致了传统机械工业企业产业结构、产品结构、生产工艺的调整变化及机械工业内涵的延伸。这一点，是我们同传统金属材料打交道的机械工程技术人员应注意和弥补的。 3　对容易产生腐蚀和不易维护的部位，以及对产品美学价值影响较大的部位，应选耐蚀性高的材料，以减少腐蚀造成的损失，美学价值的降低或降低维护成本，如高楼防护栏选不锈钢，轿车雨刮器用不锈钢发黑处理代碳钢涂饰来制造等。耐蚀性高的材料不一定成本就高，如碳钢常用于制浓硫酸贮罐等，而聚氯乙稀、聚丙稀、耐酸酚醛等原料价格目前在5500～8000元/吨，用其批量生产成产品时，生产成本也不高(不少还低于金属件)。 4　对金属材料，不仅要注意材料品种牌号，还应选择腐蚀倾向小的热处理状态(如18-8不锈钢的固溶处理等)。因为不同的相及组织，有时使耐蚀相差较大。另外，不同材料组合接触时应注意可能产生电偶腐蚀(此时，最好考虑用单一金属品种材料，或作绝缘处理，或选塑料、陶瓷等不导电材料)。 5　所选材料除应满足要求的耐蚀性外，还应满足产品或装置工作时的力学性能，物理性能(如耐热性、绝缘性、密度、导磁性等)，成形加工性等。如高温介质，可选不锈钢或陶瓷；高压介质可选钢(含钢衬塑料、橡胶)或玻璃钢；绝缘保温可选塑料或陶瓷；质轻无磁性可选塑料、铝、钛等；要拼焊的大型工程结构选可焊性好的低碳合金钢、奥氏体不锈钢或玻璃钢等。 6　对受力较大的结构或产品的材料选择时，还应注意防止应力腐蚀开裂或腐蚀疲劳(主要针对金属材料)。不少材料不受力时还耐腐蚀，但受一定拉应力或交变应力后，力学性能明显下降，易产生应力和介质其同作用下的腐蚀脆性断裂，从而造成意外灾难。不同金属材料的应力腐蚀破裂有其产生的特定介质，还与成份有关(如含钼的奥氏体不锈钢、高铬高镍不锈钢、双相不锈钢的抗应力腐蚀性就比其它不锈钢好得多)，可查有关资料确定。 7　所选材料的经济性——有最高的综合效益。其包含以下几方面： (1)是所选材料易购价廉，成形加工费用低，用其制造的装置或产品在使用周期内维护费用低，并在这几项之间作最低成本的平衡。这样的选材思想在强调“经济实用”(功能)的不直接面对视觉的工厂内部生产装置、大型结构、产品内部零部件等场合表现最突出。此时，耐蚀材料的选择应注意与各种防腐蚀工艺措施——镀层保护、涂层保护、缓蚀剂使用、电化学保护及临时性保护等的合理配合(特别是对一般钢铁材料)，并考虑设备或装置维护费、停产检修可能造成的产值损失及附带其它损失，以及银行利息等因素，在使用周期内选择综合成本最低的耐蚀机械产品材料。对于弱腐蚀条件下及某些不易造成重大腐蚀灾难的场合，或使用寿命不长的某些产品，选用力学性能、物理性能及成形加工性好而价格又低的材料，既使材料不太耐蚀，但如能采取经济合理的防腐蚀措施(如电化学保护、涂层、镀层保护等)达到耐蚀目的，或在使用寿命内能满足产品功能，也是合理的方案。 (2)是所选材料能使制造的产品利润最高，有最大的市场回报，或有很高的社会价值。此时，不过分计较材料成本费用及加工费用，也不太计较产品的功能与材料耐蚀性的合理匹配。这样的选材设计思想在设计、制造一些时尚化、高贵化的面对消费者视觉或心里感觉的产品上表现突出，如小轿车内外饰件、家电、工艺品、建筑装饰装璜件等方面常选保光保色特别好(即特耐蚀)的材料(甚至贵重材料)来制造。同时，也利于保持产品长期价值，刺激购买力或维护企业形象。 特别地，对工业装置的材料选择，不能只注意到某种材料与环境作用可能产生的腐蚀。因为我们实际遇到的设备装置常由多种材料组成，并受各种力及不同热作用，是一复杂的系统，是否合理的结构设计、安装、使用及维护都会对设备或产品的抗蚀性产生影响。此时，除应注意借鉴以往类似经验资料外，还可进行相应的腐蚀试验甚至现场试验来选择最合适耐蚀材料。 (end)

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