海洋工程中海水閥門(mén)的選型
腐蝕介質(zhì)中的金屬摩擦副無(wú)論其是否具有耐腐蝕特性，均承受著腐蝕與磨損的共同作用，并極可能導(dǎo)致其耐蝕性及耐磨性的加速惡化，了解不銹鋼閥門(mén)在特殊介質(zhì)中的摩擦學(xué)行為變化及規(guī)律是近年來(lái)摩擦學(xué)研究的熱點(diǎn)。海水是自然界典型的腐蝕介質(zhì)，研究海洋環(huán)境中金屬閥門(mén)的腐蝕與磨損之間的協(xié)同作用機(jī)理及規(guī)律對(duì)提升海洋裝備性能具有重要的意義。
要對(duì)海洋工程的海水閥門(mén)進(jìn)行選型，美國(guó)威盾VTON品牌的工程師認(rèn)為必須選了解海水的元素含量和特征，海水中溶解有各種鹽分，海水鹽分的成因是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，與地球的起源、海洋的形成及演變過(guò)程有關(guān)。一般認(rèn)為鹽分主要來(lái)源于地殼巖石風(fēng)化產(chǎn)物及海底火山噴出的可溶化合物。另外，的河流每年向海洋輸送5.5×1015g溶解鹽，這也是海水鹽分來(lái)源之一。從其來(lái)源看，海水中似乎應(yīng)該含有地球上的所有元素，但是，由于分析水平所限，已經(jīng)測(cè)定的僅有80多種?，F(xiàn)將其中重要的一些元素列于下表。
海水中最重要的溶解元素的化學(xué)形態(tài)和濃度
元素 | 平均濃度 | 單位(kg/海水) | 元素 | 平均濃度 | 單位(kg/海水) |
Li | 174 | μg | As | 1.7 | μg |
Fe | 55 | ng | Na | 10.77 | g |
B | 4.5 | mg | Br | 67 | mg |
Ni | 0.50 | μg | Mg | 1.29 | g |
C | 27.6 | mg | Rb | 120 | μg |
Cu | 0.25 | μg | Al | 540 | ng |
N | 420 | μg | Sr | 7.9 | mg |
Zn | 0.40 | μg | Si | 2.8 | mg |
F | 1.3 | mg | Cd | 80 | ng |
P | 70 | μg | I | 50 | ng |
S | 0.904 | g | Cs | 0.29 | μg |
Cl | 19.354 | g | Ba | 14 | μg |
K | 0.399 | g | Hg | 1 | ng |
Ca | 0.412 | g | Pb | 2 | ng |
Mn | 14 | ng | U | 3.3 | μg |
海水全浸區(qū)閥門(mén)的腐蝕磨損十分復(fù)雜，包含湍流腐蝕、沖刷腐蝕及滑動(dòng)腐蝕磨損等。其中湍流腐蝕和沖刷腐蝕研究的比較多，相關(guān)機(jī)理十分明確，并且建立了相關(guān)理論模型。而滑動(dòng)腐蝕磨損也是全浸區(qū)閥門(mén)的典型損失模式，所以研究全浸區(qū)金屬材料的腐蝕磨損對(duì)海水中閥門(mén)腐蝕磨損機(jī)制的探討以及耐腐蝕磨損材料的研發(fā)具有重要意義。 用于海洋的閥門(mén)一般采用內(nèi)襯聚四氟乙烯，如果外部也有環(huán)境腐蝕，就得采用不銹鋼316材質(zhì)，比如美國(guó)威盾VTON品牌的進(jìn)口襯氟球閥，進(jìn)口襯氟止回閥，用于阿聯(lián)酋迪拜的海洋建設(shè)。
美國(guó)威盾VTON品牌協(xié)同海洋建設(shè)用戶(hù)采用同步電化學(xué)摩擦磨損試驗(yàn)研究了304不銹鋼閥門(mén)在人工海水中的腐蝕磨損行為。采用摩擦學(xué)、電化學(xué)及摩擦化學(xué)等分析方法，分析并討論了材料腐蝕與磨損間的交互作用程度及機(jī)理，通過(guò)與其它合金性能比較，探討了材料在海水中的腐蝕磨損共性與特性。本文借助電化學(xué)分析、表面形貌、成分分析、定量計(jì)算和理論模擬等手段，綜合評(píng)定了各種實(shí)驗(yàn)條件和因素對(duì)304不銹鋼閥門(mén)腐蝕磨損行為的影響，基于大量研究數(shù)據(jù)繪制了相應(yīng)的腐蝕磨損圖，為304不銹鋼閥門(mén)的失效模式及損傷速率提供了預(yù)測(cè)依據(jù)。研究結(jié)果表明，滑動(dòng)摩擦過(guò)程中介穩(wěn)態(tài)304奧氏體不銹鋼摩擦表面因應(yīng)力集中而誘發(fā)形成了馬氏體相和機(jī)械孿晶，他們均具有強(qiáng)化接觸表面和提高耐磨性的作用。馬氏體相與奧氏體母相在磨痕內(nèi)形成微觀腐蝕電偶并加速304不銹鋼的活化溶解。力學(xué)因素會(huì)影響馬氏體的轉(zhuǎn)變量，在低載荷和低轉(zhuǎn)速下，摩擦?xí)r間越長(zhǎng)，304不銹鋼閥門(mén)磨痕內(nèi)的馬氏體含量越多，對(duì)金屬的腐蝕磨損行為影響也越大。海水pH同樣影響304不銹鋼閥門(mén)的腐蝕磨損行為，在高pH環(huán)境中，海水表現(xiàn)出好的潤(rùn)滑性和低的腐蝕性，因此304不銹鋼閥門(mén)在高pH海水中呈現(xiàn)低的腐蝕磨損速率。304不銹鋼的腐蝕磨損行為還受鹵離子濃度的影響，高鹵離子濃度提高了海水潤(rùn)滑性、降低了磨損速率，但同時(shí)卻增大了海水對(duì)金屬的腐蝕，尤其會(huì)增大304不銹鋼閥門(mén)的孔蝕敏感性。
此外，304不銹鋼閥門(mén)的初始表面粗糙度越大，磨合時(shí)間越長(zhǎng)，磨粒磨損越嚴(yán)重。陽(yáng)極外加電位會(huì)加速304不銹鋼閥門(mén)腐蝕，改變接觸表面特性，提高其腐蝕磨損速率。對(duì)比304不銹鋼閥門(mén)與其它合金可以發(fā)現(xiàn)，三種不同穩(wěn)定態(tài)的奧氏體不銹鋼的腐蝕磨損行為相差不大。具有不同微觀結(jié)構(gòu)的鋼鐵材料中，410馬氏體鋼的腐蝕磨損速率，其磨損機(jī)理主要為磨粒磨損和粘著磨損。有色金屬中銅合金在海水中的耐腐蝕磨損性，并且優(yōu)于其它鋼鐵材料。
這些年來(lái)中國(guó)啟動(dòng)了許多海洋建設(shè)和船舶建造，這些項(xiàng)目的實(shí)施都需要大量的不銹鋼閥門(mén)，特別是海洋建設(shè)的興旺，更加推動(dòng)了不銹鋼閥門(mén)以及襯氟行業(yè)的發(fā)展。雖然舞臺(tái)更大了然而市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)也更加加劇，使企業(yè)紛紛拿出*，以提高競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力，大型企業(yè)開(kāi)啟創(chuàng)新之路，從而讓威盾VTON品牌在大浪淘沙的大環(huán)境中可以。
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