在實際生產(chǎn)中，許多機械部件或設(shè)備如各種閥門、換熱器管板、泵等由于暴露在運動流體中而發(fā)生損壞，通過研究發(fā)現(xiàn)這種損壞即有機械沖刷作用，也有腐蝕破壞作用，在金屬腐蝕學(xué)中稱做沖刷腐蝕。

“沖刷”是由于固體表面與流體、多組元流體，沖擊流體或固體粒子間相互機械作用而造成的原始材料從固體表面的漸增損失；“腐蝕”是用來描述金屬與其環(huán)境的化學(xué)或電化學(xué)作用所引起的破壞。所以沖刷腐蝕也定義為：金屬表面與腐蝕性流體之間由于高速相對運動而引起的金屬損壞現(xiàn)象，是機械性沖刷和電化學(xué)腐蝕交互作用的結(jié)果。

沖刷腐蝕破壞在石油、化工、水利等工業(yè)過程中廣泛存在，如船舶上常見的沖擊腐蝕、砂侵蝕等，是一種危害性較大的局部腐蝕，現(xiàn)已引起人們的高度重視。

1 沖刷與腐蝕運行環(huán)境的分類

根據(jù)工況的不同，為了對沖刷腐蝕產(chǎn)生的條件、機理、影響因素等有更清楚的認識，我們有必要對沖刷與腐蝕的運行環(huán)境進行如下分類。

01 清潔環(huán)境（無固體、無腐蝕）

在無固體、無腐蝕氣、液流的環(huán)境中，管壁損失主要是由液滴沖刷引起的，此類破壞現(xiàn)象一般在與高速運動流態(tài)（氣、液流）接觸的結(jié)構(gòu)材料上出現(xiàn)，如高速渦輪葉片的破損。

02 沖刷環(huán)境（固體（沙）存在、無腐蝕）

單純沖刷環(huán)境下的磨損機理是進入兩相流或多相流的固體沙粒磨去管壁材料。由于流體是無腐蝕性的，所以管壁被磨去的材料是裸金屬。實驗表明，管件的沖蝕率與流經(jīng)管件的沙量成正比，在沙含量稀少時與沙含量無關(guān)。同時管件結(jié)構(gòu)也對沖刷影響較大，它制約著顆粒撞擊速度和角度，以及顆粒撞擊區(qū)域的大小。

03 腐蝕環(huán)境（無沙、有腐蝕）

腐蝕環(huán)境是指腐蝕性環(huán)境下的氣/液流，此時液體中沒有固體。在腐蝕性流體條件下，管壁上覆蓋的一層腐蝕產(chǎn)物可阻止腐蝕進一步進行，而當(dāng)液流沖刷掉管壁上的腐蝕產(chǎn)物時，金屬基材裸露，腐蝕就會繼續(xù)，同時根據(jù)流速的增大腐蝕破壞會加劇。

04 沖刷和腐蝕運行環(huán)境（固體和腐蝕介質(zhì)都存在）

由于沖蝕和腐蝕的聯(lián)合作用，這類環(huán)境的腐蝕磨損較其他條件下的沖刷類型更復(fù)雜。根據(jù)沖刷和腐蝕的相關(guān)特性，固體顆粒不是移去金屬基材（延展性材料）就是移去腐蝕產(chǎn)物（脆材質(zhì)）。如果固體沖蝕率高于腐蝕率，那么固體顆粒沖擊相對無腐蝕產(chǎn)物的表面，金屬基材損失；如果沖蝕率低于腐蝕率，管壁上可形成腐蝕產(chǎn)物，固體顆粒將會磨損掉腐蝕產(chǎn)物薄膜。沖刷腐蝕的影響因素較多，主要包括材料（冶金）、環(huán)境、流體力學(xué)三個方面。

2 沖刷腐蝕的流體力學(xué)影響因素

流體力學(xué)因素一般通過改變沖刷強度或傳質(zhì)過程來影響沖刷腐蝕性能。常用參數(shù)包括：流速流態(tài)、攻角、顆粒性質(zhì)（種類硬度顆粒濃度、顆粒及分布、顆粒形狀、可破碎性、密度以及表面粗糙度）、流體性質(zhì)（粘度、密度）等。

01 流體流速

流體對固態(tài)金屬的沖刷腐蝕有兩種作用：質(zhì)扯傳遞效應(yīng)和面切應(yīng)力效應(yīng)。流體的層流、湍流兩種流動狀態(tài)，以及流體的性質(zhì)（如粘度、密度等）和設(shè)備的幾何形狀（如凸出物、突然改變流向的截面）等都會影響流體的流動規(guī)律，而這都與流速有直接關(guān)系。

由此可知，隨流速增加腐蝕速率呈指數(shù)形式增加。腐蝕速率隨流速增加呈指數(shù)形式增加。同時，流速增大，一方面有利于腐蝕性組元的物質(zhì)和電荷傳遞，促進腐蝕；另一方面造成腐蝕產(chǎn)物膜形貌和結(jié)構(gòu)的變化，增大了產(chǎn)物膜對物質(zhì)傳遞和電荷過程的阻礙。

02 沖刷角度

液固兩相流在水平工作面上的作用力主要有水平和垂直兩種分量。水平分量對沖刷面產(chǎn)生切削作用，垂直分量產(chǎn)生撞擊破壞。隨著沖刷角度變化，這兩種損傷機制此消彼長，相互影響。當(dāng)沖擊角度較大時，沖擊可造成沖擊坑和微裂紋兩種損傷作用。對特定的材料和工作環(huán)境一定有攻角（粒子入射方向與試樣的水平?jīng)_擊面的夾角），此時切削作用和沖刷撞擊共同作用致使材料的沖刷腐蝕失重率達到最大。

03 兩相流流體中的固相顆粒因素

懸浮顆粒物對固體金屬材料的沖刷行為的影響主要在硬度、粒徑大小、鋒利性及濃度等參數(shù)。通常情況下顆粒硬度越高，沖刷破壞越嚴重；多角粒子的切削作用要比圓形粒子的犁削作用產(chǎn)生更大的力學(xué)損傷；粒徑越大，顆粒質(zhì)量越大，慣性越大，繼而產(chǎn)生的沖刷速率也越大；顆粒濃度越大，沖刷腐蝕速率的絕對值越大，但高濃度條件下顆粒間的相互影響所引起的“屏蔽效應(yīng)”使得其沖蝕效率降低。同時，兩相流流體中顆粒物在通過擴散層時會加劇局部流體內(nèi)部的攪動并破壞擴散層狀態(tài)，影響電極反應(yīng)的傳質(zhì)過程，從而促進腐蝕進行。

3 結(jié)論

由于沖刷腐蝕包括沖刷和腐蝕兩個方面，所以在兩相及多相流中，沖刷和腐蝕的聯(lián)合作用機理一直較其他類型的腐蝕更具有研究意義。

經(jīng)過分析可得出以下結(jié)論：

（1） 沖刷能加速傳質(zhì)過程，促進腐蝕產(chǎn)物脫離材料表面，并能促進氧化物到達材料表面加速腐蝕反應(yīng)。同時，沖刷在液固、氣固相中的力學(xué)作用也將產(chǎn)生磨損破壞，若金屬自身未能及時修復(fù)（鈍化）則可能會構(gòu)成腐蝕原電池，進一步加速腐蝕破壞。

（2） 腐蝕能溶解掉材料表面的加工硬化層，軟化材料外層，降低金屬的疲勞強度，進一步加劇沖刷的破壞效果，如在材料缺陷等處所出現(xiàn)的局部腐蝕，會造成微湍流的形成。同時，腐蝕也會弱化材料的相界面，如晶界、相界，使材料中耐磨的硬化相裸露，也進一步促進了沖刷破壞。

綜上可知，對于沖刷腐蝕的新測試方法研究、交互作用中各分散量的精確測定、防護措施的開發(fā)等，對保障安全生產(chǎn)，推動社會進步和國民經(jīng)濟的發(fā)展具有重大意義。