动车组维护：零件腐蚀及预防

金属和周围介质发生化学作用或电化学作用而造成的损伤，叫作腐蚀。腐蚀的结果，使金属表面材料损耗、表面质量劣化、内部晶体结构破坏，最终缩短了零件的使用期限。

腐蚀按其机理可以分为两类：化学腐蚀和电化学腐蚀。

（一）化学腐蚀

化学腐蚀是金属和周围的干燥气体或非电解液体中的有害成分直接发生化学作用，形成的腐蚀层（膜）。化学腐蚀的基本特点是不产生电流，同时腐蚀产物生成于反应表面，如与空气中的氧、二氧化硫及润滑剂中的某些腐蚀性物质的反应。

化学腐蚀的程度取决于腐蚀后在金属表面形成的膜的性质，不同金属形成的膜是不同的。如钢、铁被腐蚀后，形成一层疏松的膜，腐蚀介质能缓慢地渗透疏松的膜，继续腐蚀金属；又如铝、不锈钢等金属被腐蚀后，会产生一层致密坚硬的膜把介质隔开，使腐蚀停止。

单一的化学腐蚀是很少的，因为零件的工作环境总有水分的存在，会溶解腐蚀性物质，形成电解质溶液，继而产生电化学腐蚀。

（二）电化学腐蚀

电化学腐蚀是金属和电解液起电化学作用的损伤过程。电化学腐蚀有电流产生，阳极金属被腐蚀，同时腐蚀产物并不完全覆盖于零件表面。

电化学腐蚀远比化学腐蚀来得普遍和严重。电化学腐蚀机理实质是原电池作用原理。如图2.6 所示，将一块锌板和一块铜板插入稀硫酸溶液中，如果用导线在溶液外部把两金属板连接起来，那么导线上就有电流通过，上述实验组成一个原电池（电源）。锌比铜活泼，因而被分解、腐蚀。锌离子进入溶液，并且每个锌原子的两个电子留在锌板上（负极），电子通过导线向铜板流动，这里电子与硫酸中的氢离子结合，生成氢气逸出。不活泼的金属（铜）成为正极（阴极），较活泼的金属（锌）成为负极（阳极），受到腐蚀。

图2.6　电化学腐蚀机理

综上所述，产生电化学腐蚀必须具备的条件是：

（1）有电解液；

（2）两种金属或同一种金属两部分之间存在电位差；

（3）电解液覆盖金属。

酸、碱和盐类物质的水溶液都是电解液。大气中含有水汽和其他物质，如二氧化碳、二氧化硫等在金属表面上的吸附膜也可形成电解液。

有了电解液，还需有电位差才能形成电流，产生电化学作用。电位差经常存在。例如不同的金属或同一金属具有不同的组织结构，那么在电解液中就形成不同的电位，产生电流，导致阳极金属溶解，即腐蚀。又如金属零件各部分具有不同的应力时，应力大与应力小的两部分金属之间存在电位差，使应力大的部分被腐蚀。

晶粒边界受到的应力也常比晶体本身大，所以晶粒之间也发生腐蚀，即所谓晶间腐蚀。图2.7 所示为铁的电化学腐蚀示意图。

图2.7　铁的电化学腐蚀

钢的基体是铁，而碳化铁是其中的一个成分。铁比碳化铁活泼，为阳极。金属表面有吸附水膜（含有 SO2、CO2等）。这样在金属表面形成了许多原电池。铁为阳极，碳化铁为阴极，这些电极本身是一块金属，自然形成导线，把两极连接起来。阳极（铁）上的电子流向阴极（碳化铁）而形成电流，铁受到腐蚀。

（三）影响零件腐蚀的因素

1.金属的特性

金属的抗腐蚀性与金属的标准电位、化学活动性有关。金属的标准电位越低，化学活动性就越高，就越容易腐蚀。但有些金属例外，如镍、铬，它们的表面能生成一层很薄的致密性氧化膜，具有很高的化学稳定性，因而具有很高的抗腐蚀能力。

2.金属的成分

金属中杂质越多，抗腐蚀性越差。一般钢中都含有石墨、硫化物、硅化物等，它们的电极电位都比铁高，所以易形成电化学腐蚀。

3.零件的表面状况

零件的外表形状越复杂、表面越粗糙，越易吸附电解液而形成电化学腐蚀，抗腐蚀能力越差。

4.温　度

温度越高，金属和腐蚀介质化学活动性越强，则腐蚀速度越快。(www.xing528.com)

5.环　境

气温高、相对湿度大的环境，会加剧腐蚀。温度变化大的地区，由温度变化引起的凝露现象，也会加速腐蚀。

（四）减轻腐蚀的措施

减轻金属腐蚀对延长设备的使用寿命和减轻经济损失有着重要的意义，减轻腐蚀的措施有以下几种方法。

1.采用耐腐材料

根据使用环境要求，选择合理的材料。如选用含有镍、铬、铝、铜、硅等元素的合金钢，或在条件允许的情况下，选取工程材料、合成材料、复合钢板等材料。

2.覆盖保护层

在金属表面上以薄膜的形式附加上耐腐材料，使金属零件与腐蚀介质隔开，防止腐蚀。这是动车组中常采用的防腐措施。

（1）金属保护层采用电镀、喷镀、熔镀、化学镀、气相镀等方法，在金属表面覆盖一层如镍、铬、铜、锡等金属或合金作为保护层。

（2）非金属保护层，常用的有油漆、塑料、橡胶等，临时性防腐可涂油或油脂。

（3）化学保护层，用化学或电化学方法在金属表面覆盖一层化合物薄膜，如磷化、发蓝、钝化、氧化等。

（4）表面合金化，如渗铝、渗铬等。

3.电化学保护

主要介绍阴极保护。阴极保护是使被保护对象成为阴极，外加一个阳极，从而达到保护的目的。这种方法广泛应用于各种地下管道、海水与淡水中的金属设备、热交换器等。其原理示意如图2.8 所示，图中，A、B是设备或零件上发生电化学腐蚀的两个极，是保护对象，C是加入的第三极，第三极的电位比原来的两极电位更低（金属离子更活跃，更容易被电解液腐蚀，内部出现多余电子），C 极电子同时向 A、B 转移，使 A、B 同时成为阴极而受到保护。

所以，通常情况下用一种比零件材料化学性能更为活泼的金属，铆接在零件上，使零件本身成为阴极，不发生腐蚀。

图2.8　阴极保护示意图

4.防腐蚀结构

（1）电位差很大的不同金属应避免互相接触，否则易产生电化学腐蚀。如铝、镁不应同钢铁、铜接触。如必须接触，应用绝缘材料将其隔开，从而隔断腐蚀电流。

（2）钢结构中不能有积存液体存在，不可避免的情况应开排泄孔以排除积存液体。

5.改善环境

（1）采用通风、除湿等措施降低大气或其他腐蚀介质的腐蚀性。对常用金属来说，把相对湿度控制在 50%～70%以下，可以显著减缓大气对金属的腐蚀。

（2）采用缓蚀剂。在腐蚀介质中加入适量缓蚀剂，可降低腐蚀速度。缓蚀剂主要应用于静态及循环冷却系统中。

（五）动车组零件的腐蚀

在动车组中，零件腐蚀可分成以下几类：

（1）同水接触的零件。这类腐蚀主要是电化学腐蚀，如各种管道、水腔。

（2）同润滑油接触的零件。随着润滑油运用时间的延长，润滑油受到污染，逐渐生成有机酸、硫化物等，对零件产生腐蚀作用，如各类轴承、齿轮部分。

（3）动车组转向架、车体等部件的锈蚀。这些部件在运用中，会发生电化学腐蚀，产生腐蚀产物铁锈。