摘 要：提出大型养路机械的主要腐蚀形式是点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀，大型养路机械金属腐蚀环境主要是大气、水，并提出主要腐蚀形式不是孤立的，有可能同时或先后发生的。可以通过擦拭、隔离、使用缓蚀剂的办法进行预防，可以避免或减缓金属腐蚀的发生。

关键词：大型养路机械;金属腐蚀;腐蚀环境;点蚀;缝隙腐蚀;应力腐蚀

引 言

大型养路机械是当前铁路主要大中修、维修的主要设备，其性能好坏直接决定铁路线路的质量。大型养路机械金属腐蚀是一种常见的失效形式，金属腐蚀分为全面腐蚀和局部腐蚀。经统计，大型养路机械中大部分为局部腐蚀，局部腐蚀又分为点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀等。机械腐蚀造成的金属质量损失很小，但是由于腐蚀造成裂纹、穿孔破坏等造成设备装置失效、液体介质泄露等严重后果。因此分析大型养路机械的腐蚀形式及原因，找到预防措施，减轻或避免机械腐蚀具有实践指导意义。大型养路机械的主要腐蚀形式是点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀。

1 大型养路机械主要腐蚀形式

1.1点蚀

点蚀也称孔蚀，是一种腐蚀集中在距金属表面几十微米范围内并向纵深发展的腐蚀形式。点蚀是最为常见的一种局部腐蚀形式，引发点蚀的原因是多方面的，包括外因和内因[1]。外因主要集中于对点蚀起促进的作用的阴离子如Cl-。由于金属钝化膜的不均性，Cl-常常富集于金属钝化膜相对比较薄弱的地方，该处金属就会吸附较多氯离子，因而生成金属氯化物或复盐，金属离子水解，使得局部pH值降低。作为去极化剂的物质有两种：一种是水中的氢离子;另一种是空气中的氧气，在点蚀初期以氧气在产生点蚀的外侧发生阴极反应作为去极化剂，而后期则主要以氢离子在点蚀孔内部发生阴极反应作为去极化剂。内因主要是钢材本身成分的影响，张弛等[2]研究了硫化物的尺寸对点蚀的影响，认为钢中硫化物夹杂尺寸对点蚀的诱发存在一个临界尺寸，大于临界尺寸，点蚀点位随着硫化物夹杂平均尺寸的减少而提高，小于临界尺寸则点蚀点位随着硫化物夹杂平均尺寸的减少而降低。陈学群等[3]认为钢中夹杂物对于其点蚀具有诱发作用。他们指出，钢中夹杂物处的钝化膜较其他地方不完整，当铜浸在中性溶液中很快产生钝化膜，使得表面最初电位高于点蚀电位，由于该处的钝化膜的不完整性就使其成为点蚀的诱发点。点蚀也往往是绝大多数裂纹的起源，而在一般的断裂问题中会将点蚀当表面裂纹的一部分，而忽略掉点蚀几何形状对裂纹相关参数的影响。 陈超核[1]以半圆形的点蚀和半圆形裂纹为例，利用虚拟裂纹闭合法计算裂纹应变释放率，考察在拉应力的作用下，点蚀的几何形状与尺寸对裂纹应变能释放率的影响，结果表明，当点蚀与表面裂纹的尺度相近时，点蚀会在一定程度上使得裂纹应变能释放率变小。

捣固装置夹持油缸发生多起点蚀穿孔导致漏油故障就是由于缸体本身存在夹杂物，诱发点蚀，蚀孔内的液压油在高压挤压下并发生高频震荡，加速的蚀孔的发展，造成油缸缸体穿孔。

点蚀的扩展一般认为是以自催化的机理进行的。钢铁表面一旦萌生点蚀，它们就以自催化的机理进行扩展点蚀坑的扩展。首先是表面金属被氧化成金属离子，为了维持电中性，氯離子不断地迁移至腐蚀区内部，形成金属氯化物，金属氯化物通过强酸弱碱盐，产生水解作用生成氢离子，该处pH值下降，即使溶液本体pH值很高，甚至呈碱性，该处也可达到1～2，这就使得腐蚀加速进行，而其周边地区钝化膜仍然存在，则腐蚀就向深处进行，从而形成点蚀孔。捣固车中心销在年修修检查是发现多起点蚀现象（见图1），从中心销与车体接触表面看，中心销有磨损痕迹，造成表面钝化膜破坏，点蚀孔则发生在钝化膜薄弱的地方。

1.2 缝隙腐蚀。许多金属构件是由螺钉、铆、焊等方式连接的，在这些连接件或焊接接头缺陷处可能出现狭窄的缝隙，其缝宽（一般在0.025～0.1mm）足以使电解质溶液进入，使缝内金属与缝外金属构成短路原电池，并且在缝内发生强烈的腐蚀，这种局部腐蚀称为缝隙腐蚀。

缝隙腐蚀在大型养路机械中主要表现在构件焊缝、构件连接、漆皮剥离处均有发生缝隙腐蚀的可能性。特别是当构件表面漆皮脱落或开裂，外界潮湿空气或水分侵入缝隙中，造成缝隙腐蚀，缝隙中再侵入过多的水分时，融入水分中的金属氧化物会随水分一起流出，造成表面脏污不易清理（如图2）。

1.3 应力腐蚀。金属材料、机械零件或构件在静应力（主要是拉应力）和腐蚀的共同作用下产生的低应力脆性断裂称为应力腐蚀，不是金属在应力作用下的机械性破坏与在化学介质作用下的腐蚀性破坏的迭加所造成的，而是在应力和化学介质的联合作用下，按持有机理产生的断裂。应力腐蚀破裂是一种历史久远并具有现代意义的现象，最早追溯到古青铜器的脆性破裂，人们开始注意和认识应力腐蚀是从19世纪下半叶开始，发现冲压黄铜弹壳发生的季节性开裂和蒸汽机车锅炉碱脆，20世纪以来，陆续发现各种钢和铝合金在水质环境以及潮湿大气中的应力破坏以及航天工业的钛合金、原子能工业的锆合金与镍合金的应力破裂问题。大型养路机械中出现的捣固装置提升油缸活塞杆断裂、道岔捣固车的起道油缸与起道钩油缸活塞杆断裂等也均属于应力腐蚀断裂问题（如图3）。

目前一般认为应力腐蚀的发生需要三个条件：一是存在的应力为拉应力，二是特定的腐蚀环境，三是敏感的材料[4]。拉应力主要表现在作业应力，比如捣固装置提升油缸活塞杆、起拨道装置提升油缸活塞杆、清筛机上升下降导槽提升油缸等，提升工作装置时承受强大的拉应力，还有可能在制造时产生的应力，比如焊接、安装、压力成型、铸造等。特定的腐蚀环境是指一种合金在特定的腐蚀介质中才会发生腐蚀破坏，比如低合金高强钢在氯化物溶液、硫化氢、水、潮湿大气中就容易发生腐蚀破坏。敏感性材料是发生应力腐蚀的先决条件之一，同一合金钢中的不同金属元素的含量对应力腐蚀破裂有显著影响。

2 大型养路机械的腐蚀环境与各种腐蚀形式之间的关系

2.1 大型养路机械的腐蚀环境

大型养路机械主要接触大气、水。

大气腐蚀环境分为三种情况：干大气环境、潮大气环境、湿大气环境。干大气环境下，金属表面不能形成水膜，不会形成电化学腐蚀，而是化学腐蚀的常温氧化;潮大气环境下，金属表面会形成一层肉眼看不到的水膜，已经具备电解质溶液的特点，属于电化学腐蚀范畴;湿大气环境下，金属表面会形成明显水膜，或雨水淋在金属表面形成的水膜，和水溶液腐蚀没有多大差别，可以按水环境腐蚀进行讨论。

水环境腐蚀是自然环境腐蚀中的重要类型。水环境下金属腐蚀主要是氧去极化的电化学腐蚀过程。反应过程如下（Me代表金属元素）：

阳极反应：

阴极反应：

水溶液中：

2.2 大型养路机械腐蚀形式之间的关系

金属的腐蚀形式不是孤立的，在同一腐蚀环境下，各种腐蚀形式在一定条件下可能会同时或先后发生。大气中的氯离子会在金属钝化膜薄弱的地方形成点蚀并向纵深发展形成点蚀坑，点蚀坑表面存在应力产出点蚀裂纹，潮湿空气或水分进入裂纹会形成缝隙腐蚀，裂纹在拉应力与腐蚀条件共同作用形成应力腐蚀。

3 大型养路机械腐蚀的预防

金属腐蚀的预防主要从改善金属材料和腐蚀环境两方面进行。大型养路机械在应用中主要从改善腐蚀环境入手。

3.1 及时清除设备表面的灰尘、油泥。设备表面脏污不仅影响设备美观，而且还会吸附潮湿空气中的水和阴离子，引发金属腐蚀。

3.2 及时擦拭设备表面的水、积雪等。设备在雨后表面会有水膜，雪后会有积雪，及时擦拭，保持设备表面干燥，会防止表面形成原电池反应造成设备腐蚀。

3.3 漆面损坏及时补漆。漆面起到隔離大气腐蚀的作用。漆面脱落、开裂，都会造成金属腐蚀，漆面脱落金属表面曝露在大气中，引发金属全面腐蚀，漆面开裂会造成金属缝隙腐蚀。

3.4 使用缓蚀剂。缓蚀剂主要通过金属表面形成一层膜对金属进行保护，具有极性基因，可被金属表面电荷吸附，在整个阳极和阴极区域形成一层单分子膜，从而阻止或减缓电化学反应的发生;同时含有亲水基和憎水基，在金属表面形成一层憎水膜，保护金属表面不被水腐蚀;是金属形成络合物，在表面成膜，从而对金属进行保护。

结束语

通过对大型养路机械应用中主要存在的金属腐蚀的阐述，了解金属腐蚀的基本机理，并对大型养路机械的主要金属腐蚀环境进行了分析，提出大型养路机械金属腐蚀的预防措施，为大型养路机械金属防腐提供参考。

参考文献

[1] 雷永永、田宏玉. 金属点蚀行为综述. 北京：全面腐蚀控制，2016.8

[2] 张弛、张双杰. 硫化物夹杂对钢点蚀行为的影响. 北京：金属热处理，2016.9

[3] 陈超核，姚汉文. 点蚀坑对表面裂纹的影响. 吉林：吉林师范大学学报，2016.5

[4] 黄永昌，张建旗主编. 现代材料腐蚀与防护. 上海：上海交通大学出版社，2012.9

作者简介：郭建良，男，44岁，在中国神华轨道机械化维护分公司肃宁工务机械段工作，职务：三级师，职称：高级工程师，1998年毕业于长沙铁道学院，起重运输与工程机械专业。