流動的液體因某種原因導致局部壓力下降至與此區域溫度相對應產生汽化的壓力以下而汽化,液體內溶解氣體逸出形成氣泡(或稱空泡),稱為空化。液流中的空泡運動至高壓區時,在外力與內力作用下潰滅,周圍液體運動導致局部區域壓力驟增。空泡在液流中不斷形核長大,隨后在靠近固體壁面位置頻頻潰滅,材料壁面因巨大壓力反復沖擊而疲勞破損甚至剝蝕,稱作空泡腐蝕,簡稱空蝕(Cavitationerosion)或汽蝕。高速液體中含有空泡,如廣一離心泵、船舶螺旋槳的葉片、水輪機以及高水頭泄水建筑物的局部經常出現空蝕現象,使磨損腐蝕十分嚴重。空泡的形成是由于液體的湍流或溫度變化引起局部壓力下降,空泡內只含少量水汽,存在時間非常短暫,氣泡破裂時產生高達4000atm沖擊波壓力,現代空泡破滅動力學認為,螺旋槳(3080m/s)表面空泡從生成至潰滅的時間間隔為10-3 10-Ss,產生的脈沖壓力理論值為9.868.6MPa,實測值為0.9898MPa,可以認為每秒內空泡腐蝕對螺旋槳葉片局部造成1000次的打擊,因此空蝕極易破壞金屬構件保護膜,導致水泵形變,情況嚴重時會撕裂金屬粒子,裸露出的金屬受腐蝕作用再次生膜,繼續受到新形成空泡破裂的沖擊,表面材料局部剝落,新出現純凈金屬與周圍舊金屬構成一對電極,產生腐蝕電流,加速電化學腐蝕,材料的剝蝕區機械性能加速惡化,增強了空蝕的激烈程度,這個過程反復進行,金屬表面最終生成致密而深的孔,粗糙度增加,降低材料使用壽命,提高水泵維修成本。通常認為水泵設備處于腐蝕介質流體中受到空蝕與腐蝕的交互作用。
空蝕過程可以分為:孕育期,材料表面微變形或減重緩慢;加速區,單位時間失重增大;減速區,空蝕進行一段時間,減重在單位時間內減緩;穩定區,單位時間的減重基本不變。對于不同液體和不同性質材料,各個階段略有差異。從廣一水泵廠現有的研究來看,僅用金屬材料的機械性能不足以評判其抗空蝕能力,應綜合考慮材料的表面狀態、組織結構、流體的物理、化學、流動特性等,而科學研究學者也致力于統一某種參數預測材料的抗空蝕能力,目前仍未找到明確答案。試驗中經常以在單位時間內的減重、減容、表面粗糙度和穿孔數作為特征量衡量空蝕程度。總的來看,在耐空蝕材料選擇方面,目前比較公認的要點包括:光滑的表面、高的硬度、細小的晶粒、良好的耐腐蝕性以及對空化沖擊能量的良好吸收特性等。
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