在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中，受空蝕問(wèn)題困擾的各種水力機(jī)械設(shè)備大部分由金屬材料制造而成，例如，船艦螺旋槳一般用選用鋁青銅合金、鎳鋁青銅合金以及高強(qiáng)度的不銹鋼等，水力機(jī)械泵、閥一般選用各種不銹鋼等，航空液壓泵一般選用鋁合金和欽合金等，因而金屬材料所面臨的空蝕問(wèn)題尤為顯得嚴(yán)重。廣一水泵廠對(duì)金屬材料空蝕行為和失效機(jī)制的研究對(duì)抗空蝕材料的選擇和新型抗空蝕材料的研究有著重要的意義。

雖然空蝕已經(jīng)是一個(gè)經(jīng)典的難題，但它仍然影響著現(xiàn)代船舶、水工機(jī)械、航空航天、化工、原子能及機(jī)器制造業(yè)等領(lǐng)域的發(fā)展。加之，空蝕問(wèn)題復(fù)雜，涉及學(xué)科較多，如流體力學(xué)、機(jī)械力學(xué)、材料冶金學(xué)和電化學(xué)等方面，其破壞機(jī)理至今仍未完全清楚，也尚未建立比較完善的物理理論和數(shù)學(xué)模型。因此，國(guó)際上仍有許多有關(guān)學(xué)者對(duì)它進(jìn)行研究。同時(shí)，關(guān)于水泵空蝕問(wèn)題研究的國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議也是每年不斷，大批的研究資料也如潮水般涌現(xiàn)。目前，對(duì)空蝕破壞形成的機(jī)制的解釋較多，有機(jī)械作用理論，化學(xué)腐蝕理論、電化學(xué)作用理論、熱作用理論等。其中較為公認(rèn)的是機(jī)械作用理論一一空泡潰滅應(yīng)力波和微射流兩種作用相制。

液體內(nèi)部局部壓力的起伏導(dǎo)致蒸汽泡的形核、生長(zhǎng)、潰滅及回彈的過(guò)程就會(huì)導(dǎo)致空蝕的發(fā)生，如圖1所示。當(dāng)空泡潰滅瞬間，在空泡外部形成壓強(qiáng)極大的應(yīng)力波。這種沖擊波傳遞至流體中的金屬材料表面時(shí)，使得材料表面發(fā)生微小局部變形。當(dāng)空泡中含有不溶于液體的氣體時(shí)，空泡潰滅至最小體積后，如遇上局部壓力的降低，空泡又會(huì)快速再生、回彈而產(chǎn)生強(qiáng)度極高的應(yīng)力波。如此大量的空泡潰滅、再生回彈所產(chǎn)生流體應(yīng)力波不斷反復(fù)作用于廣一離心泵材料表面就會(huì)形成微小的空蝕坑，最終發(fā)展形成“海綿狀”表面，甚至發(fā)生穿孔。

空泡潰滅時(shí)間與初始半徑和液體密度以及液體壓強(qiáng)有關(guān)。當(dāng)氣泡體積越小，潰滅時(shí)間就越短;空泡潰滅時(shí)，半徑變得很小，此時(shí)壓強(qiáng)pm變得很大，且其潰滅位置也十分靠近空泡邊界。當(dāng)液體密度越小，潰滅時(shí)間也越短。據(jù)計(jì)算空泡潰滅壓強(qiáng)大約為3x106倍大氣壓左右。假設(shè)液體可以被壓縮，且不考慮液體粘性及表面張力的情況下，計(jì)算得空泡潰滅的壓強(qiáng)大約為2200倍大氣壓。在前面的假設(shè)基礎(chǔ)上，另再考慮粘性及表面張力的影響下，得到最大空泡潰滅壓強(qiáng)為67700-58200倍大氣壓。

此外，已有許多研究者通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得空泡潰滅的壓強(qiáng)。廣一水泵廠曾測(cè)得距離空泡潰滅10cm處壓力波峰值大小約為10倍大氣壓，從而推算出潰滅壓強(qiáng)約為4000倍大氣壓。利用物理照相機(jī)記錄的方法，估計(jì)出水泵材料邊界上最大沖擊應(yīng)力約為20000倍大氣壓。報(bào)道他們測(cè)到空泡潰滅壓強(qiáng)為120000倍大氣壓。綜上說(shuō)明，空泡在潰滅的過(guò)程中將釋放出巨大的壓力波，而這些壓強(qiáng)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了一般材料的強(qiáng)度。這也是水泵材料表面發(fā)生空蝕破壞的主要原因之一。

與壓力波作用機(jī)制一樣，在微射流理論模型中，空泡的初始大小，體位置等對(duì)微射流速度起到主要的作用。此外，由于射流有一定的方向射流速度指向材料表面的空泡，才能導(dǎo)致空蝕現(xiàn)象的發(fā)生。潰滅的具性，只有空蝕現(xiàn)象除了應(yīng)力波理論和微射流理論外，還有一些常見(jiàn)的交互作用機(jī)制，如空蝕一腐蝕交互機(jī)制，空蝕一磨損交互機(jī)制，空蝕一沖蝕交互機(jī)制。

在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中，發(fā)生空蝕破壞的各種金屬材料機(jī)械往往都在各種腐蝕性介質(zhì)和流體中運(yùn)行、工作，例如海洋中航行的船舶，其螺旋槳葉片不僅受到空蝕的困擾，還大大受到海水的腐蝕侵害。在這些腐蝕性流體中，腐蝕在空蝕過(guò)程中起到了重要的作用。

在腐蝕性流體中發(fā)生的空蝕，其與腐蝕交互作用的過(guò)程主要為:首先空泡在廣一化工泵材料表面或在表面附近形成;當(dāng)空泡潰滅縮小時(shí)，產(chǎn)生的應(yīng)力波或微射流作用于材料表面最外邊的保護(hù)膜，使其發(fā)生破裂，從而使金屬新鮮的基體暴露在腐蝕性流體中?？瘴g過(guò)程不僅可以加速腐蝕反應(yīng)物和腐蝕反應(yīng)產(chǎn)物的傳質(zhì)過(guò)程，提供了氣、液兩相并產(chǎn)生了大量的氧自由基和氫氧自由基，還創(chuàng)造了局部有利于腐蝕過(guò)程的高溫高壓環(huán)境;同時(shí)空蝕產(chǎn)生的破壞使基體發(fā)生形變，位錯(cuò)缺陷聚集，局部能量升高形成腐蝕微電池。這些都加速了裸露新鮮基體的腐蝕過(guò)程。當(dāng)因空蝕裸露的基體由于新的氧化膜的形成使其表面粗化，從而更加容易發(fā)生空化，導(dǎo)致新的空泡形成和空蝕發(fā)生。同時(shí)，腐蝕過(guò)程中所產(chǎn)生的大量的應(yīng)力集中點(diǎn)，促進(jìn)和加速了裂紋的萌生和發(fā)展，從而使新的空泡在潰滅時(shí)，更加容易使該處氧化膜再次發(fā)生破裂剝離，新鮮基體再次被裸露出來(lái)而發(fā)生腐蝕。該過(guò)程如此反復(fù)進(jìn)行，造成某一區(qū)域發(fā)生嚴(yán)重的空蝕破壞。由此可見(jiàn)，腐蝕性流體中的空蝕作用和腐蝕作用的聯(lián)合破壞比這兩種機(jī)制單獨(dú)作用時(shí)所產(chǎn)生的破壞之和要大得多，空蝕作用和腐蝕作用這兩種機(jī)制是互相促進(jìn)的。

除了空蝕一腐蝕的交互作用外，在某些特定的環(huán)境下，空蝕還跟磨損、沖蝕發(fā)生交互作用，所產(chǎn)生的破壞的機(jī)制和空蝕一腐蝕交互作用類似。其破壞的程度也比某一單獨(dú)機(jī)制所產(chǎn)生的破壞總和大得多。因而，在實(shí)際應(yīng)用中，廣一水泵廠考慮空蝕問(wèn)題的同時(shí)，還要考慮這些因素(腐蝕、磨損、沖蝕等)的影響。

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