浅谈金属材料的空蚀研究进展分析

摘 要：随着社会的发展经济的进步，我国在各个领域上的发展都有着很大的提高，在科学技术水平不断提高的同时它也带动了各个产业的发展进步，在新的时代背景下金属材料在人们的生活中以各种形式得到了广泛的的应用，随着时间的推移人们在金属材料的空蚀方面上的研究得到了很大的进展。文章主要是对于金属材料的空蚀机理及影响金属材料空蚀的因素进行分析探讨，并对当下的抗空蚀金属材料的应用加以说明。

关键词：金属材料；空蚀；进展分析

引言

所谓的空蚀就是气蚀也称作穴蚀，它主要是流体在高速的流动以及压力的变化情况下与流体所接触的金属表面上发生的洞穴状的腐蚀破坏的现象。它主要是对金属材料上的保护膜进行破坏使得腐蚀的速度加快，其特征是在金属材料的表面先形成众多的小麻点而后慢慢的扩大成洞穴。自从19世纪后期在螺旋桨的叶片上发现了空蚀的现象以后相关的理论研究就得到了很大程度上的发展。

1 金属材料的空蚀机理

由于空蚀所涉及的方面比较的多，包括：化学腐蚀作用、电化学作用、热效应作用、冲击波作用以及微射流作用等，损伤的机理相对来说比较的复杂，对于不相同的实验材料以及不同的金属材料所得到的结论往往也不同，下面对于普遍存在的空蚀机理进行详细说明：

第一，冲击波机理。它是由于液体内的局部压力变化所引起蒸汽泡的形成和生长以及溃灭而致使空蚀的产生，在液体内的静压力如果下降到同一温度下液体的蒸汽压时，就会有大量的气泡产生，当气泡到达了高压位置的时候气泡就会随之溃灭，而后就会使得气泡内的势能就会随之转变成内流体的动能形式形成冲击波，当这种冲击波经过过流部件的时候就会在其表面产生脉冲式以及应力脉冲式的局部的塑性变形，严重的还会产生加工硬化的情况，当流体的冲击波经过反复的作业后就会在过流部件的表面形成空蚀坑[1]。

第二，微射流机理。它是由于在液体中压力得到降低从而产生了大量的气泡，这些气泡在和过流部件的边壁进行接触的时候由于气泡的不规则所以在溃灭时速度上就会不同，对于远离壁面的气泡壁会比较早的溃灭，反之则较晚溃灭，从而形成了向壁微射流，它可以在比较短的时间内就能够对金属材料的表面进行定向的冲击，而它产生的应力和“水锤”的作用一样[2]。

第三，热效应机理。当气泡溃灭会产生很高的气体温度，这一高温作用到过流部件时会在金属材料的表面发生相变或者是其它的现象，当达到一定的熔点时就会使其熔化，在其表面的张力作用下凝固成球状物同时在空蚀坑内经过了漩涡水流的力研磨成一个光滑的球体。

第四，化学腐蚀机理。通常来说它与冲击波机理和微射流机理是相互促进的，空蚀与腐蚀相互的加速，当两者进行结合的时候对于金属材料的表面就会造成严重的破坏效果。

第五，电化学机理。它是在空蚀的过程当中由于局部的高温在金属中形成了热电偶以及为电池从而引起了金属材料的电化学腐蚀。在空蚀的过程中金属材料表面存在着空蚀区和非空蚀区的电偶作用，从而形成了电化学电偶电池加强了气泡溃灭对于金属材料的局部力学破坏，由于表面塑性变形在金属材料的表面就形成了腐蚀电偶作用。

2 影响金属材料的空蚀因素

空蚀问题是一个较为复杂的问题，在影响因素上也比较多，当下较为常见的因素主要表现在。

其一在金属材料的硬度上表面状态以及加工的硬化的影响因素，在同类的金属材料上表面的硬度愈高所加工的硬化指数就高，抗空蚀性以及表面的光洁度也就愈高；其二就是金属材料抗疲劳的影响因素，金属材料的抗疲劳性能愈高其自身的抗空蚀能力就愈強；其三是晶粒尺寸的影响因素，晶粒尺寸愈小金属材料的抗空蚀性能就愈高；其四是水质方面的影响因素，水质的PH值和纯净度以及电解质浓度对于空蚀的性能都有影响；其五就是温度的影响因素，温度的不同对于金属材料的性能也会产生不同的作用；其六就是第二影响因素固相颗粒对于空蚀有着促进的作用；另外，绕流物体的尺寸对于空蚀也会有影响，尺寸愈大破坏也就愈严重[3]。

3 抗空蚀金属材料在生活中的应用

随着我国科技的迅速发展，抗空蚀的金属材料在生活中得到了广泛的应用，在金属方面主要是金属表面涂层材料。以舰船螺旋桨为例，其主要的金属材料是铝青铜的抗空蚀材料，在当前主要是用镍青铜铝为主，舰船的螺旋桨是舰船驱动的一个非常重要的部件，它的空蚀对于未来的舰船发展都会产生非常大的影响，我国研制的高强超空泡钛合金于水翼快艇螺旋桨上得到了应用，对于这些材料加以应用在其部件的使用寿命上得到了延长；对于不锈钢的金属材料来说价格相对来说比较的昂贵，在广泛应用上受到了限制，故此在其表面进行涂层可以有效的具有抗空蚀作用[4]。

4 结束语

随着我国的科学技术的进步，在金属材料的抗空蚀方面的研究得到了进一步的发展，空蚀是一个相对复杂的过程，我国在这方面还没有得到一个完善的理论以及空蚀物理模型，仅仅是依靠着材料来进行研究是不够的，要进行多方面的总结和实际的考察，把不同的学科与之结合起来详细的对问题进行分析，这样对于件数材料的空蚀研究的发展会有很好地促进意义。

参考文献

[1]骆超，吴建华，吴瑜.金属材料空蚀试验方法研究进展[J].水利水电科技进展，2012（5）：09-10.

[2]骆素珍，郑玉贵，姜胜利，等.1Cr18Mn14N双相不锈钢在腐蚀介质中的抗空蚀性能[J].腐蚀科学与防护技术，2011（6）：30-31.

[3]柳伟，郑玉贵，姚治铭，等.激光熔敷钴合金涂层的抗空蚀和冲刷磨损性能[J].材料保护，2012（3）：19-20.

[4]徐桂芳，秦敏明，雷玉成，等.新型Cr-Ni-Mo和Cr-Ni-Co堆焊合金空蚀性能[J].稀有金属材料与工程，2011（9）：13-14.

作者简介：汤大友，男，新疆乌鲁木齐人，工作单位：中石油西部管道分公司，职务：助理工程师。