机械产品耐腐蚀材料的合理选择

      在科技及社会经济高速发展的今天，机械工业的产业结构、产品结构、生产工艺已发生了很大变化，机械设计及制造的内涵已扩大。其服务对象已由传统的主要为工业机器生产(零部件)扩大到生产一般工业品、日用品等轻化工方面，从而使产品设计及制造的选材范围已逐渐扩大。目前绝大多数机械工程技术人员在设计、制造工业品时，材料的选择多是从机械性能、工艺性能、材料及加工的低成本方面考虑的，而在涉及到要求耐腐蚀的机械产品(含机器零部件、化工装置、家用电器、装饰装璜用品、工艺品、玩具等等)的选材时，则往往存在考虑上的欠缺(而大多数学化工的防腐蚀工程师又不太熟悉机械设计及工艺)。由于腐蚀会造成设备运转事故，增加设备或工业品维护成本，降低产品美学价值，从而影响了企业生产及产品的市场竞争力。腐蚀的产生蕴育于制造、安装或使用等各阶段中，而材料的选择却是解决问题的关键。
　　任何一种材料只是在一定的介质和工作条件下才具有特定的耐蚀性。同一类材料也因牌号很多、成分有别、性能也各有差异。显然，耐蚀材料的选择是产品设计中一项细致而复杂的工作。为此，应先了解产品的结构特点、使用性能、使用价值、使用环境(如受力状况、腐蚀介质种类及浓度、温度、物料状态、是否要求导电、绝缘或散热，以及密度及磁性要求等)及寿命，再结合所掌握的材料特性或查相关资料或作必要辅助实验，在材料使用性、加工性，耐用性及经济性(特别是制成的产品的综合经济性)等方面作出综合评价，选出最合理的耐蚀材料。
　　1　应先选择对使用介质及工作条件有耐蚀性的材料，这是防止产品失效最积极的措施(特别对易造成重大灾难及不易维护的场合)。此时，应了解不同材料在此介质及工作条件中可能的腐蚀形式，如金属的均匀府蚀、应力的腐蚀、电偶腐蚀、点蚀，陶瓷的化学溶解及塑料的老化、溶胀等，再考虑相关因素选择合适的材料。如一般碳钢、低合金结构钢在常温硝酸、浓碱液、浓硫酸、浓氢氟酸中很耐蚀；纯铝特耐浓硝酸腐蚀；钛在氧化性介质中比大多数不锈钢耐蚀，特别是在海水中更突出(不易产生点蚀及应力腐蚀)，是制作海水中热交换器的极佳材料；氮化硅陶瓷除氢氟酸外，能耐各种酸和碱腐蚀，也能抗熔融有色金属的侵蚀。
　　2　温度不高及受力状况允许下优先选择塑料(含塑料、橡胶衬里及玻璃钢)。因为塑料对大多数酸、碱、盐的耐蚀性比一般金属好，且成形加工容易，成本也较低，还可节约贵重金属(如铝、铅、不锈钢等)，并且不会产生应力腐蚀，电偶腐蚀等电化学腐蚀(但相当部分易老化及受部分溶剂影响)，制成的装置或产品不用维护或易于维护。如聚丙烯除浓酸、浓硫酸等强氧化性介质外，几乎耐各种酸、碱、盐腐蚀(仅少数溶剂可使其溶胀)；耐酸酚醛(用耐酸石棉填充)特别能耐各种浓度盐酸、低中浓度硫酸腐蚀；而聚四乙烯在强酸、强碱、强氧化剂甚至“王水”中都不腐蚀，耐各种溶剂，耐候性特好，吸水率几乎为零，已广泛应用于各种耐蚀零件、结构及涂层上，另外，塑料在工业中广泛的应用已导致机械设计及工艺的巨大变化，导致了传统金属加工业的日益萎缩(如在电器、玩具、建材、装饰装璜、工艺品甚至机器生产、化工装置、汽车、飞机上)导致了产品的更新换代及市场的激烈竞争，也导致了传统机械工业企业产业结构、产品结构、生产工艺的调整变化及机械工业内涵的延伸。这一点，是我们同传统金属材料打交道的机械工程技术人员应注意和弥补的。
　　3　对容易产生腐蚀和不易维护的部位，以及对产品美学价值影响较大的部位，应选耐蚀性高的材料，以减少腐蚀造成的损失，美学价值的降低或降低维护成本，如高楼防护栏选不锈钢，轿车雨刮器用不锈钢发黑处理代碳钢涂饰来制造等。耐蚀性高的材料不一定成本就高，如碳钢常用于制浓硫酸贮罐等，而聚氯乙稀、聚丙稀、耐酸酚醛等原料价格目前在5500～8000元/吨，用其批量生产成产品时，生产成本也不高(不少还低于金属件)。
　　4　对金属材料，不仅要注意材料品种牌号，还应选择腐蚀倾向小的热处理状态(如18-8不锈钢的固溶处理等)。因为不同的相及组织，有时使耐蚀相差较大。另外，不同材料组合接触时应注意可能产生电偶腐蚀(此时，最好考虑用单一金属品种材料，或作绝缘处理，或选塑料、陶瓷等不导电材料)。
　　5　所选材料除应满足要求的耐蚀性外，还应满足产品或装置工作时的力学性能，物理性能(如耐热性、绝缘性、密度、导磁性等)，成形加工性等。如高温介质，可选不锈钢或陶瓷；高压介质可选钢(含钢衬塑料、橡胶)或玻璃钢；绝缘保温可选塑料或陶瓷；质轻无磁性可选塑料、铝、钛等；要拼焊的大型工程结构选可焊性好的低碳合金钢、奥氏体不锈钢或玻璃钢等。
　　6　对受力较大的结构或产品的材料选择时，还应注意防止应力腐蚀开裂或腐蚀疲劳(主要针对金属材料)。不少材料不受力时还耐腐蚀，但受一定拉应力或交变应力后，力学性能明显下降，易产生应力和介质其同作用下的腐蚀脆性断裂，从而造成意外灾难。不同金属材料的应力腐蚀破裂有其产生的特定介质，还与成份有关(如含钼的奥氏体不锈钢、高铬高镍不锈钢、双相不锈钢的抗应力腐蚀性就比其它不锈钢好得多)，可查有关资料确定。
　　7　所选材料的经济性——有最高的综合效益。其包含以下几方面：
　　(1)是所选材料易购价廉，成形加工费用低，用其制造的装置或产品在使用周期内维护费用低，并在这几项之间作最低成本的平衡。这样的选材思想在强调“经济实用”(功能)的不直接面对视觉的工厂内部生产装置、大型结构、产品内部零部件等场合表现最突出。此时，耐蚀材料的选择应注意与各种防腐蚀工艺措施——镀层保护、涂层保护、缓蚀剂使用、电化学保护及临时性保护等的合理配合(特别是对一般钢铁材料)，并考虑设备或装置维护费、停产检修可能造成的产值损失及附带其它损失，以及银行利息等因素，在使用周期内选择综合成本最低的耐蚀机械产品材料。对于弱腐蚀条件下及某些不易造成重大腐蚀灾难的场合，或使用寿命不长的某些产品，选用力学性能、物理性能及成形加工性好而价格又低的材料，既使材料不太耐蚀，但如能采取经济合理的防腐蚀措施(如电化学保护、涂层、镀层保护等)达到耐蚀目的，或在使用寿命内能满足产品功能，也是合理的方案。
　　(2)是所选材料能使制造的产品利润最高，有最大的市场回报，或有很高的社会价值。此时，不过分计较材料成本费用及加工费用，也不太计较产品的功能与材料耐蚀性的合理匹配。这样的选材设计思想在设计、制造一些时尚化、高贵化的面对消费者视觉或心里感觉的产品上表现突出，如小轿车内外饰件、家电、工艺品、建筑装饰装璜件等方面常选保光保色特别好(即特耐蚀)的材料(甚至贵重材料)来制造。同时，也利于保持产品长期价值，刺激购买力或维护企业形象。
　　特别地，对工业装置的材料选择，不能只注意到某种材料与环境作用可能产生的腐蚀。因为我们实际遇到的设备装置常由多种材料组成，并受各种力及不同热作用，是一复杂的系统，是否合理的结构设计、安装、使用及维护都会对设备或产品的抗蚀性产生影响。此时，除应注意借鉴以往类似经验资料外，还可进行相应的腐蚀试验甚至现场试验来选择最合适耐蚀材料