閆 震，王迎春，邵云亮，吳劍波

(1.國(guó)家能源集團(tuán)新疆能源有限責(zé)任公司，新疆維吾爾自治區(qū)烏魯木齊市，830000；2.江蘇亞星錨鏈股份有限公司，江蘇省泰州市，214533)

國(guó)家能源集團(tuán)新疆能源有限責(zé)任公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)新疆公司)現(xiàn)有7對(duì)生產(chǎn)礦井、4對(duì)井工礦、3對(duì)露天煤礦，目前新疆公司井工礦井在開(kāi)采過(guò)程中均有不同程度硫化氫(H2S)氣體涌出，尤其是烏東煤礦西區(qū)綜采工作面在回采過(guò)程中受采動(dòng)影響產(chǎn)生裂隙，貯存于煤層中的硫化氫卸壓，不同程度地沿裂隙涌入回采工作面采空區(qū)內(nèi)?，F(xiàn)場(chǎng)通過(guò)加強(qiáng)排風(fēng)、噴灑中和劑等措施進(jìn)行了治理，但硫化氫在潮濕環(huán)境下仍然會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生影響。圓環(huán)鏈?zhǔn)敲旱V綜采設(shè)備刮板輸送機(jī)的重要組成部分，其工作時(shí)受到周期性的載荷及其他部件之間的磨損，在腐蝕介質(zhì)的作用下更容易導(dǎo)致性能下降而影響生產(chǎn)。因此，研究圓環(huán)鏈的腐蝕機(jī)理及其對(duì)性能的影響，對(duì)采取相應(yīng)手段進(jìn)行防護(hù)具有重要意義。

1 圓環(huán)鏈腐蝕機(jī)理

煤礦井下的腐蝕環(huán)境主要源于潮濕的空氣、較高的溫度、溶解于水中的鹽分以及硫化氫氣體等介質(zhì)，其中濕硫化氫的腐蝕作用尤為嚴(yán)重。煤礦中硫的來(lái)源主要包括成煤植物和海水[1]，后者在厭氧硫酸鹽還原菌(SRB)的作用下還原成硫化氫、多硫化物和單質(zhì)硫。鄧奇根等[2-3]研究指出，我國(guó)煤礦中的硫化氫主要來(lái)源于細(xì)菌硫酸鹽還原(BSR)、熱化學(xué)硫酸鹽還原(TSR)和火山活動(dòng)。煤礦開(kāi)采后，釋放出的硫化氫溶解于水并吸附在設(shè)備表面，從而造成腐蝕。

現(xiàn)有圓環(huán)鏈主要由CrNiMo系的低合金高強(qiáng)度鋼制成，通過(guò)熱處理獲得良好的組織和強(qiáng)韌性配合。圓環(huán)鏈的腐蝕包括電化學(xué)腐蝕、應(yīng)力腐蝕和氫脆等幾種形式。電化學(xué)腐蝕是指腐蝕介質(zhì)直接和金屬發(fā)生陽(yáng)極反應(yīng)，導(dǎo)致材料溶解，常表現(xiàn)為點(diǎn)蝕或嚴(yán)重的均勻腐蝕。應(yīng)力腐蝕是金屬在腐蝕和應(yīng)力的共同作用下，出現(xiàn)局部應(yīng)力集中，對(duì)結(jié)構(gòu)造成破壞。氫脆則是陰極反應(yīng)析出的氫原子滲透進(jìn)入金屬內(nèi)部，在晶界、夾雜物位置聚集產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,導(dǎo)致材料脆斷。上述幾種形式常常同時(shí)作用于金屬材料，導(dǎo)致其提前失效。

硫化氫腐蝕需要在潮濕環(huán)境下進(jìn)行。RADKEVYCH O I等[4]指出硫化氫溶于水會(huì)電離并具有弱酸性，當(dāng)介質(zhì)pH值<4時(shí)，主要以硫化氫分子的形式存在；當(dāng)pH值>10時(shí)，主要以S2-形式存在；當(dāng)介于二者之間時(shí)，則以HS-為主。楊懷玉等[5]研究發(fā)現(xiàn),在溶液pH值較低時(shí),低碳鋼腐蝕電極主要受陽(yáng)極酸性溶解過(guò)程控制；隨著pH值升高，硫化物在電極表面出現(xiàn)不連續(xù)沉積,電極過(guò)程主要受硫化物生長(zhǎng)控制；在pH值較高的堿性溶液中,電極表面因氧化膜的生成而呈現(xiàn)鈍化特征。郝文魁等研究人員[6]研究了pH值為5時(shí)，硫化氫濃度對(duì)35CrMo鋼應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的影響，結(jié)果表明在此環(huán)境下，35CrMo鋼的腐蝕機(jī)制以氫脆為主、陽(yáng)極溶解為輔。

此外，硫化氫的濃度對(duì)腐蝕也有影響。李偉明等[7]研究了硫化氫濃度對(duì)CF-62高強(qiáng)鋼的影響，結(jié)果表明腐蝕電流隨硫化氫濃度升高而增大，而通過(guò)慢拉伸試驗(yàn)得到的應(yīng)力腐蝕敏感度也不斷增大。劉厚群[8]通過(guò)電化學(xué)和均勻腐蝕掛片方法研究了硫化氫濃度對(duì)16Mn和20號(hào)鋼腐蝕速率的影響，結(jié)果表明，低濃度下腐蝕速率隨濃度提高快速增加，當(dāng)濃度超過(guò)15 mg/L時(shí)，腐蝕速率反而有所下降。事實(shí)上，經(jīng)過(guò)硫化氫治理后，礦井內(nèi)的硫化氫含量已經(jīng)下降到很低的程度[9-10]，因此對(duì)圓環(huán)鏈腐蝕的研究應(yīng)主要關(guān)注低濃度硫化氫的影響。

硫化氫腐蝕在不同環(huán)境下會(huì)產(chǎn)生不同的腐蝕產(chǎn)物，對(duì)腐蝕速率也有不同的影響。李東霞等[11]的研究表明，硫化氫腐蝕產(chǎn)物(結(jié)垢)會(huì)對(duì)腐蝕速率產(chǎn)生影響，結(jié)垢厚度增大時(shí) ,對(duì)腐蝕的阻礙作用增強(qiáng)；反之，腐蝕速率提高。而圓環(huán)鏈在使用時(shí)會(huì)和礦石、鏈輪以及中部槽產(chǎn)生摩擦，導(dǎo)致腐蝕產(chǎn)物無(wú)法在鏈環(huán)表面附著，因此一直處于快速腐蝕階段。

材料本身的高強(qiáng)度、外部腐蝕性介質(zhì)、周期性載荷、沖擊載荷和磨損等因素共同決定了圓環(huán)鏈腐蝕過(guò)程的復(fù)雜性，而鏈環(huán)本身幾何形狀和應(yīng)力分布的不均勻性也進(jìn)一步影響到其使用性能。

2 腐蝕對(duì)圓環(huán)鏈的影響

考慮到刮板輸送機(jī)圓環(huán)鏈在使用過(guò)程中的復(fù)雜工況，導(dǎo)致其失效的主要原因包括但不限于腐蝕失效、磨損失效和疲勞斷裂，前兩者主要通過(guò)影響鏈環(huán)尺寸，進(jìn)而降低鏈環(huán)的承載能力；后者則可能在圓環(huán)鏈承受一定次數(shù)的循環(huán)載荷后發(fā)生斷裂。上述因素相互之間耦合還會(huì)產(chǎn)生腐蝕磨損、腐蝕疲勞等作用導(dǎo)致設(shè)備性能退化，影響其進(jìn)一步使用。本文主要討論腐蝕及其與疲勞和磨損耦合作用對(duì)刮板輸送機(jī)圓環(huán)鏈產(chǎn)生的影響。

2.1 腐蝕

腐蝕環(huán)境對(duì)圓環(huán)鏈產(chǎn)生的影響包括均勻腐蝕、點(diǎn)蝕、應(yīng)力腐蝕和氫脆。均勻腐蝕會(huì)導(dǎo)致鏈環(huán)以較快的速度減少鏈環(huán)的有效截面積，使其在相同載荷下受到的應(yīng)力增大，更容易超過(guò)材料的屈服極限而發(fā)生斷裂。此外，尺寸的不均勻變化如點(diǎn)蝕、坑蝕造成的應(yīng)力集中又促進(jìn)應(yīng)力腐蝕，導(dǎo)致鏈環(huán)提前失效。氫脆的危害最大，因?yàn)闅浯鄷?huì)在應(yīng)力較小的情況下突然發(fā)生，難以通過(guò)對(duì)圓環(huán)鏈狀態(tài)的檢測(cè)提前發(fā)現(xiàn)。

張強(qiáng)和吳澤光等[12-13]使用有限元模擬的方法研究了溫度-腐蝕耦合作用下礦用圓環(huán)鏈的沖擊特性，計(jì)算結(jié)果表明，同一溫度條件下腐蝕鏈環(huán)的最大穩(wěn)態(tài)應(yīng)力隨著腐蝕深度的增大而增大；另一方面，當(dāng)腐蝕狀態(tài)一定時(shí)，腐蝕位于鏈環(huán)環(huán)冠與直臂部位過(guò)渡區(qū)域處鏈環(huán)最大穩(wěn)態(tài)應(yīng)力明顯高于環(huán)冠、直臂部位的最大穩(wěn)態(tài)應(yīng)力，且過(guò)渡區(qū)域最大穩(wěn)態(tài)應(yīng)力均超過(guò)對(duì)應(yīng)溫度下的屈服強(qiáng)度，這說(shuō)明腐蝕位置位于過(guò)渡區(qū)域的鏈環(huán)，相對(duì)其他位置更容易發(fā)生腐蝕斷裂失效。陳洪斌[14]分析了18 mm×64 mm圓環(huán)鏈的失效原因，認(rèn)為腐蝕導(dǎo)致鏈環(huán)直徑縮小，表面產(chǎn)生點(diǎn)蝕、麻坑，也是造成鏈環(huán)強(qiáng)度下降的重要原因。

柳蒙浩等[15-16]研究了回火溫度和外加陰極電位對(duì)21Cr2NiMo鋼在人工模擬海水中應(yīng)力腐蝕行為的影響，結(jié)果表明，升高回火溫度可以降低超高強(qiáng)鋼在模擬海水中的應(yīng)力腐蝕敏感性；在外加負(fù)電位高于-900 mV(vs.SCE)時(shí)，應(yīng)力腐蝕由陽(yáng)極溶解機(jī)理和氫致開(kāi)裂機(jī)理共同控制，當(dāng)外加電位低于-950 mV(vs.SCE)時(shí)，析氫反應(yīng)大量發(fā)生，應(yīng)力腐蝕由氫致開(kāi)裂機(jī)理控制。

馬忠輝[17]報(bào)道了國(guó)家能源集團(tuán)新疆能源有限責(zé)任公司部分礦井受硫化氫氣體困擾，設(shè)備受損、礦井維護(hù)難度增大，同時(shí)威脅生產(chǎn)安全的問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，鋼的強(qiáng)度越高，對(duì)氫脆就越敏感，工程上將HRC22作為臨界硬度值。而圓環(huán)鏈的硬度普遍高于HRC36，理論上在腐蝕環(huán)境使用有氫脆風(fēng)險(xiǎn)。馮文超[18]研究了回火工藝對(duì)Ф34×126C級(jí)礦用圓環(huán)鏈鋼應(yīng)力腐蝕性能的影響，研究結(jié)果表明，在較低回火溫度下，板條馬氏體中位錯(cuò)密度相對(duì)較高，在應(yīng)力作用下氫原子進(jìn)入鋼中降低原子間的結(jié)合力，促使裂紋脆性擴(kuò)展；當(dāng)回火溫度升高，板條馬氏體中的高密度位錯(cuò)充分回復(fù)，塑性得到改善，因而在含硫化氫腐蝕介質(zhì)環(huán)境下表現(xiàn)出相對(duì)較高的臨界應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子。

圓環(huán)鏈材料通常會(huì)添加Mn、Cr、Ni、Mo等合金元素以提高圓環(huán)鏈強(qiáng)度和韌性，同時(shí)也給材料帶來(lái)了一定的腐蝕抗性；另一方面，由于破斷載荷的要求，材料抗拉強(qiáng)度介于1 097～1 220 MPa之間[19]，在鋼鐵材料中處于較高水平，當(dāng)環(huán)境氫含量較高時(shí)，圓環(huán)鏈可能存在氫脆風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 腐蝕疲勞

和其他失效形式不同，腐蝕疲勞在形成宏觀裂紋之前并沒(méi)有顯著的外部特征，并且斷口呈脆性斷口形貌，不會(huì)產(chǎn)生較大的塑性變形和頸縮，因此也無(wú)法通過(guò)例行檢查提前發(fā)現(xiàn)。此外，鏈環(huán)的疲勞壽命對(duì)腐蝕凹坑產(chǎn)生的應(yīng)力集中較為敏感，尤其是在環(huán)體應(yīng)力較高的部位，這是導(dǎo)致鏈環(huán)失效的主要原因之一。

高平[20]研究了高強(qiáng)度圓環(huán)鏈鋼的腐蝕疲勞性能，認(rèn)為在其失效過(guò)程中，腐蝕作用與交變應(yīng)力作用不是簡(jiǎn)單的累加，而是相互影響和相互促進(jìn)。腐蝕疲勞的裂紋起始于腐蝕引起的點(diǎn)蝕和交變應(yīng)力作用引起的滑移所形成的溝壑和隆脊處，這些微裂紋生長(zhǎng)、聚集而形成大裂紋的過(guò)程是裂紋擴(kuò)展的第一階段；大裂紋在交變應(yīng)力和腐蝕作用下的擴(kuò)展直至斷裂則是形成裂紋擴(kuò)展的第二階段。張良運(yùn)等[21]研究了23MnCrNiMo64鋼的腐蝕疲勞性能，分析了回火溫度和滾壓形變強(qiáng)化對(duì)該材料腐蝕疲勞性能的影響，研究結(jié)果表明，23MnCrNiMo64鋼在腐蝕介質(zhì)中的疲勞壽命大幅降低，而低碳馬氏體在腐蝕介質(zhì)中的疲勞壽命高于回火屈氏體，另外滾壓形變強(qiáng)化也可以提高材料的疲勞壽命。

溫斌[22]研究發(fā)現(xiàn)圓環(huán)鏈在使用5個(gè)月后，逐漸出現(xiàn)點(diǎn)蝕并開(kāi)始頻繁出現(xiàn)斷鏈?zhǔn)鹿?。?jīng)過(guò)分析得出，該工作面使用后的圓環(huán)鏈有較深腐蝕坑和高于容許拉力導(dǎo)致的腐蝕裂紋，腐蝕裂紋引起圓環(huán)鏈振動(dòng)而導(dǎo)致疲勞斷裂。ERYK R等[23]分析了腐蝕和疲勞及其耦合狀態(tài)對(duì)圓環(huán)鏈性能的影響。其中腐蝕介質(zhì)中圓環(huán)鏈的疲勞性能顯著低于大氣環(huán)境，斷裂部位主要位于環(huán)冠和直臂部位過(guò)渡區(qū)域的內(nèi)側(cè)。

高強(qiáng)度圓環(huán)鏈的腐蝕疲勞性能與環(huán)境因素以及鏈環(huán)自身狀態(tài)密切相關(guān)，環(huán)境因素主要包括腐蝕介質(zhì)、平均載荷、載荷幅值等；鏈環(huán)自身狀態(tài)取決于鏈環(huán)的幾何形狀及表面質(zhì)量。圓環(huán)鏈主要斷裂位置如圖1所示，在環(huán)冠、直臂部位以及過(guò)渡區(qū)域內(nèi)側(cè)，因此，上述關(guān)鍵部位的腐蝕和磨損對(duì)鏈環(huán)疲勞性能產(chǎn)生的影響尤為明顯，應(yīng)得到重點(diǎn)關(guān)注和防護(hù)。

圖1 圓環(huán)鏈主要斷裂位置

2.3 腐蝕磨損

腐蝕磨損是高強(qiáng)度圓環(huán)鏈在腐蝕介質(zhì)中使用時(shí)常見(jiàn)的損傷形式，在腐蝕和磨損的共同作用下，鏈環(huán)往往表現(xiàn)出比單個(gè)因素作用時(shí)更快的質(zhì)量損失率。從新疆公司烏東煤礦提取了使用后的舊鏈環(huán)并通過(guò)3D掃描獲得實(shí)體模型以及應(yīng)力分布如圖2所示，同時(shí)取樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)獲得材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，然后進(jìn)行有限元分析，結(jié)果表明其破斷強(qiáng)度和新鏈環(huán)相比損失超過(guò)10%，使用性能明顯下降。

圖2 腐蝕和磨損鏈環(huán)3D掃描模型以及應(yīng)力分布

張良運(yùn)等[24]使用不同pH值的腐蝕介質(zhì)模擬了圓環(huán)鏈的使用環(huán)境，分析了組織、硬度和表面處理方式對(duì)鏈環(huán)耐磨性的影響，其中較高的硬度和表面噴丸處理有助于提高圓環(huán)鏈的抗腐蝕磨損性能。EMMANUEL F、TYLER DE G、DEVIN W等[25-27]研究了硫酸根還原菌(SRB)及其產(chǎn)生的硫化氫對(duì)高強(qiáng)度圓環(huán)鏈的腐蝕作用，主要表現(xiàn)為嚴(yán)重的坑蝕和腐蝕磨損，部分截面面積損失達(dá)到13%～35%，對(duì)圓環(huán)鏈的安全使用造成顯著影響。

YAGHIN A L等[28]比較了鏈環(huán)在干、濕條件下的長(zhǎng)期磨損特性，研究結(jié)果表明，濕潤(rùn)條件下鏈環(huán)之間的磨損率比干燥條件下減少約20%，另一方面磨損率和載荷之間并未表現(xiàn)出和磨損理論預(yù)測(cè)結(jié)果一致的線性關(guān)系，認(rèn)為這和接觸面積的變化有關(guān)。喬燕芳等[29]研究了刮板輸送機(jī)中部槽的腐蝕磨損性能，試驗(yàn)結(jié)果表明，腐蝕條件下耐磨板的磨損量顯著高于干摩擦條件，對(duì)材料有著更強(qiáng)的破壞作用。GOTOH K等[30-31]設(shè)計(jì)了一種鏈環(huán)磨損試驗(yàn)裝置并用其進(jìn)行了圓環(huán)鏈的磨損試驗(yàn)，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)環(huán)與環(huán)之間的磨損質(zhì)量損失，隨循環(huán)次數(shù)的增加先增加后減少，在濕潤(rùn)條件下的磨損率同樣大幅減少；同時(shí)干燥和濕潤(rùn)條件下鏈環(huán)的磨損都和載荷大小密切相關(guān)。

圓環(huán)鏈在使用過(guò)程中不可避免產(chǎn)生磨損，主要包括圓環(huán)與鏈輪的磨損、立環(huán)與中部槽的磨損以及環(huán)與環(huán)之間的磨損；其中與鏈環(huán)的磨損位于過(guò)渡區(qū)域，對(duì)鏈環(huán)強(qiáng)度的影響更為突出。在腐蝕的作用下，鏈環(huán)的磨損進(jìn)一步加劇并呈幾何形狀的變化，導(dǎo)致環(huán)體應(yīng)力分布不均，同時(shí)增加的疲勞和應(yīng)力腐蝕風(fēng)險(xiǎn)又進(jìn)一步影響其使用壽命，因此在考慮防護(hù)措施時(shí)也要考慮磨損的因素。

3 圓環(huán)鏈腐蝕防護(hù)措施

陳明等[32]研究了硫化氫腐蝕機(jī)理和防護(hù)措施，主要防護(hù)方法包括添加緩蝕劑、合理選材、表面鍍層和陰極保護(hù)。其中，添加緩蝕劑和陰極保護(hù)對(duì)于井下圓環(huán)鏈并不具備實(shí)施條件，因此，合理選材和適當(dāng)?shù)谋砻驽儗映蔀閳A環(huán)鏈抗硫化氫腐蝕的主要手段。

3.1 材料成分和組織優(yōu)化

降低材料夾雜物含量以及控制硫(S)、磷(P)、氧(O)等元素的含量是減輕腐蝕的途徑之一，控制材料中的氫(H)元素含量則可以降低氫脆風(fēng)險(xiǎn)。此外，金屬鉬(Mo)可以通過(guò)減少雜質(zhì)元素在晶界的偏聚以抑制第二類(lèi)回火脆性，并提高鋼的耐點(diǎn)蝕性能，從而增強(qiáng)基體抗硫化氫的腐蝕性能。

肖延齡等[33]研究了不同熱處理?xiàng)l件下20鋼的抗硫化氫應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂性能，研究結(jié)果表明，馬氏體對(duì)應(yīng)力腐蝕較敏感，隨著鐵素體含量的增加，抗應(yīng)力腐蝕性能逐漸提升，通過(guò)合理的亞溫淬火工藝可以在保證強(qiáng)度的情況下獲得較低的應(yīng)力腐蝕敏感性。李明等[34]探討了硫化氫腐蝕的機(jī)理和影響因素，對(duì)于高強(qiáng)鋼來(lái)說(shuō)，其抗斷裂能力與抗硫化氫斷裂鋼顯微組織的關(guān)系，一般按以下的次序遞減:鐵素體加球狀碳化物組織→完全淬火和回火的顯微組織→正火和回火的顯微組織→正火后的顯微組織→淬火后未回火的馬氏體組織。王斌等[35]研究了合金元素和煉鋼工藝對(duì)低合金高強(qiáng)度鋼抗硫化氫腐蝕的影響，分析研究得出：適當(dāng)?shù)暮辖鸪煞帧⑤^低的夾雜物含量、低硫及低氫的工藝控制，加上均勻細(xì)小的晶粒組織，可以使低合金高強(qiáng)度鋼的抗硫化氫腐蝕性能得到較大提高。

按照標(biāo)準(zhǔn)，圓環(huán)鏈的抗拉強(qiáng)度約為1 100～1 200 MPa，熱處理方式為淬火加中溫回火，組織為回火馬氏體。因此，為了保證圓環(huán)鏈的抗腐蝕性能，應(yīng)使用添加耐蝕性元素的潔凈鋼，并在熱處理過(guò)程中適當(dāng)提高回火溫度或增加回火時(shí)間，同時(shí)兼顧耐磨性對(duì)材料硬度的要求，保證圓環(huán)鏈的正常使用。

3.2 表面處理

高強(qiáng)度圓環(huán)鏈常用的表面處理措施包括拋丸、含鋅的有機(jī)涂層、熱鍍/浸鋅、熱噴鋁和其他防腐涂料。其中熱浸鋅是鏈環(huán)防腐常用的表面處理技術(shù)，具有鍍層均勻、附著力強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)常用于船用錨鏈的水下防腐。

謝春生等[36]研究了22MnCrNiMo鋼的耐鹽霧腐蝕性能，其中帶環(huán)氧煤瀝青漆、煤焦瀝青漆和氯化橡膠漆涂層的試驗(yàn)結(jié)果表明，煤焦瀝青因其良好的耐水性和附著力而表現(xiàn)出較好的防護(hù)效果。

王在東等[37-38]采用電化學(xué)分析、鹽霧加速試驗(yàn)和實(shí)地懸掛試驗(yàn)分析了浸鋅工藝對(duì)圓環(huán)鏈的防護(hù)效果，研究結(jié)果表明，鋅涂層可以大幅提高圓環(huán)鏈產(chǎn)品的抗腐蝕性能，在鋅涂層未消耗完之前，圓環(huán)鏈可以得到較好的保護(hù)。溫斌[39]對(duì)比了普通礦用高強(qiáng)度圓環(huán)鏈以及熱浸鋅圓環(huán)鏈在礦上的使用情況。研究結(jié)果表明，熱浸鋅圓環(huán)鏈可以有效避免因腐蝕導(dǎo)致的斷鏈?zhǔn)鹿?，保證工作面的正常生產(chǎn)，提高礦井效益。樊棟等研究人員[40]研究了熱鍍鋅、滲鋅層在城市及化工大氣環(huán)境中的防腐性能。研究結(jié)果表明，在大氣和鹽霧干濕交替、二氧化硫氣體循環(huán)加速腐蝕條件下，滲鋅件的耐腐蝕性能均優(yōu)于熱浸鍍鋅件。文偲嘉等[41]研究了熱浸鍍鋁及擴(kuò)散處理工藝對(duì)54鋼耐腐蝕性能的影響。研究結(jié)果表明，熱浸鍍鋁后的54鋼，耐蝕性能得到明顯改善，擴(kuò)散處理后材料的腐蝕電流均顯著降低，腐蝕速率減慢。

王東鳳等[42]報(bào)告了使用熱浸鋅涂層提高礦用高強(qiáng)度圓環(huán)鏈防腐性能的方法，可以為圓環(huán)鏈提供一段時(shí)間的有效防護(hù)，但這些方法會(huì)導(dǎo)致圓環(huán)鏈的力學(xué)性能降低，且當(dāng)防腐層磨掉后，防腐功能隨之消失，而采用防腐圓環(huán)鏈鋼制造的礦用高強(qiáng)度圓環(huán)鏈在保持高強(qiáng)度的條件下，可有效防止煤礦井下產(chǎn)生的圓環(huán)鏈應(yīng)力腐蝕斷裂，且不因磨損而降低對(duì)應(yīng)力腐蝕的抗力，但對(duì)圓環(huán)鏈表面的防銹作用并不明顯。MARIUSZ S[43]采用試驗(yàn)和模擬的方法研究了表面防腐涂層對(duì)圓環(huán)鏈摩擦系數(shù)和破斷強(qiáng)度的影響。研究結(jié)果表明，帶有防腐涂層的圓環(huán)鏈和原始產(chǎn)品破斷載荷相差達(dá)到6%，斷裂功相差達(dá)到38.4%。ERYK R[23]等研究人員給出了幾種礦用鏈表面防腐的處理方法。熱鍍鋅等涂層可以提高圓環(huán)鏈的耐腐蝕性，但是會(huì)降低圓環(huán)鏈的強(qiáng)度。此外，鋅鋁合金涂層防腐效果高于傳統(tǒng)的鋅涂層。

綜上所述，鋅/含鋅涂層是目前常用且防腐效果較好的表面處理方式，但是熱浸鋅前需要酸洗，高強(qiáng)度的圓環(huán)鏈容易產(chǎn)生氫脆，導(dǎo)致圓環(huán)鏈強(qiáng)度下降。在微觀條件下，一般表現(xiàn)為沿晶斷裂，并伴隨有二次晶間裂紋(圖3)。而其他表面處理方式或多或少也會(huì)造成鏈環(huán)的性能下降。因此，如何在進(jìn)行表面處理的同時(shí)保證圓環(huán)鏈的力學(xué)性能需要進(jìn)一步研究。

圖3 熱鍍鋅酸洗導(dǎo)致圓環(huán)鏈出現(xiàn)氫脆

4 結(jié)語(yǔ)

圓環(huán)鏈的腐蝕包括電化學(xué)腐蝕、應(yīng)力腐蝕和氫脆，其作用形式表現(xiàn)為宏觀尺寸變化導(dǎo)致的應(yīng)力集中和結(jié)構(gòu)失效，以及微觀的晶界破壞和微裂紋擴(kuò)展產(chǎn)生的失效，再加上使用過(guò)程中的疲勞和磨損，共同導(dǎo)致了鏈環(huán)性能和使用壽命的下降。現(xiàn)代礦井經(jīng)過(guò)硫化氫治理后，硫化氫濃度水平較低，環(huán)境pH值通常偏中性，對(duì)圓環(huán)鏈的腐蝕得到一定程度緩解，但仍需進(jìn)行一定的防護(hù)措施。為提高圓環(huán)鏈防腐蝕的能力，優(yōu)化材料成分組織和表面處理是兩種主要應(yīng)對(duì)方法，然而前者需要綜合考慮材料的力學(xué)性能、可焊性、匹配性等多方面因素，成本高且周期長(zhǎng)，因此在不影響力學(xué)性能的條件下采用表面處理是現(xiàn)階段改善礦用鏈腐蝕的可行方法。