微動腐蝕是腐蝕起重要作用的一種微動磨損形式。在一般情況下，耐腐蝕材料因腐蝕而耗損的材料是甚為微小的，但在微動腐蝕條件下，耐腐蝕材料表面所形成的保護膜因微動摩擦的機械作用而被刮除，表面露出化學(xué)活性很強的新金屬。該新金屬與周圍介質(zhì)起反應(yīng)，按一定規(guī)律重新生成一定厚度的表面膜，然后又被機械作用刮除，如此循環(huán)不止。這樣就由機械和腐蝕的復(fù)合作用，引起材料大量地從表面上損失。

一、微動腐蝕的定義和特點

微動腐蝕(又稱微振腐蝕)是腐蝕磨損的一種形式，是指兩個相互接觸、名義上相對靜止而實際上處于周期性小幅相對滑動(通常為振動)的固體表面因磨損與腐蝕交互作用所導(dǎo)致的材料表面破壞現(xiàn)象。產(chǎn)生微動腐蝕的相對滑動極小，振幅一般為2～20μm。反復(fù)的相對運動是產(chǎn)生微動腐蝕的必要條件，在連續(xù)運動的表面上并不產(chǎn)生微動腐蝕。如正常行駛的汽車，軸承表面相對運動很大(整周運動)，不會產(chǎn)生微動腐蝕。而在用船舶或火車運輸汽車時，汽車滾動軸承的滾道上就會出現(xiàn)一條條光滑的凹坑，并有棕紅色的氧化產(chǎn)物，這是由于軸承上承受著載荷，在運輸中又不斷有小幅相對滑動，因而發(fā)生了微動腐蝕的結(jié)果。微動腐蝕一般使金屬表面出現(xiàn)麻坑或溝槽，并且周圍往往有氧化物或腐蝕產(chǎn)物。在各種壓配合的軸與軸套、鉚接接頭、螺栓連接、鍵銷固定等連接固定部位，鋼絲繩股與股、絲與絲之間，礦井下的軌道與道釘之間，都可能發(fā)生微動腐蝕。在有交變應(yīng)力的情況下，還可因微動腐蝕誘發(fā)疲勞裂紋形核、擴展，以致斷裂。

二、微動腐蝕的機理

大多數(shù)微動腐蝕是在大氣條件下進(jìn)行的，微動腐蝕涉及微動磨損與氧化的交互作用?；谀p和氧化的關(guān)系，提出了磨損-氧化和氧化-磨損兩種不同的機理。

磨損-氧化機理

在承載情況下，兩個金屬表面實際接觸的突出部位處于黏著和焊合狀態(tài)。在相對運動過程的中，接觸點被破壞，金屬顆粒脫落下來。由于摩擦，顆粒被氧化，這些較硬的氧化物顆粒在隨后的微動腐蝕中起到磨料的作用，強化了機械磨損過程。  

氧化-磨損機理

很多金屬表面本來就存在氧化膜，在相對運動中，突出部位的氧化膜被磨損下來，變成氧化物顆粒，而暴露出的新鮮金屬重新氧化，這一過程反復(fù)進(jìn)行，導(dǎo)致微動腐蝕。

事實上，這兩種機制都可能存在。研究發(fā)現(xiàn)，氧氣確實能加速微動腐蝕，如碳鋼在氮氣中的微動磨損損失量僅為空氣中的1/6，在氮氣中的產(chǎn)物是金屬鐵，而在空氣中是Fe2O3。因此。微振腐蝕是機械微動磨損與氧化共同作用的結(jié)果。

三、微動腐蝕的影響因素

夾緊力的影響

增加兩摩擦表面間的夾緊力可能增加微動損傷。這種趨勢已通過對表面損傷的目視檢查被驗證。但問題是，這是否會增加對疲勞性能的不利影響。對于夾緊力的影響，各文獻(xiàn)報道的結(jié)論并不一致，這可能與復(fù)雜摩擦學(xué)因素相關(guān)，涉及到了材料的耐磨性、表面粗糙度和潤滑作用等，而當(dāng)存在由微動磨損產(chǎn)生的氧化物顆粒時，情況更加復(fù)雜。

材料表面粗糙度的影響

拋光表面的微動腐蝕可能比表面粗糙的材料更嚴(yán)重。在后一種情況下，接觸主要發(fā)生在表面輪廓的最高點，使其發(fā)生損傷或塑性變形。微動磨損脫落的顆粒會被收集在粗糙表面的凹槽內(nèi)，因此對進(jìn)一步的微動磨損損傷貢獻(xiàn)較小。而拋光表面的微動磨損損傷則產(chǎn)生微裂紋，這些微裂紋會立刻擴展。實際上，粗糙度對微動腐蝕的影響還沒有得到廣泛的研究。

環(huán)境的影響

兩表面之間的微動磨損產(chǎn)生的氧化顆?？梢栽斐杀砻娴倪M(jìn)一步損傷，而出人意料的是，干燥環(huán)境中的微動磨損可能比在潮濕環(huán)境中更為嚴(yán)重。這可能是因為與潮濕環(huán)境相比，兩表面間的局部焊接在干燥環(huán)境中更容易發(fā)生。在隨后的循環(huán)中焊接點被撕裂就可能造成較大的損傷。雖然對于非常惡劣環(huán)境中的微動腐蝕研究還很少，但必須認(rèn)識到在這種環(huán)境中材料的疲勞性能無論如何都已經(jīng)很差了。

平均應(yīng)力的影響

恒幅載荷是由應(yīng)力幅和平均應(yīng)力來表征的。如前所述，微動腐蝕可以對相對較低的應(yīng)力幅下的高周疲勞和疲勞極限造成很大的不利影響。在高應(yīng)力幅下也可能發(fā)生微動腐蝕，但其對疲勞壽命的影響有限，因為在高應(yīng)力幅下，裂紋可能在微動損傷還沒有形成之前的早期疲勞階段就已經(jīng)起始了。

四、材料的微動疲勞性能

如果材料在循環(huán)載荷條件下運行，則微動摩擦與腐蝕的相互作用將對材料的疲勞性能有所影響。微動摩擦主要影響裂紋的萌生階段，當(dāng)裂紋的長度超過摩擦作用的控制范圍，微動就失去了作用。腐蝕則對裂紋的萌生和擴展都有影響，因為腐蝕首先對新生長的疲勞滑移帶發(fā)生侵蝕，從而影響裂紋的萌生階段，當(dāng)裂紋進(jìn)入擴展階段后，裂紋頂端同樣受到侵蝕作用。一般而言，按照材料在特定的環(huán)境介質(zhì)中的微動疲勞性能，可將材料分成兩類。第一類是對該特定的介質(zhì)而言無耐腐蝕性的材料，例如在NaCl溶液中或在大氣環(huán)境下的中碳鋼。當(dāng)微動和腐蝕共同作用時，材料的疲勞性能實際上只受腐蝕一個因素的影響，微動不起任何作用。這時材料的疲勞性能就是腐蝕疲勞性能。第二類是耐腐蝕材料，例如在NaCl溶液中或在大氣環(huán)境下的奧氏體不銹鋼。如果只有腐蝕作用，材料的疲勞性能不會改變或只有微小下降，但是微動和腐蝕共同作用，則其疲勞性能則大幅下降，因為微動作用會將起表面保護作用的氧化膜刮除。

五、鍍錫連接件的微動腐蝕

微動腐蝕是鍍錫連接器的一種很典型的失效模式。錫在空氣中很容易被氧化，而且氧化層還不導(dǎo)電，并且很脆，很容易被破壞，當(dāng)線端連接器插入板端時，由于端子間的摩擦力，很容易把接觸面上的氧化層破壞掉，露出錫層，進(jìn)而可以正常導(dǎo)電，不影響正常使用。然而不幸的是，當(dāng)完成互插后，由于振動或溫度導(dǎo)致的熱脹冷縮，端子的接觸點會發(fā)生微小的位移(微米級別)。錫接觸到了空氣，造成了接觸點的錫二次氧化，而這個氧化層是不容易被破壞掉的，這就會造成接觸面阻抗變大，導(dǎo)致連接不良，最終形成微動腐蝕。

微動腐蝕的形成過程

下圖顯示了微動腐蝕的形成過程：

(1) 初次匹配時，錫的氧化層裂開，漏出錫層，實現(xiàn)了可靠電接觸；

(2) 接觸點移動，露出新鮮的錫層。錫層暴露在空氣中，形成了新的氧化層；

(3) 接觸點多次移動，錫層氧化物殘留堆積；

(4) 殘留物堆積到一定的程度，形成瞬斷現(xiàn)象(Intermittence)，破壞了電連接。

發(fā)生微動腐蝕的電氣端子形貌

嚴(yán)重腐蝕情況下，電氣端子看起來像是有黑暗污跡，污跡通常出現(xiàn)在實際電氣接觸的位置。下圖顯示了公端子上的嚴(yán)重腐蝕斑點。在不太嚴(yán)重的情況下，則很難看到腐蝕點，必須使用一些特殊的實驗室設(shè)備才能識別到。

如何避免微動腐蝕

一般情況下，應(yīng)該從端子結(jié)構(gòu)設(shè)計上來避免微動腐蝕。此外，還可以采取如下一些額外的微動腐蝕防止措施：

(1) 盡量減少端子匹配付之間的相對運動：額外的夾子或支架可以減少連接器移動；具有高接觸力的端子，抵抗微動腐蝕性能通常優(yōu)于低接觸力的端子；連接器設(shè)計成允許端子"浮動"，可以抵抗由于熱循環(huán)引發(fā)的微動腐蝕。

(2) 采用微動腐蝕“非易感”的鍍層，如鍍金或鍍銀。

(3) 采用接觸面潤滑劑，潤滑劑可以滯后微動腐蝕的發(fā)生。

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