第6章 磨損與腐蝕失效分析

1、第第6章章 磨損與腐蝕失效分析磨損與腐蝕失效分析 李春福李春福 西南石油大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院西南石油大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 6.1 磨損失效分析磨損失效分析 6.1.1 磨損及磨損失效磨損及磨損失效 磨損磨損 （1）磨損的概念）磨損的概念 1. 相互接觸并作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體由于機(jī)械、相互接觸并作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體由于機(jī)械、 物理和化學(xué)作用，造成物體表面材料的位物理和化學(xué)作用，造成物體表面材料的位 移及分離，使表面形狀、尺寸、組織及性移及分離，使表面形狀、尺寸、組織及性 能發(fā)生變化的過(guò)程稱(chēng)為磨損。能發(fā)生變化的過(guò)程稱(chēng)為磨損。 （2）磨損程度的度量。一般采用長(zhǎng)度）磨損程度的度量。一般采用長(zhǎng)度 磨損量磨損

2、量WL、體積磨損量、體積磨損量WV和重量磨損和重量磨損 量量WW來(lái)表示材料磨損的嚴(yán)重程度。來(lái)表示材料磨損的嚴(yán)重程度。 （3）耐磨性。是指在一定工作條件下）耐磨性。是指在一定工作條件下 材料抵抗磨損的能力，分為絕對(duì)耐磨性材料抵抗磨損的能力，分為絕對(duì)耐磨性 和相對(duì)耐磨性?xún)煞N。和相對(duì)耐磨性?xún)煞N。 絕對(duì)耐磨性絕對(duì)耐磨性（簡(jiǎn)稱(chēng)耐磨性）（簡(jiǎn)稱(chēng)耐磨性）通常用磨損量通常用磨損量 或磨損率的倒數(shù)來(lái)表示?；蚰p率的倒數(shù)來(lái)表示。 相對(duì)耐磨性是指兩種材料磨損量的比值，相對(duì)耐磨性是指兩種材料磨損量的比值， 其中一種材料是參考試樣。用符號(hào)其中一種材料是參考試樣。用符號(hào)表示。表示。 被測(cè)試樣磨損量 標(biāo)準(zhǔn)試樣磨損量 2. 磨

3、損失效磨損失效 機(jī)械零件因磨損導(dǎo)致尺寸減小和表面狀態(tài)機(jī)械零件因磨損導(dǎo)致尺寸減小和表面狀態(tài) 改變，并最終喪失其功能的現(xiàn)象稱(chēng)為改變，并最終喪失其功能的現(xiàn)象稱(chēng)為磨損磨損 失效失效。 磨損失效是個(gè)逐步發(fā)展、漸變的過(guò)程，短磨損失效是個(gè)逐步發(fā)展、漸變的過(guò)程，短 則幾小時(shí)，長(zhǎng)則幾年。則幾小時(shí)，長(zhǎng)則幾年。 磨損與斷裂、腐蝕并稱(chēng)為金屬失效的三種磨損與斷裂、腐蝕并稱(chēng)為金屬失效的三種 形式，其危害十分驚人。形式，其危害十分驚人。 3. 磨損的類(lèi)型磨損的類(lèi)型 磨料磨損磨料磨損 粘著磨損粘著磨損 沖蝕磨損沖蝕磨損 微動(dòng)磨損微動(dòng)磨損 腐蝕磨損腐蝕磨損 疲勞磨損疲勞磨損 磨料磨損磨料磨損是指硬的磨（顆）?；蛴驳耐钩鍪侵赣驳?/p>

4、磨（顆）?；蛴驳耐钩?物在與摩擦表面相互接觸運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，使材物在與摩擦表面相互接觸運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，使材 料表面損耗的一種現(xiàn)象或過(guò)程。硬顆粒或凸料表面損耗的一種現(xiàn)象或過(guò)程。硬顆?；蛲?出物一般為非金屬材料，如石英砂、礦石出物一般為非金屬材料，如石英砂、礦石 等，也可能是金屬，像落入齒輪間的金屬屑等，也可能是金屬，像落入齒輪間的金屬屑 等。磨?；蛲钩鑫锟梢詮奈⒚准?jí)尺寸的粒子等。磨?；蛲钩鑫锟梢詮奈⒚准?jí)尺寸的粒子 變化到礦石乃至更大的物體。變化到礦石乃至更大的物體。 粘著磨損粘著磨損也稱(chēng)咬合（膠合）磨損或摩擦磨也稱(chēng)咬合（膠合）磨損或摩擦磨 損。相對(duì)運(yùn)動(dòng)物體的真實(shí)接觸面積上發(fā)生固損。相對(duì)運(yùn)動(dòng)物體的真實(shí)接觸

5、面積上發(fā)生固 相粘著，使材料從一個(gè)表面轉(zhuǎn)移到另一表面相粘著，使材料從一個(gè)表面轉(zhuǎn)移到另一表面 的現(xiàn)象，稱(chēng)為的現(xiàn)象，稱(chēng)為粘著磨損。粘著磨損。 相對(duì)運(yùn)動(dòng)的接觸表面發(fā)生粘著以后，如果相對(duì)運(yùn)動(dòng)的接觸表面發(fā)生粘著以后，如果 在運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的切應(yīng)力作用下，于表面接觸處在運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的切應(yīng)力作用下，于表面接觸處 發(fā)生斷裂，則只有極微小的磨損。如果粘合發(fā)生斷裂，則只有極微小的磨損。如果粘合 強(qiáng)度很高，切應(yīng)力不能克服粘合力，則視粘強(qiáng)度很高，切應(yīng)力不能克服粘合力，則視粘 合強(qiáng)度、金屬本體強(qiáng)度與切應(yīng)力三者之間的合強(qiáng)度、金屬本體強(qiáng)度與切應(yīng)力三者之間的 不同關(guān)系，出現(xiàn)不同的破壞現(xiàn)象。不同關(guān)系，出現(xiàn)不同的破壞現(xiàn)象。 沖蝕磨損沖蝕磨

6、損亦稱(chēng)浸蝕磨損，它是指流體或固亦稱(chēng)浸蝕磨損，它是指流體或固 體以松散的小顆粒按一定的速度和角度對(duì)材體以松散的小顆粒按一定的速度和角度對(duì)材 料表面進(jìn)行沖擊所造成的磨損。沖蝕磨損的料表面進(jìn)行沖擊所造成的磨損。沖蝕磨損的 松散顆粒一般小于松散顆粒一般小于1000m，沖擊速度在，沖擊速度在 550 m/s內(nèi)，超過(guò)這個(gè)范圍出現(xiàn)的破壞通常稱(chēng)內(nèi)，超過(guò)這個(gè)范圍出現(xiàn)的破壞通常稱(chēng) 外來(lái)物損傷，不屑沖蝕磨損討論內(nèi)容。造成外來(lái)物損傷，不屑沖蝕磨損討論內(nèi)容。造成 沖蝕的粒子通常都比被沖蝕的材料的硬度沖蝕的粒子通常都比被沖蝕的材料的硬度 大，但流動(dòng)速度高時(shí)，軟粒子甚至水滴也會(huì)大，但流動(dòng)速度高時(shí)，軟粒子甚至水滴也會(huì) 造成沖

7、蝕。造成沖蝕。 微動(dòng)磨損微動(dòng)磨損 兩個(gè)配合表面之間由一微小振幅的相對(duì)兩個(gè)配合表面之間由一微小振幅的相對(duì) 振動(dòng)所引起的表面損傷，包括材料損失、表面形貌振動(dòng)所引起的表面損傷，包括材料損失、表面形貌 變化、表面或亞表層塑性變形或出現(xiàn)裂紋等，稱(chēng)為變化、表面或亞表層塑性變形或出現(xiàn)裂紋等，稱(chēng)為 微動(dòng)磨損。微動(dòng)磨損。 腐蝕磨損腐蝕磨損 兩物體表面產(chǎn)生摩擦?xí)r，工作環(huán)境中的兩物體表面產(chǎn)生摩擦?xí)r，工作環(huán)境中的 介質(zhì)如液體、氣體或者潤(rùn)滑劑等，與材料表面起化介質(zhì)如液體、氣體或者潤(rùn)滑劑等，與材料表面起化 學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)，形成腐蝕產(chǎn)物，這些產(chǎn)物往學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)，形成腐蝕產(chǎn)物，這些產(chǎn)物往 往粘附不牢，在摩探過(guò)程中剝

8、落下來(lái)，其后新的表往粘附不牢，在摩探過(guò)程中剝落下來(lái)，其后新的表 面又繼續(xù)與介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。這種腐蝕和磨損的反復(fù)面又繼續(xù)與介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。這種腐蝕和磨損的反復(fù) 過(guò)程稱(chēng)為過(guò)程稱(chēng)為腐蝕磨損。腐蝕磨損。 疲勞磨損疲勞磨損 當(dāng)兩個(gè)接觸體相對(duì)滾動(dòng)或滑動(dòng)時(shí)，在接當(dāng)兩個(gè)接觸體相對(duì)滾動(dòng)或滑動(dòng)時(shí)，在接 觸區(qū)形成的循環(huán)應(yīng)力超過(guò)材料的疲勞強(qiáng)度的情況觸區(qū)形成的循環(huán)應(yīng)力超過(guò)材料的疲勞強(qiáng)度的情況 下，在表面層將引發(fā)裂紋并逐步擴(kuò)展，最后使裂紋下，在表面層將引發(fā)裂紋并逐步擴(kuò)展，最后使裂紋 以上的材料斷裂剝落下來(lái)的磨損過(guò)程稱(chēng)以上的材料斷裂剝落下來(lái)的磨損過(guò)程稱(chēng)疲勞磨損疲勞磨損。 疲勞磨損可以作為一種獨(dú)立的磨損機(jī)制，但疲勞疲勞磨損可以作

9、為一種獨(dú)立的磨損機(jī)制，但疲勞 磨損又具有磨損又具有相當(dāng)?shù)钠毡樾韵喈?dāng)?shù)钠毡樾裕谄渌p形式中也都，在其他磨損形式中也都 不同程度地存在著疲勞過(guò)程。只不過(guò)是有些情況下不同程度地存在著疲勞過(guò)程。只不過(guò)是有些情況下 它是主導(dǎo)機(jī)制，而在另一些情況下它是次要機(jī)制，它是主導(dǎo)機(jī)制，而在另一些情況下它是次要機(jī)制， 當(dāng)條件改變時(shí)，磨損機(jī)制也會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)條件改變時(shí)，磨損機(jī)制也會(huì)發(fā)生變化。 6.1.2 磨損失效分析磨損失效分析 概括為：用概括為：用宏觀及微觀分析方法宏觀及微觀分析方法對(duì)磨損失對(duì)磨損失 效零件的效零件的表面、剖面表面、剖面及回收到的及回收到的磨屑磨屑進(jìn)行進(jìn)行 分析，同時(shí)考慮工礦條件的各種參數(shù)對(duì)零分析

10、，同時(shí)考慮工礦條件的各種參數(shù)對(duì)零 件使用過(guò)程造成的影響，再考慮零件的件使用過(guò)程造成的影響，再考慮零件的設(shè)設(shè) 計(jì)、加工、裝配、工藝和材質(zhì)計(jì)、加工、裝配、工藝和材質(zhì)等原始資料，等原始資料， 綜合分析磨損綜合分析磨損發(fā)生、發(fā)展發(fā)生、發(fā)展的過(guò)程，判斷早的過(guò)程，判斷早 期失效的原因，或耐磨性差的原因。從而期失效的原因，或耐磨性差的原因。從而 使使選材、加工工藝和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選材、加工工藝和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更趨合理，更趨合理， 以達(dá)到以達(dá)到提高提高零件壽命及設(shè)備穩(wěn)定可靠的目零件壽命及設(shè)備穩(wěn)定可靠的目 的。的。 磨損失效分析的步驟磨損失效分析的步驟 （1）現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及宏觀分析。）現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及宏觀分析。 （2）測(cè)量磨損失效情

11、況。）測(cè)量磨損失效情況。 （3）檢查潤(rùn)滑情況及潤(rùn)滑劑質(zhì)量。）檢查潤(rùn)滑情況及潤(rùn)滑劑質(zhì)量。 （4）摩擦副材質(zhì)的檢查。）摩擦副材質(zhì)的檢查。 （5）進(jìn)行必要的模擬試驗(yàn)。）進(jìn)行必要的模擬試驗(yàn)。 （6）確定磨損機(jī)制，分析失效原因，提出改）確定磨損機(jī)制，分析失效原因，提出改 進(jìn)措施。進(jìn)措施。 2. 磨損失效分析的內(nèi)容磨損失效分析的內(nèi)容 （1）磨損表面形貌分析。）磨損表面形貌分析。 1）宏觀分析。通過(guò)放大鏡，實(shí)物顯微鏡等）宏觀分析。通過(guò)放大鏡，實(shí)物顯微鏡等 得到磨損表面的宏觀特征。得到磨損表面的宏觀特征。 2）微觀分析。利用掃描電子顯微鏡對(duì)磨損）微觀分析。利用掃描電子顯微鏡對(duì)磨損 表面形貌進(jìn)行微觀分析。表面形

12、貌進(jìn)行微觀分析。 （2）磨損亞表層分析。該層在磨損過(guò)程中會(huì)）磨損亞表層分析。該層在磨損過(guò)程中會(huì) 發(fā)生重要變化，這是判斷磨損發(fā)生過(guò)程發(fā)生重要變化，這是判斷磨損發(fā)生過(guò)程 的重要依據(jù)之一。的重要依據(jù)之一。 磨損過(guò)程中，磨損零件亞表層發(fā)生的變磨損過(guò)程中，磨損零件亞表層發(fā)生的變 化：化： 1）冷加工變形硬化，且比冷作硬化要強(qiáng)烈；）冷加工變形硬化，且比冷作硬化要強(qiáng)烈； 2）該層可觀察到金屬組織的回火、恢復(fù)再結(jié)）該層可觀察到金屬組織的回火、恢復(fù)再結(jié) 晶、相變、非晶態(tài)層等；晶、相變、非晶態(tài)層等； 3）可觀察裂紋的形成部位，增殖、擴(kuò)展；及）可觀察裂紋的形成部位，增殖、擴(kuò)展；及 磨損碎片的產(chǎn)生和剝落過(guò)程，為磨損理

13、論研磨損碎片的產(chǎn)生和剝落過(guò)程，為磨損理論研 究提供重要的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。究提供重要的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。 （3）磨屑分析。）磨屑分析。 磨屑是磨損過(guò)程的產(chǎn)物，分為磨屑是磨損過(guò)程的產(chǎn)物，分為兩類(lèi)兩類(lèi)： 一類(lèi)一類(lèi)是從磨損失效的服役系統(tǒng)中回收的和是從磨損失效的服役系統(tǒng)中回收的和 殘留在磨損表面上的磨屑。殘留在磨損表面上的磨屑。 另一類(lèi)另一類(lèi)磨屑是從模擬磨損零件服役工況條磨屑是從模擬磨損零件服役工況條 件的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)裝置上得到的，具有原始件的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)裝置上得到的，具有原始 形貌的磨屑。形貌的磨屑。 3. 磨損失效模式的判斷磨損失效模式的判斷 主要根據(jù)磨損部位的主要根據(jù)磨損部位的形貌特征形貌特征，按照此形，按照此形

14、貌的形成機(jī)制及具體條件來(lái)進(jìn)行。貌的形成機(jī)制及具體條件來(lái)進(jìn)行。 （1）粘著磨損的特征及判斷。）粘著磨損的特征及判斷。 兩個(gè)配合表面，只有在真實(shí)接觸面積上才兩個(gè)配合表面，只有在真實(shí)接觸面積上才 發(fā)生接觸，局部應(yīng)力很高，使之產(chǎn)生嚴(yán)重發(fā)生接觸，局部應(yīng)力很高，使之產(chǎn)生嚴(yán)重 塑性變形，并產(chǎn)生牢固的粘合或焊合，才塑性變形，并產(chǎn)生牢固的粘合或焊合，才 可能發(fā)生粘著。可能發(fā)生粘著。 局部粘著局部粘著 （冷焊）（冷焊） 粘著處粘著處 被撕掉被撕掉 金屬表面被劃傷或金屬表面被劃傷或 者金屬屑粒脫落者金屬屑粒脫落 局部接觸局部接觸 接觸面積接觸面積 小應(yīng)力大小應(yīng)力大 潤(rùn)滑油膜、氧潤(rùn)滑油膜、氧 化膜被擠破化膜被擠破 特

15、點(diǎn)：特點(diǎn)： 在滑動(dòng)摩擦條件上產(chǎn)生；在滑動(dòng)摩擦條件上產(chǎn)生； 摩擦副的兩種金屬力學(xué)性能相差不摩擦副的兩種金屬力學(xué)性能相差不 大；大； 磨損速度大，磨損速度大，1015m/h，破壞，破壞 嚴(yán)重。嚴(yán)重。 防止措施防止措施 合理選材，摩擦幅配對(duì)材料選用硬度差較合理選材，摩擦幅配對(duì)材料選用硬度差較 大的異類(lèi)材料大的異類(lèi)材料； 提高表面硬度；提高表面硬度； 合理設(shè)計(jì)減小接觸壓應(yīng)力；合理設(shè)計(jì)減小接觸壓應(yīng)力； 減小表面粗糙度。減小表面粗糙度。 （2）磨料磨損的特征及判斷。）磨料磨損的特征及判斷。 表面存在與滑動(dòng)方向或硬質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向相表面存在與滑動(dòng)方向或硬質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向相 一致的溝槽及劃痕。一致的溝槽及劃痕。 金屬

16、表面金屬表面 發(fā)生局部發(fā)生局部 塑性變形塑性變形 磨粒嵌入金屬磨粒嵌入金屬 表面，切割金表面，切割金 屬表面屬表面 表面被表面被 劃傷劃傷 特點(diǎn)特點(diǎn) 普遍存在于機(jī)件中；普遍存在于機(jī)件中； 磨損速度較大，磨損速度較大，0.55 m/h 防止措施防止措施 提高表面硬度（從選材方面）；提高表面硬度（從選材方面）； 減少磨粒數(shù)量（從工作狀況方面）減少磨粒數(shù)量（從工作狀況方面）。 （3）疲勞磨損的特征及判斷。）疲勞磨損的特征及判斷。 它會(huì)引起表面金屬小片狀脫落，在金屬表它會(huì)引起表面金屬小片狀脫落，在金屬表 面形成一個(gè)個(gè)麻坑，麻坑的深度多在幾微面形成一個(gè)個(gè)麻坑，麻坑的深度多在幾微 米到幾十微米之間。米到幾

17、十微米之間。 特點(diǎn)特點(diǎn) l產(chǎn)生接觸疲勞的零件表面上出現(xiàn)許多針狀產(chǎn)生接觸疲勞的零件表面上出現(xiàn)許多針狀 或痘狀的凹坑，稱(chēng)或痘狀的凹坑，稱(chēng)麻點(diǎn)麻點(diǎn)，故得名，故得名麻點(diǎn)磨損麻點(diǎn)磨損， 亦稱(chēng)亦稱(chēng)疲勞磨損疲勞磨損。 l接觸疲勞接觸疲勞是裂紋是裂紋形成形成和和擴(kuò)展擴(kuò)展的過(guò)程。的過(guò)程。 防止措施防止措施 提高材料硬度；提高材料硬度；（以增加塑性變形的抗力，（以增加塑性變形的抗力， 延緩裂紋形成和擴(kuò)展）延緩裂紋形成和擴(kuò)展） 提高材料純度；提高材料純度； （減少裂紋源）（減少裂紋源） 提高零件心部強(qiáng)度和硬度，增加硬化層深提高零件心部強(qiáng)度和硬度，增加硬化層深 度，細(xì)化硬化層組織；度，細(xì)化硬化層組織； 減小表面粗糙度

18、，以減小摩擦力。減小表面粗糙度，以減小摩擦力。 （4）腐蝕磨損特征及判斷）腐蝕磨損特征及判斷 表面形成一層松脆的化合物，當(dāng)配合表面接觸運(yùn)表面形成一層松脆的化合物，當(dāng)配合表面接觸運(yùn) 動(dòng)時(shí)，化合物層破碎、剝落或者被磨損掉，重新動(dòng)時(shí)，化合物層破碎、剝落或者被磨損掉，重新 裸露出新鮮表面，露出的表面很快又產(chǎn)生腐蝕磨裸露出新鮮表面，露出的表面很快又產(chǎn)生腐蝕磨 損，如此反復(fù)，服飾加速磨損，磨損促進(jìn)腐蝕，損，如此反復(fù)，服飾加速磨損，磨損促進(jìn)腐蝕， 在鋼材表面生產(chǎn)一層紅褐色氧化物（在鋼材表面生產(chǎn)一層紅褐色氧化物（Fe2O3）或黑）或黑 色氧化物（色氧化物（Fe3O4）。）。 （5）沖蝕磨損特征及判斷）沖蝕磨損

19、特征及判斷 由于粒子的沖刷，形成短程溝槽，則是磨料切削由于粒子的沖刷，形成短程溝槽，則是磨料切削 和金屬變形的結(jié)果。磨損表面宏觀粗糙。當(dāng)有粒和金屬變形的結(jié)果。磨損表面宏觀粗糙。當(dāng)有粒 子壓嵌在金屬表面上時(shí)，其形貌是子壓嵌在金屬表面上時(shí)，其形貌是“浮雕浮雕”狀的。狀的。 （6）微動(dòng)磨損特征及判斷。）微動(dòng)磨損特征及判斷。 表面通常粘附一層紅粽色粉末，此乃磨損脫落下表面通常粘附一層紅粽色粉末，此乃磨損脫落下 來(lái)的金屬氧化物顆粒。去除后，出現(xiàn)許多小麻坑。來(lái)的金屬氧化物顆粒。去除后，出現(xiàn)許多小麻坑。 微動(dòng)初期?？煽吹揭蛐纬衫浜更c(diǎn)和材料轉(zhuǎn)移而產(chǎn)微動(dòng)初期?？煽吹揭蛐纬衫浜更c(diǎn)和材料轉(zhuǎn)移而產(chǎn) 生的不規(guī)則凸起。如

20、果微動(dòng)磨損引起表面硬度變生的不規(guī)則凸起。如果微動(dòng)磨損引起表面硬度變 化，則表面可產(chǎn)生硬結(jié)斑痕，其厚度可達(dá)化，則表面可產(chǎn)生硬結(jié)斑痕，其厚度可達(dá) 100m。 微動(dòng)區(qū)域中可發(fā)現(xiàn)大量表面裂紋，它們大都垂直微動(dòng)區(qū)域中可發(fā)現(xiàn)大量表面裂紋，它們大都垂直 于滑動(dòng)方向，而且常起源于滑動(dòng)與未滑動(dòng)的交界于滑動(dòng)方向，而且常起源于滑動(dòng)與未滑動(dòng)的交界 處，裂紋有時(shí)被表面磨屑或塑性變形層掩蓋，須處，裂紋有時(shí)被表面磨屑或塑性變形層掩蓋，須 經(jīng)拋光方可發(fā)現(xiàn)。經(jīng)拋光方可發(fā)現(xiàn)。 6.1.3 磨損失效的預(yù)防措施磨損失效的預(yù)防措施 改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及制造工藝；改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及制造工藝； 改進(jìn)使用條件，提高維護(hù)質(zhì)量；改進(jìn)使用條件，提高維護(hù)質(zhì)量

21、； 工藝措施工藝措施 1. 材料選擇材料選擇 圖圖6-1 風(fēng)扇磨煤機(jī)打擊板的磨損表面風(fēng)扇磨煤機(jī)打擊板的磨損表面 圖圖6-2 堆焊合金金相堆焊合金金相 照片（照片（400） 圖圖6-3 堆焊層與木材熔堆焊層與木材熔 合區(qū)（合區(qū)（400） 5. 表面處理表面處理 （1）機(jī)械強(qiáng)化及表面淬火。）機(jī)械強(qiáng)化及表面淬火。 機(jī)械強(qiáng)化機(jī)械強(qiáng)化是在常溫下通過(guò)滾壓工具對(duì)工件是在常溫下通過(guò)滾壓工具對(duì)工件 表面施加一定壓力或沖擊力，把一些易發(fā)表面施加一定壓力或沖擊力，把一些易發(fā) 生粘著的較高微凸體壓平，使表面變得平生粘著的較高微凸體壓平，使表面變得平 整光滑，從而增加真實(shí)的接觸面積，減小整光滑，從而增加真實(shí)的接觸面積，

22、減小 摩擦系數(shù)。摩擦系數(shù)。 表面淬火表面淬火是利用快速加熱使零件表面迅速是利用快速加熱使零件表面迅速 奧氏體化，然后快速冷卻獲得馬氏體組織，奧氏體化，然后快速冷卻獲得馬氏體組織， 使零件表面獲得高硬度及良好耐磨性，而使零件表面獲得高硬度及良好耐磨性，而 心部仍為韌性較高的原始組織。心部仍為韌性較高的原始組織。 （2）化學(xué)熱處理。）化學(xué)熱處理。 u化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理是將工件放在某種活性介質(zhì)是將工件放在某種活性介質(zhì) 中，加熱到預(yù)定的溫度，保溫預(yù)定的時(shí)間，中，加熱到預(yù)定的溫度，保溫預(yù)定的時(shí)間， 使一種或幾種元素滲入工件表面，通過(guò)改變使一種或幾種元素滲入工件表面，通過(guò)改變 工件表面的化學(xué)成分和組織，

23、提高工件表面工件表面的化學(xué)成分和組織，提高工件表面 的硬度、耐磨、耐腐蝕等性能，而心部仍保的硬度、耐磨、耐腐蝕等性能，而心部仍保 持原有的成分。持原有的成分。 u常用的化學(xué)熱處理方法常用的化學(xué)熱處理方法：滲碳、滲氮、碳：滲碳、滲氮、碳 氮共滲、滲硼、滲金屬和多元共滲等。氮共滲、滲硼、滲金屬和多元共滲等。 （3）表面鍍覆及表面冶金強(qiáng)化。）表面鍍覆及表面冶金強(qiáng)化。 u表面涂覆技術(shù)表面涂覆技術(shù)是將具有一定物理、化學(xué)和是將具有一定物理、化學(xué)和 力學(xué)性能的材料轉(zhuǎn)移到價(jià)格便宜的材料上，力學(xué)性能的材料轉(zhuǎn)移到價(jià)格便宜的材料上， 制作零件表面的表面處理技術(shù)。制作零件表面的表面處理技術(shù)。 u常用的表面涂覆技術(shù)常用

24、的表面涂覆技術(shù)：電鍍、化學(xué)鍍與復(fù)：電鍍、化學(xué)鍍與復(fù) 合鍍、電鍍刷、化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉合鍍、電鍍刷、化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉 積、離子注入等。積、離子注入等。 表面冶金強(qiáng)化表面冶金強(qiáng)化是利用熔化與隨后的凝固過(guò)是利用熔化與隨后的凝固過(guò) 程，使工件表面得到強(qiáng)化的工藝。程，使工件表面得到強(qiáng)化的工藝。 應(yīng)用較多的方法是應(yīng)用較多的方法是：利用電弧、火焰、等：利用電弧、火焰、等 離子弧、激光束、電子束等熱源加熱，使工離子弧、激光束、電子束等熱源加熱，使工 件表面或合金材料迅速熔化，冷卻后工件表件表面或合金材料迅速熔化，冷卻后工件表 面獲得特殊性能的合金組織。面獲得特殊性能的合金組織。 6.2 腐蝕失效

25、分析腐蝕失效分析 6.2.1 腐蝕及腐蝕失效腐蝕及腐蝕失效 1. 腐腐 蝕蝕 的的 定定 義義 腐蝕的概念腐蝕的概念 腐腐 蝕蝕 介介 質(zhì)質(zhì) 耐耐 蝕蝕 金金 屬屬 腐腐 蝕蝕 系系 統(tǒng)統(tǒng) （1）腐蝕的定義腐蝕的定義。 金屬與環(huán)境介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)作用，導(dǎo)致金金屬與環(huán)境介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)作用，導(dǎo)致金 屬的損壞或變質(zhì)。屬的損壞或變質(zhì)。OR在一定環(huán)境中，金屬表面或界在一定環(huán)境中，金屬表面或界 面上進(jìn)行的化學(xué)或電化學(xué)多相反應(yīng)，結(jié)果使金屬轉(zhuǎn)面上進(jìn)行的化學(xué)或電化學(xué)多相反應(yīng)，結(jié)果使金屬轉(zhuǎn) 入氧化或離子狀態(tài)。入氧化或離子狀態(tài)。 （2）腐蝕介質(zhì)腐蝕介質(zhì)。 通常不把所有的介質(zhì)都稱(chēng)為通常不把所有的介質(zhì)都稱(chēng)為腐

26、蝕介質(zhì)腐蝕介質(zhì)。例如，空。例如，空 氣、淡水、油脂等雖然對(duì)金屬材料均有一定的腐蝕氣、淡水、油脂等雖然對(duì)金屬材料均有一定的腐蝕 作用，但并不稱(chēng)為腐蝕介質(zhì)。作用，但并不稱(chēng)為腐蝕介質(zhì)。一般僅把腐蝕性較強(qiáng)一般僅把腐蝕性較強(qiáng) 的酸、堿、鹽的溶液稱(chēng)為的酸、堿、鹽的溶液稱(chēng)為腐蝕介質(zhì)。腐蝕介質(zhì)。 （3）耐蝕金屬耐蝕金屬。 習(xí)慣上把普通的碳鋼、鑄鐵及低合金鋼視習(xí)慣上把普通的碳鋼、鑄鐵及低合金鋼視 為不耐蝕材料，而把高合金鋼、高合金鑄為不耐蝕材料，而把高合金鋼、高合金鑄 鐵、銅合金及鈦合金等稱(chēng)為耐蝕材料。鐵、銅合金及鈦合金等稱(chēng)為耐蝕材料。 （4）腐蝕系統(tǒng)。腐蝕系統(tǒng)。 某種材料是否發(fā)生腐蝕取決于某種材料是否發(fā)生腐蝕

27、取決于“材料材料環(huán)環(huán) 境境”體系的特征。也就是說(shuō)同一種材料在不體系的特征。也就是說(shuō)同一種材料在不 同的環(huán)境中，其耐腐蝕性能是不同的。同的環(huán)境中，其耐腐蝕性能是不同的。 2. 腐蝕失效腐蝕失效 （1）腐蝕失效的形式。）腐蝕失效的形式。 1）腐蝕造成受載零件截面積減小而引起過(guò)載）腐蝕造成受載零件截面積減小而引起過(guò)載 失效（斷裂）。失效（斷裂）。 2）腐蝕引起密封元件的損傷而造成密封失）腐蝕引起密封元件的損傷而造成密封失 效。效。 3）腐蝕使材料性質(zhì)變壞而引起失效。）腐蝕使材料性質(zhì)變壞而引起失效。 4）腐蝕使高速旋轉(zhuǎn)的零件失去動(dòng)平衡而失）腐蝕使高速旋轉(zhuǎn)的零件失去動(dòng)平衡而失 效。效。 5）腐蝕使設(shè)備使

28、用功能下降而失效。）腐蝕使設(shè)備使用功能下降而失效。 （2）腐蝕失效的危害）腐蝕失效的危害 腐蝕造成的損失是極其驚人的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，腐蝕造成的損失是極其驚人的。據(jù)統(tǒng)計(jì)， 全球工業(yè)裝備因腐蝕而產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失大約全球工業(yè)裝備因腐蝕而產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失大約 為為7000億美元，占全球生產(chǎn)總值的億美元，占全球生產(chǎn)總值的2 4 。中國(guó)。中國(guó)1995年統(tǒng)計(jì)，腐蝕經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)年統(tǒng)計(jì)，腐蝕經(jīng)濟(jì)損失高達(dá) 1500億人民幣，約占國(guó)民生產(chǎn)總值的億人民幣，約占國(guó)民生產(chǎn)總值的4。 目前中國(guó)每年有目前中國(guó)每年有30的鋼鐵因腐蝕而報(bào)廢，的鋼鐵因腐蝕而報(bào)廢， 其中其中10不能回收。腐蝕是影響金屬裝備不能回收。腐蝕是影響金屬裝備 及其構(gòu)

29、件使用壽命及功能的主要因素之一。及其構(gòu)件使用壽命及功能的主要因素之一。 在化工、石油化工、輕工、能源、交通等在化工、石油化工、輕工、能源、交通等 行業(yè)中，約行業(yè)中，約60的失效與腐蝕有關(guān)?；づc的失效與腐蝕有關(guān)?；づc 石油化工行業(yè)腐蝕失效所占比例更高一些。石油化工行業(yè)腐蝕失效所占比例更高一些。 如近年來(lái)如近年來(lái)(1995 2000年年)國(guó)內(nèi)先后四次對(duì)石國(guó)內(nèi)先后四次對(duì)石 化企業(yè)的壓力容器使用情況進(jìn)行調(diào)查，其中化企業(yè)的壓力容器使用情況進(jìn)行調(diào)查，其中 對(duì)失效原因調(diào)查統(tǒng)計(jì)認(rèn)為，在使用中因腐蝕對(duì)失效原因調(diào)查統(tǒng)計(jì)認(rèn)為，在使用中因腐蝕 產(chǎn)生嚴(yán)重缺陷及材質(zhì)劣化，是近年來(lái)引起容產(chǎn)生嚴(yán)重缺陷及材質(zhì)劣化，是近年來(lái)

30、引起容 器報(bào)廢的主要原因。器報(bào)廢的主要原因。 腐蝕不僅損耗了地球的資源，而且因腐蝕而造成腐蝕不僅損耗了地球的資源，而且因腐蝕而造成 的生產(chǎn)停頓、產(chǎn)品質(zhì)量下降，甚至人身事故等損的生產(chǎn)停頓、產(chǎn)品質(zhì)量下降，甚至人身事故等損 失，更是無(wú)法估量。分析、材料腐蝕及控制的研究失，更是無(wú)法估量。分析、材料腐蝕及控制的研究 給予了前所未有的關(guān)注。給予了前所未有的關(guān)注。 （2）腐蝕介質(zhì)腐蝕介質(zhì)。 通常不把所有的介質(zhì)都稱(chēng)為通常不把所有的介質(zhì)都稱(chēng)為腐蝕介質(zhì)腐蝕介質(zhì)。例如，空。例如，空 氣、淡水、油脂等雖然對(duì)金屬材料均有一定的腐蝕氣、淡水、油脂等雖然對(duì)金屬材料均有一定的腐蝕 作用，但并不稱(chēng)為腐蝕介質(zhì)。作用，但并不稱(chēng)為腐

31、蝕介質(zhì)。一般僅把腐蝕性較強(qiáng)一般僅把腐蝕性較強(qiáng) 的酸、堿、鹽的溶液稱(chēng)為的酸、堿、鹽的溶液稱(chēng)為腐蝕介質(zhì)腐蝕介質(zhì)。 3. 腐蝕的分類(lèi)腐蝕的分類(lèi) （1）按照金屬與介質(zhì)的作用性質(zhì)分。）按照金屬與介質(zhì)的作用性質(zhì)分。 化學(xué)化學(xué) 腐蝕腐蝕 氣體氣體 腐蝕腐蝕 非電解液非電解液 中的腐蝕中的腐蝕 1）化學(xué)腐蝕。）化學(xué)腐蝕。 化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕是指金屬與環(huán)境介質(zhì)間發(fā)生的純是指金屬與環(huán)境介質(zhì)間發(fā)生的純 化學(xué)作用引起的損傷現(xiàn)象?；瘜W(xué)作用引起的損傷現(xiàn)象。 特點(diǎn)特點(diǎn)是腐蝕過(guò)程中無(wú)電流產(chǎn)生。是腐蝕過(guò)程中無(wú)電流產(chǎn)生。 氣體腐蝕氣體腐蝕是指金屬在干燥的氣體中發(fā)生的是指金屬在干燥的氣體中發(fā)生的 腐蝕。金屬在腐蝕。金屬在高溫下發(fā)生的

32、氧化高溫下發(fā)生的氧化就是氣體腐就是氣體腐 蝕的一種常見(jiàn)形式。蝕的一種常見(jiàn)形式。 2）電化學(xué)腐蝕。）電化學(xué)腐蝕。 高溫氧化腐蝕高溫氧化腐蝕 除除Au、Pt外，金屬中在空氣中都會(huì)發(fā)生外，金屬中在空氣中都會(huì)發(fā)生 氧化，高溫會(huì)加速氧化過(guò)程。氧化，高溫會(huì)加速氧化過(guò)程。 腐蝕會(huì)導(dǎo)致零件有效截面積減小，承載腐蝕會(huì)導(dǎo)致零件有效截面積減小，承載 能力降低。能力降低。 在高溫含氧氣氛中工作的零件的抗高溫在高溫含氧氣氛中工作的零件的抗高溫 氧化能力是一項(xiàng)重要指標(biāo)。氧化能力是一項(xiàng)重要指標(biāo)。 氧化過(guò)程（三個(gè)步驟）氧化過(guò)程（三個(gè)步驟） 金屬失去電子成為金屬離子金屬失去電子成為金屬離子 氧原子吸收電子成為氧離子氧原子吸收電

33、子成為氧離子 l金屬離子和氧離子結(jié)合為金屬氧金屬離子和氧離子結(jié)合為金屬氧 化物化物 2 MM2e 2 +2eOO 2+2 MMOO 氧化膜形成后，將金屬基體與氧隔開(kāi)，氧化膜形成后，將金屬基體與氧隔開(kāi)， 金屬要繼續(xù)氧化必須：金屬要繼續(xù)氧化必須： l金屬離子及電子（由內(nèi)向外）穿過(guò)氧化膜金屬離子及電子（由內(nèi)向外）穿過(guò)氧化膜 l氧原子或離子（由外向內(nèi)）穿過(guò)氧化膜氧原子或離子（由外向內(nèi)）穿過(guò)氧化膜 氧化膜層阻止原子、離子及電子穿過(guò)氧氧化膜層阻止原子、離子及電子穿過(guò)氧 化膜的能力，決定了材料的抗氧化性能?；さ哪芰?，決定了材料的抗氧化性能。 Al2O3、 Cr2O3 、SiO2等氧化膜的熔點(diǎn)高，等氧化膜的

34、熔點(diǎn)高， 致密，阻力大；致密，阻力大； FeO 、Cu2O等氧化膜的熔點(diǎn)低，疏松，等氧化膜的熔點(diǎn)低，疏松， 阻力?。蛔枇π。?在鋼中加入在鋼中加入Al、 Cr、Si等元素，因其與等元素，因其與 氧的親和力比氧的親和力比Fe大，故可優(yōu)先形成氧化物，大，故可優(yōu)先形成氧化物， 從而阻從而阻Fe的氧化。的氧化。 非電解液中的腐蝕非電解液中的腐蝕是指金屬在不導(dǎo)電是指金屬在不導(dǎo)電 的溶液中發(fā)生的腐蝕。例如，金屬在有的溶液中發(fā)生的腐蝕。例如，金屬在有 機(jī)液體（酒精、汽油、石油等）中發(fā)生機(jī)液體（酒精、汽油、石油等）中發(fā)生 的腐蝕，鐵在鹽酸中發(fā)生的腐蝕及銅在的腐蝕，鐵在鹽酸中發(fā)生的腐蝕及銅在 硝酸中的腐蝕等均屬

35、化學(xué)腐蝕。硝酸中的腐蝕等均屬化學(xué)腐蝕。 2）電化學(xué)腐蝕）電化學(xué)腐蝕 是指是指金屬與環(huán)境介質(zhì)間發(fā)生的帶有微電池金屬與環(huán)境介質(zhì)間發(fā)生的帶有微電池 作用的損傷現(xiàn)象。大多數(shù)金屬腐蝕都屬此作用的損傷現(xiàn)象。大多數(shù)金屬腐蝕都屬此 類(lèi)，如金屬在潮濕的大氣中的腐蝕，土壤腐類(lèi)，如金屬在潮濕的大氣中的腐蝕，土壤腐 蝕，電解質(zhì)腐蝕及熔鹽腐蝕等都屬此類(lèi)腐蝕，電解質(zhì)腐蝕及熔鹽腐蝕等都屬此類(lèi)腐 蝕。蝕。 電化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕 不同金屬或同一金屬的不同部分存在不同金屬或同一金屬的不同部分存在 電極電位差；電極電位差； 相互接觸；相互接觸； 有電介質(zhì)溶液。有電介質(zhì)溶液。 產(chǎn)生條件產(chǎn)生條件 陽(yáng)極：失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)陽(yáng)極：失去電

36、子發(fā)生氧化反應(yīng) （被腐蝕）（被腐蝕） 22 244OH OeOH 電化學(xué)腐蝕的過(guò)程電化學(xué)腐蝕的過(guò)程 陰極：得到電子發(fā)生還原反應(yīng)陰極：得到電子發(fā)生還原反應(yīng) MM n+ ne 析氫反應(yīng)析氫反應(yīng)（電解質(zhì)中（電解質(zhì)中H+高時(shí)）高時(shí)） 吸氧反應(yīng)吸氧反應(yīng)（電解質(zhì)中（電解質(zhì)中O2高時(shí)）高時(shí)） 2 22HeH 腐蝕原電池腐蝕原電池 (NH4)Cl碳棒 鋅 外 殼 在鋅殼上的陽(yáng)極反應(yīng) 在碳棒上的陰極反應(yīng) ZnZn2+2e 2H+2e H2 結(jié)果：結(jié)果：Zn被離子化 （腐蝕）。 F基球墨鑄鐵在基球墨鑄鐵在HCl中的電化學(xué)腐蝕中的電化學(xué)腐蝕 H2 F基體的電極基體的電極 電位比電位比G低，故為低，故為 陽(yáng)極，被腐蝕

37、；而陽(yáng)極，被腐蝕；而 在陰極在陰極G上析出上析出H2 氣體。氣體。 HCl水溶液 （2）按腐蝕的分布形態(tài)分）按腐蝕的分布形態(tài)分 1）全面腐蝕）全面腐蝕 通常用平均腐蝕速度來(lái)評(píng)定全面腐蝕通常用平均腐蝕速度來(lái)評(píng)定全面腐蝕 的程度。表示方法有的程度。表示方法有單位時(shí)間試件厚度單位時(shí)間試件厚度 的減薄的減薄和和單位時(shí)間、單位面積上試樣的單位時(shí)間、單位面積上試樣的 失重量失重量。 2）局部腐蝕）局部腐蝕 指腐蝕從金屬表面局部地區(qū)開(kāi)始，并在指腐蝕從金屬表面局部地區(qū)開(kāi)始，并在 很小的區(qū)域內(nèi)選擇性的進(jìn)行，進(jìn)而導(dǎo)致金很小的區(qū)域內(nèi)選擇性的進(jìn)行，進(jìn)而導(dǎo)致金 屬零件的局部損壞。屬零件的局部損壞。 局部腐蝕局部腐蝕按其

38、按其形態(tài)特點(diǎn)形態(tài)特點(diǎn)又可分為又可分為點(diǎn)點(diǎn) 腐蝕、腐蝕、縫隙縫隙腐蝕、腐蝕、晶間晶間腐蝕、腐蝕、選擇性選擇性 腐蝕、腐蝕、生物生物腐蝕及腐蝕及空泡空泡腐蝕等。腐蝕等。 6.2.2 點(diǎn)腐蝕失效點(diǎn)腐蝕失效 點(diǎn)腐蝕失效點(diǎn)腐蝕失效 （1）基本概念。）基本概念。 又稱(chēng)又稱(chēng)孔蝕孔蝕，是電化學(xué)腐蝕的一種形式。形，是電化學(xué)腐蝕的一種形式。形 成過(guò)程是，介質(zhì)中的活性陰離子被吸附在金成過(guò)程是，介質(zhì)中的活性陰離子被吸附在金 屬表層的氧化膜上，并對(duì)氧化膜產(chǎn)生破壞作屬表層的氧化膜上，并對(duì)氧化膜產(chǎn)生破壞作 用。被破壞的地方（陽(yáng)極）和未被破壞的地用。被破壞的地方（陽(yáng)極）和未被破壞的地 方（陰極）則構(gòu)成鈍化方（陰極）則構(gòu)成鈍化

39、活化電池。由于陽(yáng)活化電池。由于陽(yáng) 極面積相對(duì)很小，電流密度很大，很快形成極面積相對(duì)很小，電流密度很大，很快形成 腐蝕小坑。腐蝕小坑。 同時(shí)電流流向周?chē)拇箨帢O，使此時(shí)的金同時(shí)電流流向周?chē)拇箨帢O，使此時(shí)的金 屬發(fā)生陰極保護(hù)而繼續(xù)處于鈍化狀態(tài)。溶液屬發(fā)生陰極保護(hù)而繼續(xù)處于鈍化狀態(tài)。溶液 中的陰離子在小孔內(nèi)與金屬正離子組成鹽溶中的陰離子在小孔內(nèi)與金屬正離子組成鹽溶 液，使小孔底部的酸度增加，使腐蝕過(guò)程進(jìn)液，使小孔底部的酸度增加，使腐蝕過(guò)程進(jìn) 一步進(jìn)行。一步進(jìn)行。 （2）發(fā)生條件）發(fā)生條件 采用不銹鋼或其他具有鈍化采用不銹鋼或其他具有鈍化-活化轉(zhuǎn)變的金活化轉(zhuǎn)變的金 屬材料制造的機(jī)械設(shè)備，只有在特定的

40、介質(zhì)屬材料制造的機(jī)械設(shè)備，只有在特定的介質(zhì) 中才能發(fā)生點(diǎn)腐蝕。中才能發(fā)生點(diǎn)腐蝕。 當(dāng)介質(zhì)中的氯離子和氧化劑（如溶解氧）當(dāng)介質(zhì)中的氯離子和氧化劑（如溶解氧） 同時(shí)存在時(shí)，容易發(fā)生點(diǎn)腐蝕。同時(shí)存在時(shí)，容易發(fā)生點(diǎn)腐蝕。 一般認(rèn)為，只有特定介質(zhì)中的離子濃度達(dá)一般認(rèn)為，只有特定介質(zhì)中的離子濃度達(dá) 到一定值后才會(huì)發(fā)生點(diǎn)腐蝕，這個(gè)濃度與使到一定值后才會(huì)發(fā)生點(diǎn)腐蝕，這個(gè)濃度與使 用材料的成分和狀態(tài)等因素有關(guān)，一般采用用材料的成分和狀態(tài)等因素有關(guān)，一般采用 點(diǎn)蝕的最小點(diǎn)蝕的最小Cl-濃度作為評(píng)定點(diǎn)蝕趨勢(shì)的一個(gè)濃度作為評(píng)定點(diǎn)蝕趨勢(shì)的一個(gè) 參量，鹵素離子濃度與點(diǎn)蝕電位的關(guān)系可以參量，鹵素離子濃度與點(diǎn)蝕電位的關(guān)系可以

41、 表示為：表示為： Ex- = a + b log Cx- Ex- 臨界點(diǎn)蝕電位；臨界點(diǎn)蝕電位； Cx- 離子濃度離子濃度 a和和b隨鋼種和鹵素離子種類(lèi)而定，例隨鋼種和鹵素離子種類(lèi)而定，例 如，如，F(xiàn)e-17Cr在在Cl-中：中：a=0.020， b=- 0.084；在；在Br-中，中，a=0.130, b=-0.098；18Cr- 9Ni在在Cl-：a=0.247， b=-0.115；在；在Br-中，中， a=0.294， b=-0.126。 （3）形貌特征。）形貌特征。 1）大部分金屬表面的腐蝕極其輕微，有的甚）大部分金屬表面的腐蝕極其輕微，有的甚 至光亮如初，僅在局部出現(xiàn)腐蝕小坑。至光亮

42、如初，僅在局部出現(xiàn)腐蝕小坑。 2）有的點(diǎn)蝕凹坑仍有金屬光澤，若將凹坑的）有的點(diǎn)蝕凹坑仍有金屬光澤，若將凹坑的 表皮去掉，則可見(jiàn)嚴(yán)重的腐蝕坑。表皮去掉，則可見(jiàn)嚴(yán)重的腐蝕坑。 3）蝕坑的表面有時(shí)被一層腐蝕產(chǎn)物所覆蓋。）蝕坑的表面有時(shí)被一層腐蝕產(chǎn)物所覆蓋。 4）在特定的環(huán)境下，腐蝕坑會(huì)出現(xiàn)寶塔狀的）在特定的環(huán)境下，腐蝕坑會(huì)出現(xiàn)寶塔狀的 特殊形貌。特殊形貌。 表表6-6 點(diǎn)腐蝕的評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)腐蝕的評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn) （ASTM G46-76） f） 圖圖6-4 點(diǎn)腐蝕坑的各種剖面形狀點(diǎn)腐蝕坑的各種剖面形狀 （ASTM G46-76） a）楔形）楔形b）橢圓形）橢圓形c）盤(pán)碟形）盤(pán)碟形d）皮下囊形）皮下囊形 e）掏

43、蝕形）掏蝕形f）顯微結(jié)構(gòu)取向）顯微結(jié)構(gòu)取向 （4）影響因素）影響因素 1）合金元素。）合金元素。2）組織結(jié)構(gòu)。）組織結(jié)構(gòu)。3）介質(zhì)流）介質(zhì)流 速。速。4）介質(zhì)性質(zhì)。）介質(zhì)性質(zhì)。5）介質(zhì)溫度。）介質(zhì)溫度。6）表面）表面 狀態(tài)。狀態(tài)。 2. 縫隙腐蝕失效縫隙腐蝕失效 （1）基本概念）基本概念 由于金屬表面與其他金屬或非金屬表面形由于金屬表面與其他金屬或非金屬表面形 成狹縫或間隙，并有介質(zhì)存在時(shí)在狹縫內(nèi)或成狹縫或間隙，并有介質(zhì)存在時(shí)在狹縫內(nèi)或 近旁發(fā)生的局部腐蝕稱(chēng)縫隙腐蝕。近旁發(fā)生的局部腐蝕稱(chēng)縫隙腐蝕。 （2）發(fā)生的條件）發(fā)生的條件 金屬結(jié)構(gòu)的鉚接、焊接、螺紋連接等；金屬結(jié)構(gòu)的鉚接、焊接、螺紋連接等

44、； 金屬與非金屬的連接，如金屬與塑料、橡金屬與非金屬的連接，如金屬與塑料、橡 膠、木材、石棉、織物等，以及各種法蘭盤(pán)膠、木材、石棉、織物等，以及各種法蘭盤(pán) 之間的襯墊。之間的襯墊。 金屑表面的沉積物、附著物，如灰塵、砂金屑表面的沉積物、附著物，如灰塵、砂 粒、腐蝕產(chǎn)物的沉積等。粒、腐蝕產(chǎn)物的沉積等。 （3）形貌特征）形貌特征 可發(fā)生在所有金屬與合金上，特別容易可發(fā)生在所有金屬與合金上，特別容易 發(fā)生在靠鈍化而耐蝕的金屬及合金上。發(fā)生在靠鈍化而耐蝕的金屬及合金上。 介質(zhì)可以是任何侵蝕性溶液，酸性或中介質(zhì)可以是任何侵蝕性溶液，酸性或中 性，而含有氯離子的溶液最易引起縫隙腐性，而含有氯離子的溶液最易

45、引起縫隙腐 蝕。蝕。 與孔蝕相比，對(duì)同一種合金而言，縫隙與孔蝕相比，對(duì)同一種合金而言，縫隙 腐腐 蝕更易發(fā)生。蝕更易發(fā)生。 （4）影響因素）影響因素 合金元素。合金元素。 組織結(jié)構(gòu)。組織結(jié)構(gòu)。 幾何因幾何因 素。素。 環(huán)境因素。環(huán)境因素。 3. 晶間腐蝕失效晶間腐蝕失效 （1）基本概念）基本概念 沿著或緊挨著金屬的晶粒邊界發(fā)生的腐蝕沿著或緊挨著金屬的晶粒邊界發(fā)生的腐蝕 稱(chēng)為晶間腐蝕。稱(chēng)為晶間腐蝕。 （2）發(fā)生的條件）發(fā)生的條件 兩個(gè)基本因素：一是內(nèi)因兩個(gè)基本因素：一是內(nèi)因，即金屬或，即金屬或 合金本身晶粒與晶界化學(xué)成分差異、晶合金本身晶粒與晶界化學(xué)成分差異、晶 界結(jié)構(gòu)、元素的固溶特點(diǎn)、沉淀析出

46、過(guò)界結(jié)構(gòu)、元素的固溶特點(diǎn)、沉淀析出過(guò) 程、固態(tài)擴(kuò)散等金屬學(xué)問(wèn)題，導(dǎo)電化學(xué)程、固態(tài)擴(kuò)散等金屬學(xué)問(wèn)題，導(dǎo)電化學(xué) 不均勻性，使金屬具有晶間腐蝕傾向。不均勻性，使金屬具有晶間腐蝕傾向。 二是外因二是外因，在腐蝕介質(zhì)中能顯示晶粒與，在腐蝕介質(zhì)中能顯示晶粒與 晶界的電化學(xué)不均勻性。晶界的電化學(xué)不均勻性。 總之總之，當(dāng)某種介質(zhì)與金屬所共同決，當(dāng)某種介質(zhì)與金屬所共同決 定的電位條件下，晶界的溶解電流定的電位條件下，晶界的溶解電流 密度遠(yuǎn)大于晶粒本身的溶解電流密密度遠(yuǎn)大于晶粒本身的溶解電流密 度時(shí)，便可產(chǎn)生晶間腐蝕。度時(shí)，便可產(chǎn)生晶間腐蝕。 （3）形貌特征）形貌特征 金屬發(fā)生晶間腐蝕后，在宏觀上幾乎看不金屬發(fā)生

47、晶間腐蝕后，在宏觀上幾乎看不 到任何變化，幾何尺寸及表面金屬光澤不到任何變化，幾何尺寸及表面金屬光澤不 變，但其強(qiáng)度及延伸率顯著降低。在微觀變，但其強(qiáng)度及延伸率顯著降低。在微觀 上，進(jìn)行金相檢查時(shí)，可以看到晶界或鄰近上，進(jìn)行金相檢查時(shí)，可以看到晶界或鄰近 地區(qū)發(fā)生延晶界均勻腐蝕的現(xiàn)象，有時(shí)尚可地區(qū)發(fā)生延晶界均勻腐蝕的現(xiàn)象，有時(shí)尚可 看到晶粒脫離。在對(duì)斷裂件的斷口進(jìn)行掃描看到晶粒脫離。在對(duì)斷裂件的斷口進(jìn)行掃描 電鏡觀察時(shí)，可見(jiàn)冰糖塊狀的形貌特征。電鏡觀察時(shí)，可見(jiàn)冰糖塊狀的形貌特征。 4. 接觸腐蝕失效接觸腐蝕失效 （1）基本概念）基本概念 通常把由于腐蝕電池的作用而產(chǎn)生的腐蝕通常把由于腐蝕電池的

48、作用而產(chǎn)生的腐蝕 稱(chēng)為稱(chēng)為電偶腐蝕電偶腐蝕，又稱(chēng)，又稱(chēng)接觸腐蝕接觸腐蝕或異或異金屬腐金屬腐 蝕。蝕。 （2）產(chǎn)生的條件）產(chǎn)生的條件 兩種或兩種以上具有不同電位的物質(zhì)在電兩種或兩種以上具有不同電位的物質(zhì)在電 解質(zhì)溶液中相接觸，從而導(dǎo)致電位更負(fù)的物解質(zhì)溶液中相接觸，從而導(dǎo)致電位更負(fù)的物 質(zhì)腐蝕加速。質(zhì)腐蝕加速。 （3）影響接觸腐蝕的因素）影響接觸腐蝕的因素 1）接觸材料的起始電位差。）接觸材料的起始電位差。 2）極化作用。）極化作用。 陽(yáng)極極化率陽(yáng)極極化率的影響的影響 陰極極化率陰極極化率的影響的影響 3）接觸腐蝕時(shí)兩者的面積。）接觸腐蝕時(shí)兩者的面積。 “小陽(yáng)極大陰極小陽(yáng)極大陰極”現(xiàn)象現(xiàn)象 4）溶

49、液電阻的影響。）溶液電阻的影響。 5. 空泡腐蝕失效空泡腐蝕失效 （1）基本概念。）基本概念。 又稱(chēng)氣蝕又稱(chēng)氣蝕OR空化腐蝕。在液體與固體材料空化腐蝕。在液體與固體材料 之間相對(duì)速度很高的情況下，由于氣體在材之間相對(duì)速度很高的情況下，由于氣體在材 料表面的局部低壓區(qū)形成空穴或氣泡迅速破料表面的局部低壓區(qū)形成空穴或氣泡迅速破 滅而造成的一種局部腐蝕。滅而造成的一種局部腐蝕。 （2）產(chǎn)生的條件）產(chǎn)生的條件 液體和工件表面間處于相對(duì)的高速運(yùn)動(dòng)狀液體和工件表面間處于相對(duì)的高速運(yùn)動(dòng)狀 態(tài)。由于液體的壓力分布不均及壓力變化較態(tài)。由于液體的壓力分布不均及壓力變化較 大，而造成機(jī)械力和液體介質(zhì)對(duì)金屬材料的大，

50、而造成機(jī)械力和液體介質(zhì)對(duì)金屬材料的 腐蝕。腐蝕。 （3）形貌特征）形貌特征 外部形態(tài)與點(diǎn)腐蝕相似，但蝕坑的深度較外部形態(tài)與點(diǎn)腐蝕相似，但蝕坑的深度較 點(diǎn)腐蝕淺很多，蝕坑的分布比點(diǎn)腐蝕緊密很點(diǎn)腐蝕淺很多，蝕坑的分布比點(diǎn)腐蝕緊密很 多，表面往往變得十分粗糙，呈海綿狀。多，表面往往變得十分粗糙，呈海綿狀。 6. 磨耗腐蝕失效磨耗腐蝕失效 （1）基本概念）基本概念 材料在摩擦力和腐蝕介質(zhì)的共同作用材料在摩擦力和腐蝕介質(zhì)的共同作用 下產(chǎn)生的腐蝕加速破壞的現(xiàn)象，稱(chēng)為下產(chǎn)生的腐蝕加速破壞的現(xiàn)象，稱(chēng)為磨磨 耗腐蝕耗腐蝕，也稱(chēng)為，也稱(chēng)為腐蝕磨損腐蝕磨損。 （2）發(fā)生的條件。）發(fā)生的條件。 1）工藝介質(zhì)具有較強(qiáng)的

51、腐蝕性。）工藝介質(zhì)具有較強(qiáng)的腐蝕性。 2）流動(dòng)介質(zhì)中含有固體顆粒。）流動(dòng)介質(zhì)中含有固體顆粒。 3）介質(zhì)與金屬表面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度較）介質(zhì)與金屬表面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度較 大且流向一定。大且流向一定。 （3）形貌特征）形貌特征 金屬表面呈現(xiàn)方向性明顯的金屬表面呈現(xiàn)方向性明顯的溝、溝、 漕、波紋漕、波紋及及山谷形山谷形花樣?；?。 7. 應(yīng)力腐蝕失效應(yīng)力腐蝕失效 6.2.3 腐蝕失效分析及預(yù)防腐蝕失效分析及預(yù)防 1. 腐蝕失效分析的步驟及內(nèi)容腐蝕失效分析的步驟及內(nèi)容 （1）詳細(xì)勘察事故現(xiàn)場(chǎng)）詳細(xì)勘察事故現(xiàn)場(chǎng) 1）損壞設(shè)備的基本情況）損壞設(shè)備的基本情況 2）損壞部位的宏觀情況）損壞部位的宏觀情況 3）材料及

52、制造情況）材料及制造情況 4）設(shè)備使用的環(huán)境條件）設(shè)備使用的環(huán)境條件 5）應(yīng)力條件）應(yīng)力條件 6）表面處理情況）表面處理情況 7）現(xiàn)場(chǎng)拍攝及取樣）現(xiàn)場(chǎng)拍攝及取樣 8）經(jīng)濟(jì)損失的估計(jì)）經(jīng)濟(jì)損失的估計(jì) （2）腐蝕形貌的宏觀分析）腐蝕形貌的宏觀分析 1）首先分析產(chǎn)物的形貌，如顏色、尺寸大）首先分析產(chǎn)物的形貌，如顏色、尺寸大 小、分布、蝕坑的深淺等。小、分布、蝕坑的深淺等。 2）分析斷裂面的特征：裂紋起源位置、走）分析斷裂面的特征：裂紋起源位置、走 向、變形情況、有無(wú)貝紋花樣、是否分叉向、變形情況、有無(wú)貝紋花樣、是否分叉 等。等。 （3）腐蝕產(chǎn)物分析）腐蝕產(chǎn)物分析 X射線衍射儀、波普、俄歇能譜、光電子

53、譜射線衍射儀、波普、俄歇能譜、光電子譜 儀。儀。 （4）腐蝕形貌的微觀分析）腐蝕形貌的微觀分析 （5）對(duì)材料性能進(jìn)行復(fù)驗(yàn)）對(duì)材料性能進(jìn)行復(fù)驗(yàn) 化學(xué)成分、力學(xué)性能、顯微組織及電化學(xué)成分、力學(xué)性能、顯微組織及電 化學(xué)行為化學(xué)行為 （6）失效模式的判斷及重現(xiàn)性試驗(yàn)）失效模式的判斷及重現(xiàn)性試驗(yàn) （7）綜合討論及總結(jié)）綜合討論及總結(jié) 2. 幾種腐蝕模式的幾種腐蝕模式的區(qū)分區(qū)分 （1）晶間腐蝕與沿晶型應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂）晶間腐蝕與沿晶型應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂 的區(qū)分。的區(qū)分。 （2）應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂與腐蝕疲勞的區(qū)分。）應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂與腐蝕疲勞的區(qū)分。 （3）點(diǎn)腐蝕與空泡腐蝕的區(qū)別。）點(diǎn)腐蝕與空泡腐蝕的區(qū)別。 3. 預(yù)防腐蝕失效

54、的一般原則預(yù)防腐蝕失效的一般原則 （1）正確分析腐蝕失效原因和確定腐蝕失效）正確分析腐蝕失效原因和確定腐蝕失效 模式。模式。 注意：注意：腐蝕與防護(hù)是一個(gè)系統(tǒng)工程，單獨(dú)或腐蝕與防護(hù)是一個(gè)系統(tǒng)工程，單獨(dú)或 過(guò)分的對(duì)材料提出要求是不恰當(dāng)?shù)?。過(guò)分的對(duì)材料提出要求是不恰當(dāng)?shù)摹?（2）正確地選擇材料和合理設(shè)計(jì)金屬結(jié)構(gòu)）正確地選擇材料和合理設(shè)計(jì)金屬結(jié)構(gòu) 耐蝕金屬材料分為：耐蝕鑄鐵、不銹鋼、耐蝕金屬材料分為：耐蝕鑄鐵、不銹鋼、 鎳基合金、銅合金、鋁合金及鈦合金等六大鎳基合金、銅合金、鋁合金及鈦合金等六大 類(lèi)。類(lèi)。 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，減小應(yīng)力集中及殘余應(yīng)，減小應(yīng)力集中及殘余應(yīng) 力有助于防止或減輕應(yīng)

55、力腐蝕、腐蝕疲勞等力有助于防止或減輕應(yīng)力腐蝕、腐蝕疲勞等 失效；避免異類(lèi)金屬的接觸或采用絕緣材料失效；避免異類(lèi)金屬的接觸或采用絕緣材料 將其隔開(kāi)，將有助于減輕或杜絕縫隙腐蝕與將其隔開(kāi)，將有助于減輕或杜絕縫隙腐蝕與 接觸腐蝕，減小流體停滯和聚集現(xiàn)象可降低接觸腐蝕，減小流體停滯和聚集現(xiàn)象可降低 多種類(lèi)型的腐蝕速度；使流體均速流動(dòng)，避多種類(lèi)型的腐蝕速度；使流體均速流動(dòng)，避 免壓力變化過(guò)大，將有助于減輕管壁的空泡免壓力變化過(guò)大，將有助于減輕管壁的空泡 腐蝕現(xiàn)象。腐蝕現(xiàn)象。 （3）查明外來(lái)腐蝕介質(zhì)的性質(zhì)并將其去除。）查明外來(lái)腐蝕介質(zhì)的性質(zhì)并將其去除。 （4）隔離腐蝕介質(zhì)。）隔離腐蝕介質(zhì)。 （5）采用電化

56、學(xué)保護(hù)措施。）采用電化學(xué)保護(hù)措施。 電化學(xué)保護(hù)法電化學(xué)保護(hù)法：利用改變金屬與介質(zhì)間的：利用改變金屬與介質(zhì)間的 電極電位來(lái)達(dá)到保護(hù)金屬免受腐蝕的辦法。電極電位來(lái)達(dá)到保護(hù)金屬免受腐蝕的辦法。 實(shí)質(zhì)是實(shí)質(zhì)是：通以電流進(jìn)行極化。：通以電流進(jìn)行極化。 陽(yáng)極保護(hù)陽(yáng)極保護(hù)：把金屬接到電池的正極上進(jìn)行：把金屬接到電池的正極上進(jìn)行 極化。常用于在氧化性介質(zhì)中能發(fā)生鈍化的極化。常用于在氧化性介質(zhì)中能發(fā)生鈍化的 金屬防護(hù)上。金屬防護(hù)上。 陰極保護(hù)陰極保護(hù)：接到負(fù)極上進(jìn)行極化。：接到負(fù)極上進(jìn)行極化。 常用于地下管道及其他地下設(shè)施、水中設(shè)常用于地下管道及其他地下設(shè)施、水中設(shè) 備、冷凝器及熱交換器等方面。備、冷凝器及熱交換器等方面。 4.常見(jiàn)腐蝕失效的預(yù)防措施常見(jiàn)腐蝕失效的預(yù)防措施 （1）點(diǎn)腐蝕失效的預(yù)防措施）點(diǎn)腐蝕失效的預(yù)防措施 1）降低介質(zhì)中的鹵素離子的濃度，特別是氯）降低介質(zhì)中的鹵素離子的濃度，特別是氯 離子的濃度。同時(shí)要特別注意避免鹵素離子離子的濃度。同時(shí)要特別注意避免鹵素離子 的局部濃縮。的局部濃縮。 2）提高介質(zhì)的流動(dòng)速度，并經(jīng)常攪拌介質(zhì)，）提高介質(zhì)的流動(dòng)速度，并經(jīng)常攪拌介質(zhì)， 使介質(zhì)中的氧及氧化劑的濃度均勻化。使介質(zhì)中的氧及氧化劑的濃度均勻化。 3）在設(shè)備停運(yùn)期間要進(jìn)行清洗，避免設(shè)備處）在設(shè)備停運(yùn)期間要進(jìn)行清洗，避免設(shè)備處 于靜止介質(zhì)的浸泡狀態(tài)。于靜止介質(zhì)的浸泡狀態(tài)。 4）采用陰極