縫隙腐蝕和晶間腐蝕

1、眾所周知，金屬材料以及由它們制成的結(jié)構(gòu)物，在自然環(huán)境中或者在工況條件下，由于與其所處環(huán)境介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或者電化學(xué)作用而引起的變質(zhì)和破壞，即為腐蝕，其中也包括上述因素與力學(xué)因素或者生物因素的共同作用。某些物理作用例如金屬材料在某些液態(tài)金屬中的物理溶解現(xiàn)象也可以歸入金屬腐蝕范疇。腐蝕存在于工業(yè)中的各個(gè)環(huán)節(jié)，它對整個(gè)工業(yè)體系的危害是巨大的。首先，腐蝕會(huì)破壞工業(yè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，導(dǎo)致重大事故的發(fā)生，危及國家的經(jīng)濟(jì)和國民的生命財(cái)產(chǎn)安全。其次，腐蝕會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)了解，全世界的成品鋼每年會(huì)因腐蝕而損失近四分之一。因此，我們有必要熟悉腐蝕的相關(guān)知識(shí)，從而學(xué)會(huì)盡量避免和控制它。接下來我們將看到兩種常見的腐蝕

2、-縫隙腐蝕和晶間腐蝕。這一張張觸目驚心的圖片告訴我們，縫隙腐蝕是具有嚴(yán)重危害的。我們先來了解一下縫隙腐蝕的定義。許多金屬構(gòu)件是由螺釘、鉚、焊等方式連接的，在這些連接件或焊接接頭缺陷處可能出現(xiàn)狹窄的縫隙，其縫寬（一般在0.0250.1mm）足以使電解質(zhì)溶液進(jìn)入，使縫內(nèi)金屬與縫外金屬構(gòu)成短路原電池，并且在縫內(nèi)發(fā)生強(qiáng)烈的腐蝕，這種局部腐蝕稱為縫隙腐蝕?？p隙腐蝕的形成1.產(chǎn)生條件 縫隙的寬度一般為0.0250.1mm，有介質(zhì)滯留在縫內(nèi)。 幾乎所有的金屬或合金。易鈍化合金或金屬更易發(fā)生。 幾乎所有的腐蝕介質(zhì)。包括酸性、中性或淡水介質(zhì)，含氯離子的溶液最為容易。2.機(jī)理縫隙腐蝕可分為初期階段和后期階段。在初

3、期階段，腐蝕發(fā)生在包括縫隙內(nèi)部的整個(gè)金屬表面上，陽極溶解：M M+ +e，陰極還原：O2+2H2O+4e4OH-（見圖1）。但經(jīng)過一個(gè)短時(shí)間后，縫內(nèi)的氧由于擴(kuò)散困難而減少，縫隙中的氧化還原反應(yīng)就被迫停止。氧消耗完以后，縫隙內(nèi)的氧化還原反應(yīng)不再發(fā)生了，這時(shí)由于縫內(nèi)缺氧，縫外富氧，形成了“供氧差異電池”。然而金屬M(fèi)在縫內(nèi)繼續(xù)溶解，縫內(nèi)溶液中M+過剩，為了保持平衡，氯離子遷移到縫內(nèi)，同時(shí)陰極過程轉(zhuǎn)到縫外（如圖2 所示）。 圖1圖2縫內(nèi)已形成的金屬鹽類發(fā)生水解即：M+Cl-H2O M O H + H+,結(jié)果使縫內(nèi)pH下降，可達(dá)23，這就促使縫內(nèi)金屬溶解速度增加，相應(yīng)縫外鄰近表面的陰極過程，即氧的還原速

4、度也增加，使外部表面得到陰極保護(hù)，而加速了縫內(nèi)金屬的腐蝕。縫內(nèi)金屬離子進(jìn)一步過剩促使Cl-遷入縫內(nèi)，這就是縫隙腐蝕的自催化過程。1Cr13不銹鋼與聚四氟乙烯構(gòu)成縫隙在某油田污水掛片240d后所呈現(xiàn)的縫隙腐蝕形貌2Cr13不銹鋼離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓鼓底與鋼罩上加強(qiáng)筋（1Cr18Ni9Ti）間形成縫隙腐蝕晶間腐蝕，局部腐蝕的一種。沿著金屬晶粒間的分界面向內(nèi)部擴(kuò)展的腐蝕。主要由于晶粒表面和內(nèi)部間化學(xué)成分的差異以及晶界雜質(zhì)或內(nèi)應(yīng)力的存在。晶間腐蝕破壞晶粒間的結(jié)合，大大降低金屬的機(jī)械強(qiáng)度。而且腐蝕發(fā)生后金屬和合金的表面仍保持一定的金屬光澤，看不出被破壞的跡象，但晶粒間結(jié)合力顯著減弱，力學(xué)性能惡化, 不能經(jīng)受敲擊，

5、所以是一種很危險(xiǎn)的腐蝕。通常出現(xiàn)于黃銅、硬鋁合金和一些不銹鋼、鎳基合金中。不銹鋼焊縫的晶間腐蝕是化學(xué)工業(yè)的一個(gè)重大問題。不銹鋼具有耐腐蝕能力的必要條件是鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)必須大于1012%。當(dāng)溫度升高時(shí)，碳在不銹鋼晶粒內(nèi)部的擴(kuò)散速度大于鉻的擴(kuò)散速度。因?yàn)槭覝貢r(shí)碳在奧氏體中的溶解度很小，約為0.02%0.03%，而一般奧氏體不銹鋼中的含碳量均超過此值，故多余的碳就不斷地向奧氏體晶粒邊界擴(kuò)散，并和鉻化合，在晶間形成碳化鉻的化合物，如（CrFe）23C6等。數(shù)據(jù)表明，鉻沿晶界擴(kuò)散的活化能力162252KJ/mol，而鉻由晶粒內(nèi)擴(kuò)散活化能約540KJ/mol，即:鉻由晶粒內(nèi)擴(kuò)散速度比鉻沿晶界擴(kuò)散速度小，內(nèi)部的鉻來不及向晶界擴(kuò)散，所以在晶間所形成的碳化鉻所需的鉻主要不是來自奧氏體晶粒內(nèi)部，而是來自晶界