工程材料讀書報(bào)告

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上淺談材料的腐蝕摘要材料腐蝕是材料受周圍環(huán)境的作用，發(fā)生有害的化學(xué)變化、電化學(xué)變化或物理變化而失去其固有性能的過程。材料腐蝕發(fā)生在材料表面。按腐蝕反應(yīng)進(jìn)行的方式分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。前者發(fā)生在非離子導(dǎo)體介質(zhì)中；后者發(fā)生在具有離子導(dǎo)電性的介質(zhì)中，故可通過改變材料的電極電位來改變腐蝕速度。按材料破壞特點(diǎn)分為均勻腐蝕、局部腐蝕和選擇性腐蝕。材料腐蝕材料腐蝕是材料受周圍環(huán)境的作用，發(fā)生有害的化學(xué)變化、電化學(xué)變化或物理變化而失去其固有性能的過程。常見的是金屬材料腐蝕。通常環(huán)境介質(zhì)對材料有各種不同的作用，其中有多種作用可導(dǎo)致材料遭受破壞，但只有滿足以下兩個(gè)條件，才稱為腐蝕作用：

2、 材料受介質(zhì)作用的部分發(fā)生狀態(tài)變化，轉(zhuǎn)變成新相。在材料遭受破壞過程中，整個(gè)腐蝕體系的自由能降低。材料腐蝕發(fā)生在材料表面。按腐蝕反應(yīng)進(jìn)行的方式分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。前者發(fā)生在非離子導(dǎo)體介質(zhì)中；后者發(fā)生在具有離子導(dǎo)電性的介質(zhì)中，故可通過改變材料的電極電位來改變腐蝕速度。按材料破壞特點(diǎn)分為均勻腐蝕、局部腐蝕和選擇性腐蝕。均勻腐蝕指材料表面各處腐蝕破壞深度差別很小，沒有特別嚴(yán)重的部位，也沒有特別輕微的部分。局部腐蝕是材料表面的腐蝕破壞集中發(fā)生在某一區(qū)域，主要有孔蝕（點(diǎn)蝕）、縫隙腐蝕、晶間腐蝕等。選擇性腐蝕是金屬材料在腐蝕介質(zhì)中，其活性組元產(chǎn)生選擇性溶解，由金屬材料合金組分的電化學(xué)差異所致。按腐蝕環(huán)

3、境又分為微生物腐蝕、大氣腐蝕、土壤腐蝕、海洋腐蝕和高溫腐蝕等。下面介紹幾種常見的腐蝕。點(diǎn)蝕又稱坑蝕和小孔腐蝕。點(diǎn)蝕有大有小，一般情況下，點(diǎn)蝕的深度要比其直徑大的多。點(diǎn)蝕經(jīng)唱法生在表面有鈍化膜或保護(hù)膜的金屬上。由于金屬材料中存在缺陷、雜質(zhì)和溶質(zhì)等的不均一性，當(dāng)介質(zhì)中含有某些活性陰離子（如）時(shí)，這些活性陰離子首先被吸附在金屬表面某些點(diǎn)上，從而使金屬表面鈍化膜發(fā)生破壞。一旦這層鈍化膜被破壞又缺乏自鈍化能力時(shí)，金屬表面就發(fā)生腐蝕。這是因?yàn)樵诮饘俦砻嫒毕萏幰茁┏鰴C(jī)體金屬，使其呈活化狀態(tài)，而鈍化膜處仍為鈍態(tài)，這樣就形成了活性鈍性腐蝕電池，由于陽極面積比陰極面積小得多，陽極電流密度很大，所以腐蝕往深處發(fā)展，

4、金屬表面很快就被腐蝕成小孔，這種現(xiàn)象被稱為點(diǎn)蝕。在石油、化工的腐蝕失效類型統(tǒng)計(jì)中，點(diǎn)蝕約占20%25%。流動(dòng)不暢的含活性陰離子的介質(zhì)中容易形成活性陰離子的積聚和濃縮的條件，促使點(diǎn)蝕的生成。粗糙的表面比光滑的表面更容易發(fā)生點(diǎn)蝕 。PH值降低、溫度升高都會(huì)增加點(diǎn)蝕的傾向。氧化性金屬離子（如Fe3+、Cu2+、Hg2+等）能促進(jìn)點(diǎn)蝕的產(chǎn)生。但某些含氧陰離子（如氫氧化物、鉻酸鹽、硝酸鹽和硫酸鹽等）能防止點(diǎn)蝕.點(diǎn)蝕雖然失重不大，但由于陽極面積很小，所以腐蝕速率很快，嚴(yán)重時(shí)可造成設(shè)備穿孔，使大量的油、水、氣泄漏，有時(shí)甚至造成火災(zāi)、爆炸等嚴(yán)重事故，危險(xiǎn)性很大。點(diǎn)蝕會(huì)使晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕和腐蝕疲勞等加劇，在很

5、多情況下點(diǎn)蝕是這些類型腐蝕的起源。在電解液中，金屬與金屬或金屬與非金屬表面之間構(gòu)成狹窄的縫隙，縫隙內(nèi)有關(guān)物質(zhì)的移動(dòng)受到了阻滯，形成濃差電池，從而產(chǎn)生局部腐蝕，這種腐蝕被稱為縫隙腐蝕?？p隙腐蝕常發(fā)生在設(shè)備中法蘭的連接處，墊圈、襯板、纏繞與金屬重疊處，它可以在不同的金屬和不同的腐蝕介質(zhì)中出現(xiàn)，從而給生產(chǎn)設(shè)備的正常運(yùn)行造成嚴(yán)重障礙，甚至發(fā)生破壞事故。對鈦及鈦合金來說，縫隙腐蝕是最應(yīng)關(guān)注的腐蝕現(xiàn)象。介質(zhì)中，氧氣濃度增加，縫隙腐蝕量增加；PH值減小，陽極溶解速度增加，縫隙腐蝕量也增加；活性陰離子的濃度增加，縫隙腐蝕敏感性升高。但是某些含氧陰離子的增加會(huì)減小縫隙腐蝕量。晶間腐蝕是金屬材料在特定的腐蝕介質(zhì)中

6、，沿著材料的晶粒間界受到腐蝕，使晶粒之間喪失結(jié)合力的一種局部腐蝕破壞現(xiàn)象。受這種腐蝕的設(shè)備或零件，有時(shí)從外表看仍是完好光亮，但由于晶粒之間的結(jié)合力被破壞，材料幾乎喪失了強(qiáng)度，嚴(yán)重者會(huì)失去金屬聲音，輕輕敲擊便成為粉末。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在石油、化工設(shè)備腐蝕失效事故中，晶間腐蝕約占4%9%，主要發(fā)生在用軋材焊接的容器及熱交換器上。一般認(rèn)為，晶界合金元素的貧化是產(chǎn)生晶間腐蝕的主要原因。通過提高材料的純度，去除碳、氮、磷和硅等有害微量元素或加入少量穩(wěn)定化元素（鈦、鈮），以控制晶界上析出的碳化物及采用適當(dāng)?shù)臒崽幚碇贫群瓦m當(dāng)?shù)募庸すに?，可防止晶間腐蝕的產(chǎn)生。材料在特定的腐蝕介質(zhì)中和在靜拉伸應(yīng)力（包括外加載荷、熱應(yīng)力

7、、冷加工、熱加工、焊接等所引起的殘余應(yīng)力，以及裂縫銹蝕產(chǎn)物的楔入應(yīng)力等）下，所出現(xiàn)的低于強(qiáng)度極限的脆性開裂現(xiàn)象，稱為應(yīng)力腐蝕開裂.應(yīng)力腐蝕開裂是先在金屬的腐蝕敏感部位形成微小凹坑，產(chǎn)生細(xì)長的裂縫，且裂縫擴(kuò)展很快，能在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生嚴(yán)重的破壞。應(yīng)力腐蝕開裂在石油、化工腐蝕失效類型中所占比例最高，可達(dá)50%。應(yīng)力腐蝕的產(chǎn)生有兩個(gè)基本條件：一是材料對介質(zhì)具有一定的應(yīng)力腐蝕開裂敏感性；二是存在足夠高的拉應(yīng)力。導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕開裂的應(yīng)力可以來自工作應(yīng)力，也可以來自制造過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在應(yīng)力腐蝕開裂事故中，由殘余應(yīng)力所引起的占80%以上，而由工作應(yīng)力引起的則不足20%.|應(yīng)力腐蝕過程一般可分為三個(gè)

8、階段。第一階段為孕育期，在這一階段內(nèi)，因腐蝕過程局部化和拉應(yīng)力作用的結(jié)果，使裂紋生核；第二階段為腐蝕裂紋發(fā)展時(shí)期，當(dāng)裂紋生核后，在腐蝕介質(zhì)和金屬中拉應(yīng)力的共同作用下，裂紋擴(kuò)展；第三階段中，由于拉應(yīng)力的局部集中，裂紋急劇生長導(dǎo)致零件的破壞。在發(fā)生應(yīng)力腐蝕破裂時(shí)，并不發(fā)生明顯的均勻腐蝕，甚至腐蝕產(chǎn)物極少，有時(shí)肉眼也難以發(fā)現(xiàn)，因此，應(yīng)力腐蝕是一種非常危險(xiǎn)的破壞.一般來說，介質(zhì)中氯化物濃度的增加，會(huì)縮短應(yīng)力腐蝕開裂所需的時(shí)間。不同氯化物的腐蝕作用是按Mg2+、Fe3+、Ca2+、Na1+、Li1+等離子的順序遞減的。發(fā)生應(yīng)力腐蝕的溫度一般在50300之間。防止應(yīng)力腐蝕應(yīng)從減少腐蝕和消除拉應(yīng)力兩方面來采

9、取措施。主要是：一要盡量避免使用對應(yīng)力腐蝕敏感的材料；二在設(shè)計(jì)設(shè)備結(jié)構(gòu)時(shí)要力求合理，盡量減少應(yīng)力集中和積存腐蝕介質(zhì)；三在加工制造設(shè)備時(shí)，要注意消除殘余應(yīng)力。其他腐蝕，如腐蝕疲勞、均勻腐蝕、磨損腐蝕（沖蝕）、氫脆等，就不詳細(xì)說了。材料腐蝕案例材料腐蝕帶來的事故是很嚴(yán)重的，下面來講幾個(gè)國內(nèi)外案例。1984年12月，美國聯(lián)合碳化物公司在印度博帕爾市的農(nóng)藥廠因儲罐腐蝕開裂，泄漏了甲基異氰酸酯劇毒物，造成3500多人喪生，20多萬人中毒；1985年8月，日航一架波音747客機(jī)由于機(jī)身增壓艙端框應(yīng)力腐蝕斷裂而墜毀，機(jī)上524人全部遇難；1985年，瑞士一個(gè)游泳館頂棚因不銹鋼吊桿長期承受館內(nèi)空氣中的氯和頂棚

10、載荷(200噸)的聯(lián)合作用，發(fā)生應(yīng)力腐蝕而突然坍塌，造成12人死亡，多人受傷；1990年美國僅輕水堆核電站由于腐蝕的原因不僅引起13億美元的經(jīng)濟(jì)損失，而且導(dǎo)致1萬多人被輻射污染；19811990年原蘇聯(lián)因腐蝕造成的管道事故次數(shù)累計(jì)為300次，其中內(nèi)部腐蝕和磨蝕引起的事故為51次，占事故總數(shù)的17；外部腐蝕引起的事故為249起，占10年中全部事故總數(shù)的83，是所有管道事故中事故率最高的。 1980年3月，我國北海油田一采油平臺，在海水腐蝕和應(yīng)力的共同作用下，發(fā)生腐蝕疲勞破壞，致使123人喪生；2003年，四川省成都市某建筑工地的塔式起重機(jī)，由于底架與基礎(chǔ)連接的法蘭盤背面角焊縫長期受到泥水腐蝕，焊

11、縫有效高度越來越小，當(dāng)正常起吊額定載荷時(shí)，焊縫撕裂，塔式起重機(jī)從根部整體倒下，造成嚴(yán)重事故。以上所述的事故都是由于結(jié)構(gòu)材料的腐蝕所引起的。2007年，遼寧省鐵嶺市某特殊鋼有限公司，由于煉鋼車間吊運(yùn)鋼水包的起重機(jī)主鉤在下降作業(yè)時(shí)，控制回路中的一個(gè)聯(lián)鎖常閉輔助觸點(diǎn)銹蝕斷開，致使驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)失電，未能有效阻止鋼水包繼續(xù)失控下墜，鋼水包撞擊澆注臺車后落地傾覆，發(fā)生鋼水包傾覆特別重大事故，造成32人死亡、6人重傷，直接經(jīng)濟(jì)損失800多萬元。以上觸目驚心的事實(shí)表明，一個(gè)小小零件的腐蝕會(huì)造成非常重大的事故，可見其非結(jié)構(gòu)材料的腐蝕與防護(hù)的重要性之大。 不銹鋼與材料腐蝕下面來講講不銹鋼的腐蝕與防護(hù)。不銹鋼極好的耐

12、腐蝕性能是由于在鋼的表面形成看不見的氧化膜，使其成為是鈍態(tài)的。該鈍化膜的形成是由于鋼暴露在大氣中時(shí)與氧反應(yīng)，或者是由于與其他含氧的環(huán)境接觸的結(jié)果。如果鈍化膜被破壞，不銹鋼就將繼續(xù)腐蝕下去。在很多情況下，鈍化膜僅僅在金屬表面和局部地方被破壞，腐蝕的作用在于形成細(xì)小的孔或凹坑，在材料表面產(chǎn)生無規(guī)律分布的小坑狀腐蝕。出現(xiàn)點(diǎn)蝕很可能是存在與去極劑化合的氯化物離子，不銹鋼等鈍態(tài)金屬的點(diǎn)蝕常起因于某些侵蝕性陰離子對鈍化膜的局部破壞，保護(hù)有高耐腐蝕性能的鈍態(tài)通常需要氧化環(huán)境，但正好這也是出現(xiàn)點(diǎn)蝕的條件。產(chǎn)生點(diǎn)蝕的介質(zhì)是在C1-、Br-、I-、Cl04-溶液中存在FE3+、Cu2+、Hg2+等重金屬離子或者含

13、有H2O2、O2等的Na+、Ca2+堿和堿土金屬離子的氯化物溶液。點(diǎn)蝕速率隨溫度升高而增加。例如在濃度為4%-10%氯化鈉的溶液中，在90時(shí)達(dá)到點(diǎn)蝕造成的重量損失最大；對于更稀的溶液，最大值出現(xiàn)在較高的溫度。防止點(diǎn)蝕的方法：避免鹵素離子集中。保證氧或氧化性溶液的均勻性，攪拌溶液和避免有液體不流動(dòng)的小塊區(qū)域?；蛘咛岣哐醯臐舛?，或者去除氧。增加pH值。與中性或酸性氯化物相比，明顯堿性的氯化物溶液造成的點(diǎn)蝕較少，或者完全沒有（氫氧離子起防腐蝕劑的作用）。在盡可能低的溫度下工作。在腐蝕性介質(zhì)中加入鈍化劑。低濃度的硝酸鹽或鉻酸鹽在很多介質(zhì)中是有效的（抑制離子優(yōu)先吸咐在金屬表面上，因此防止了氯化物離子吸咐而造成腐蝕）。采用陰極防腐。有證據(jù)表明，用與低碳鋼、鋁或鋅電隅合陰極保護(hù)的不銹鋼在海水中不會(huì)造成點(diǎn)蝕。含鉬2%-4%的奧氏體型不銹鋼具有良好的耐