金屬常見腐蝕形態(tài)及防護(hù)措施詳解

金屬常見腐蝕形態(tài)及防護(hù)措施詳解

金屬材料腐蝕時(shí)，在金屬的界面上發(fā)生了化學(xué)或電化學(xué)多相反應(yīng)，使金屬轉(zhuǎn)入氧化（離子）狀態(tài)。這會(huì)顯著降低金屬材料的各項(xiàng)性能，破壞

金屬構(gòu)件的幾何形狀，甚至造成火災(zāi)、爆炸等災(zāi)難性事故。

金屬常見的腐蝕形態(tài)及防護(hù)措施

全而腐蝕

——在整個(gè)金屬表面上進(jìn)行的腐蝕，又稱均相腐

蝕或均勻腐蝕。

局部腐蝕

——金屬表面局部區(qū)域的腐蝕破壞比其余表面大

得多，從而形成坑洼、溝槽、分層、穿孔、破裂

等破壞形態(tài)。

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不同特征

?全面腐蝕

一陰極和陽極尺寸非常微小且緊密靠攏，很難分辨

?局部腐蝕

一陰極和陽極截然分開，易于區(qū)分。通常陽極面積很小，陰

極面積相對(duì)很大。

局部腐蝕危害性

金屬局部腐蝕溶解

(1)復(fù)雜性

速度比全面腐蝕溶

解速度大得多。(2)集中性

(3)突發(fā)性

局部腐蝕主要類型

電偶腐蝕點(diǎn)蝕（孔蝕）

縫隙腐蝕（絲狀腐蝕）晶間腐蝕

選擇性腐蝕應(yīng)力腐蝕開裂

腐蝕疲勞磨損腐蝕

剝蝕氫損傷

發(fā)生局部腐蝕的條件

(1)金屬方而或溶液方而存在較大的電化學(xué)不均一性，

因而形成了可以明確區(qū)分的陽極區(qū)和陰極區(qū)。

(2)陽極區(qū)和陰極區(qū)的電化學(xué)條件差異在腐蝕過程中一

直保持下去，不會(huì)減弱，甚至還會(huì)不斷強(qiáng)化，使某些

局部區(qū)域的陽極溶解速度一直保持高于其余表面。這

是局部腐蝕能夠持續(xù)進(jìn)行(發(fā)展)的條件。

全面腐蝕與局部腐蝕的比較

全面腐蝕局部腐蝕

腐蝕形貌腐蝕分布在整個(gè)金屬表面上腐蝕主要集中在一定區(qū)域，其

他部分不腐蝕

腐蝕電池陰陽極在表面上隨機(jī)變化，陰陽極在宏觀上可分辨

且不可分辨

電極面積陽極面積=陰極面積陽極面積〈陰極面積

電位陽極電位=陰極電位=腐蝕陽極電位〈陰極電位

（混合）電位

腐蝕產(chǎn)物可能對(duì)金屬具有保護(hù)作用無保護(hù)作用

極化圖

1電偶腐蝕

當(dāng)兩種不同電位的金屬相互接觸，并浸入電解液中可以

發(fā)現(xiàn)，電位較負(fù)的金屬的腐蝕速度加大，而電位較正的

金屬腐蝕速度減緩而受到保護(hù)，該現(xiàn)象被稱為電偶腐蝕

?發(fā)生電偶腐蝕的幾種情況

(1)異金屬部件(包括導(dǎo)電的非金屬材料，如石墨)組合。

(2)金屬鍍層。

(3)金屬表面的導(dǎo)電性非金屬膜。

(4)氣流或液流帶來的異金屬沉積。

異金屬部件（包括導(dǎo)電的非金屬材料，如石墨）組合

?沿海硫酸廠，二氧化硫冷凝器事故

-列管和花板用石墨制作并和碳鋼外殼連接

-SC）2走管內(nèi)，海水走管外

-使用半年后：外殼腐蝕穿孔

-碳鋼外殼由于與石墨組成電偶而加速了腐蝕

?黃銅零件+純銅管

-黃銅成為陽極加速腐蝕

?黃銅零件+鍍鋅管

-鍍鋅層先加速溶解后，碳鋼管體才溶解

氣流或液流帶來的異金屬沉積

?特殊情況下的電偶腐蝕

-兩種不同金屬?zèng)]有直接接觸

-循環(huán)冷卻系統(tǒng)中的銅零件

-腐蝕下來的銅離子通過擴(kuò)散在碳鋼設(shè)備表面沉

積

-沉積的疏松銅粒子與碳鋼之間形成微電偶腐蝕

電池，引起碳鋼設(shè)備嚴(yán)重的局部腐蝕

■電偶腐蝕的特點(diǎn):

一在工程技術(shù)中，不同金屬的組合是不可避免

的，幾乎所有的機(jī)器、設(shè)備和金屬結(jié)構(gòu)件都是

由不同的金屬材料部件組合而成，電偶腐蝕非

常普遍。

-利用電偶腐蝕的原理可以采用賤金屬的犧牲對(duì)

有用的部件進(jìn)行犧牲陽極陰極保護(hù)。

電偶腐蝕原理

當(dāng)兩種不同電位的金屬相互接觸，并浸入電解液中可以發(fā)現(xiàn)，電位

較負(fù)的金屬的腐蝕速度加大，而電位較正的金屬腐蝕速度減緩而受

到保護(hù)。

電偶腐蝕的影響因素

(1)腐蝕電位差

(2)環(huán)境因素

(3)陰陽面積比例

(1)腐蝕電位差

—表示電偶腐蝕的傾向

兩種金屬在使用環(huán)境中的腐蝕電位相差愈大，陽極金

屬受到腐蝕破壞的可能性愈大。

電偶序(galvanicseries)

——將各種金屬材料在某種環(huán)境中的腐蝕電位測量出來，

并把它們從低到高排列

注意：同一種電偶組合在不同環(huán)境條件中不僅腐蝕電

位差的數(shù)值不一樣，甚至可能發(fā)生極性反轉(zhuǎn)。

?電偶腐蝕的推動(dòng)力：接觸金屬的電位差

?電動(dòng)序：

金屬置于含有該金屬鹽的溶液中在標(biāo)準(zhǔn)條件下測

定的熱力學(xué)平衡電位。

實(shí)際腐蝕體系：非純金屬、雜質(zhì)或合金、鈍化膜

----電動(dòng)序并不適用

?電偶序：

實(shí)際金屬或合金在特定介質(zhì)中的實(shí)際電位（非平

衡）的次序，不同介質(zhì)中具有不同的電偶序。

一些工業(yè)金屬和合金在海水中的電偶序

鉗Chlorimet2(66Niz32MozlFe)

金HastelloyB(60Ni,30Mo,6Fe,lMn)

陰石黑

Inconel(活態(tài))

極1土

性鈦鎂(活態(tài))

銀錫

▲

鉛

Chlorimet3(62Niz18Cr;18Mo)

HastelloyC(62Ni,17G;15Mo)鉛-錫焊藥

18-8M。不銹鋼(鈍態(tài))18-8鋁不銹鋼(活態(tài))

18-8不銹鋼(鈍態(tài))18-8不銹鋼(活態(tài))

ll~30%Cr不銹鋼(鈍態(tài))高銀鑄鐵

Inconel(80Ni,13O;7Fe)(鈍態(tài))13%Cr不銹鋼

操(鈍態(tài))鑄鐵

銀焊藥陽鋼或鐵

Monel(70Ni,32Cu)吸2024鋁(4.5CuJ.5Mg,0.6Mu)

''鎘

銅銀合金(60~90Cu,40~llNi)

青銅工業(yè)純鋁(1100)

銅鋅

黃銅鎂和鎂合金

⑵環(huán)境因素

-介質(zhì)的組成

水中錫對(duì)于鐵是陰極，而在多數(shù)有機(jī)酸中，錫對(duì)于鐵是陽極,

所以在食品工業(yè)中常使用鍍錫鐵(Fe-Sn)

-溫度：

?影響腐蝕電流

?改變金屬表面膜或腐蝕產(chǎn)物結(jié)構(gòu)

?Zn-Fe:冷水中，Zn是陽極；

熱水中(>80r),Zn是陰極

鋼鐵鍍鋅后：熱水洗溫度v70C,防止Zn

鍍層轉(zhuǎn)為陰極性鍍層

(2)環(huán)境因素

一pH

Al-Mg:中性或弱酸性，AI是陰極

Mg陽極溶解-溶液變?yōu)閴A性-AI變?yōu)殛枠O

一7覺拌

改變供氧，改變金屬表面狀態(tài)

不銹鋼-銅

靜止海水：不銹鋼為活化態(tài)，陽極

流動(dòng)海水：不銹鋼為鈍化態(tài)，陰極

-電解質(zhì)電阻

⑶陰陽面積比例

——大陽極，小陰極，電解質(zhì)導(dǎo)電良好

——大陽極，小陰極，電解質(zhì)導(dǎo)電性能差

——小陽極，大陰極

(a)大陽極,小陰極.電解質(zhì)導(dǎo)電性良好

(b)大陽極,小陰極.電解質(zhì)導(dǎo)電性能差

(c)川陽極,大陰極

電偶腐蝕控制措施

(1)避免材料相互接觸

(2)注意陽極部件的選擇與設(shè)計(jì)

(3)避免大陰極小陽極的組合

(4)施工時(shí)在接觸處采用絕緣措施

(5)采用涂層保護(hù)

(6)采用電化學(xué)方法

(7)在封閉系統(tǒng)，添加緩蝕劑

1.設(shè)計(jì)和組裝

?盡量選擇在電偶序中位置靠近的金屬組合

?避免“大陰極-小陽極”的組合結(jié)構(gòu)

?不同金屬部件之間采取應(yīng)絕緣

?陽極部件設(shè)計(jì)為易于更換、且價(jià)廉的材料

?使用介質(zhì)不一定有現(xiàn)成的電偶序，需要預(yù)

先試驗(yàn)

2.涂層或鍍層

-在金屬上使用金屬涂鍍層和非金屬涂層，不要

僅把陽極性材料覆蓋起來，應(yīng)同時(shí)將陰極性材

料一起覆蓋。

-如果只涂覆于陽極上，由于涂層多孔性或局部

剝落，則導(dǎo)致小陽極-大陰極組合

-金屬鍍層：在兩種金屬表面鍍同一種金屬鍍層

3.陰極保護(hù)

可采用外加電源對(duì)整個(gè)設(shè)備施行陰極保護(hù)

可以安裝一塊電位比兩種金屬更負(fù)的第三

種金屬使它們都變?yōu)殛帢O

4.緩蝕劑

在允許條件下，向介質(zhì)加入緩蝕劑

鋼+銅接觸的封閉熱水系統(tǒng)，加入適當(dāng)

水溶性緩蝕劑

2?點(diǎn)蝕

點(diǎn)蝕，又稱孔蝕，是一種腐蝕集中于金屬表面很

小范圍內(nèi)，并深入到金屬內(nèi)部的腐蝕形態(tài)。

?點(diǎn)蝕的危害：

/點(diǎn)蝕導(dǎo)致金屬的失重非常小，由于陽極面積

很小，局部腐蝕速度很快，常使設(shè)備和管壁穿

孔，從而導(dǎo)致突發(fā)事故。

/對(duì)孔蝕的檢查比較困難

蝕孔尺寸很小，且經(jīng)常被腐蝕產(chǎn)物遮蓋

/是破壞性和隱患性最大的腐蝕形態(tài)。

點(diǎn)蝕的形態(tài)

?1mm?

a）窄深形b）橢圓形c）寬淺形d）空洞形

e）底切形f）水平形g）垂直形

點(diǎn)蝕發(fā)生的條件

滿足材料、介質(zhì)和電化學(xué)三個(gè)方面的條件

1.點(diǎn)蝕多發(fā)生在表面容易鈍化的金屬材料上或表面

有陰極性鍍層的金屬上

如不銹鋼、A1及A1合金，或如鍍Sn、Cu或Ni的碳鋼表面

?當(dāng)鈍化膜或陰極性鍍層局部發(fā)生破壞時(shí)，破壞區(qū)

的金屬和未破壞區(qū)形成了大陰極、小陽極的“鈍化-

活化腐蝕電池”，使腐蝕向基體縱深發(fā)展而形成蝕

點(diǎn)蝕發(fā)生的條件

2.點(diǎn)蝕發(fā)生于有特殊離子的腐蝕介質(zhì)中

?不銹鋼對(duì)鹵素離子特別敏感

?順序：Cr>Br->I~

?這些陰離子在金屬表面不均勻吸附易導(dǎo)致鈍化膜

的不均勻破壞，誘發(fā)點(diǎn)蝕。

點(diǎn)蝕發(fā)生的條件

3.點(diǎn)蝕發(fā)生在特定臨界電位以上(點(diǎn)蝕電位或破裂

電位Eb)

當(dāng)E>Eb時(shí)，點(diǎn)蝕迅速發(fā)

生和發(fā)展

當(dāng)Eb〈E〈Ep時(shí)，不產(chǎn)生新

的蝕孔，但已有的蝕孔

可繼續(xù)發(fā)展

當(dāng)EvEp時(shí)，不發(fā)生點(diǎn)蝕

?E］、越高，耐點(diǎn)蝕性能越高；ErEvEp時(shí)，越接近，鈍化膜修

復(fù)能力越強(qiáng)

點(diǎn)蝕機(jī)理

點(diǎn)蝕的形成可分為成核和生長（發(fā)展）兩個(gè)階段。

第一階段：點(diǎn)蝕成核（發(fā)生）

?鈍化膜破壞（成相膜和吸附理論）

?敏感形核位置

孕育期

鈍化膜破壞理論（成相膜理論）

?當(dāng)電極陽極極化時(shí)，鈍化膜中的電場強(qiáng)度增加

?吸附在鈍化膜表面上的腐蝕性陰離子（如C「離子）

因其離子半徑較小而在電場的作用下進(jìn)入鈍化膜

?鈍化膜局部變成了強(qiáng)烈的感應(yīng)離子導(dǎo)體

?鈍化膜在該點(diǎn)上出現(xiàn)了高的電流密度，使陽離子雜

亂移動(dòng)而活躍起來

?當(dāng)鈍化膜-溶液界面的電場強(qiáng)度達(dá)到某一臨界值

時(shí)，就發(fā)生了點(diǎn)蝕

?鈍化膜破壞理論（吸附膜理論）

-蝕孔的形成是陰離子（如C1-離子）與氧的競爭吸附的結(jié)

果。

-在去氣溶液中金屬表面吸附是由水形成的穩(wěn)定氧化物

離子。一旦氯的絡(luò)合離子取代穩(wěn)定氧化物離子，該處

吸附膜被破壞，而發(fā)生點(diǎn)蝕

-點(diǎn)蝕的破裂電位Eb是腐蝕性陰離子可以可逆地置換金屬

表面上吸附層的電位。當(dāng)E>Eb時(shí)，氯離子在某些點(diǎn)競

爭吸附強(qiáng)烈，該處發(fā)生點(diǎn)蝕。

?點(diǎn)蝕敏感位置：

金屬材料表面組織和結(jié)構(gòu)的不均勻性使表面鈍化膜的某

些部位較為薄弱，從而成為點(diǎn)蝕容易形核的部位:

晶界、夾雜、位錯(cuò)和異相組織。

-點(diǎn)蝕的孕育期：

口從金屬與溶液接觸到點(diǎn)蝕產(chǎn)生的這段時(shí)間

口孕育期隨溶液中C「濃度增加和電極電位的升高而縮短。

口Engell等發(fā)現(xiàn)低碳鋼發(fā)生點(diǎn)蝕的孕育期T的倒數(shù)與濃度

呈線性關(guān)系：

-=k[Cl-]

r

口片-常數(shù)，[C「]在一定臨界值以下，不發(fā)生點(diǎn)蝕

第二階段：點(diǎn)蝕的生長（發(fā)展）

?蝕孔發(fā)展階段：

?蝕孔內(nèi)部的電化學(xué)條件發(fā)生了顯著的改變，對(duì)蝕孔的生長

有很大的影響，因此蝕孔一旦形成，發(fā)展十分迅速

?蝕孔發(fā)展的主要理論是以“閉塞電池”的形成為基礎(chǔ)，并進(jìn)

而形成“活化?鈍化腐蝕電池”的自催化理論

?閉塞電池的形成條件：

(a)具備阻礙液相傳質(zhì)過程的幾何條件

?如在孔口腐蝕產(chǎn)物的塞積可在局部造成傳質(zhì)困難

?縫隙及應(yīng)力腐蝕的裂紋也都會(huì)出現(xiàn)類似的情況；

(b)存在導(dǎo)致局部不同于整體的環(huán)境

(c)存在導(dǎo)致局部不同于整體的電化學(xué)和化學(xué)反應(yīng)

?點(diǎn)蝕一旦發(fā)生，蝕孔內(nèi)外就會(huì)發(fā)生一系列變化!

1.蝕孔外金屬處于鈍化態(tài)：

陽極過程：M-

陰極過程：。2+電。+4巳-40H-供氧充分

蝕孔內(nèi)金屬處于活性溶解態(tài)：

陽極過程：M-M"+〃e

陰極過程：。2+出0+46-40H一氧擴(kuò)散困難-扶氧

吸氧反應(yīng)——孔內(nèi)扶氧、孔外富氧

——供氧差異電池

2.孔內(nèi)金屬離子濃度增加

吸引CI-向內(nèi)遷移：3~10倍；

金屬離子水解：+〃（4°）-川（0"）〃+M

氫離子濃度升高，pH下降（2?3）,孔內(nèi)嚴(yán)重酸化

3,孔內(nèi)介質(zhì)：HCI,金屬處于活化溶解態(tài)''VLX

孔外富氧：表面維持鈍化態(tài)；

——活化（孔內(nèi)）-鈍化（孔外）腐蝕電池，自催化

不銹鋼在充氣NaCI溶液中的孔蝕

?孔內(nèi)反應(yīng)：Fe-Fe?++2e

Cr-Cr3++3e.Ni-Ni2++2e

?孔外反應(yīng):

飩化?

(M)

O)+2HQ+4e-40H-

■陰陽極彼此分離，二次腐蝕產(chǎn)物

在孔口形成，不起保護(hù)作用

Fe+OH-Fe(OH)2-Fe(OH)3

多孔的蘑菇狀，罩在蝕孔口

不銹鋼在充氣NaCI溶液中的孔蝕

?孔口介質(zhì)的pH逐漸升高，水中可溶性鹽轉(zhuǎn)化為沉淀:

Ca(HCO3)2-CaCO31

?銹層+垢層在孔口沉積一形成閉塞電池

?孔內(nèi)介質(zhì)呈滯流狀態(tài)

?溶解氧不易向內(nèi)擴(kuò)散

孔內(nèi)金屬難以鈍化

?金屬離子不易向外擴(kuò)散

金屬離子增加，氯離子遷入以維持

電中性，形成氯化物(FeCL)

不銹鋼在充氣NaCI溶液中的孔蝕

?高濃氯化物水解，孔內(nèi)酸度增

力口，促使陽極溶解加快

MC12+2H2OfM(OH)2+2H-+2C/-

?孔內(nèi)氯化物濃縮，進(jìn)一步水

解,酸度進(jìn)一步增加(pH~0)

?陽極加速溶解-蝕孔高速深化

?由于閉塞電池引起孔內(nèi)酸化加速腐蝕的作用

——自催化酸化作用

影響點(diǎn)蝕的因素

(1)材料因素

(2)環(huán)境因素

(1)材料因素

能夠鈍化的金屬容易發(fā)生點(diǎn)蝕，故不銹鋼比碳鋼對(duì)點(diǎn)蝕的

敏感性高。金屬鈍態(tài)愈穩(wěn)定，抗孔蝕性能愈好?？孜g最容

易發(fā)生在鈍態(tài)不穩(wěn)定的金屬表面。

?對(duì)不銹鋼，Cr、Mo和N有利于提高抗點(diǎn)蝕能力。

另外，S、P、C等元素不利于提高抗孔蝕能力。

?表面狀態(tài)：表面光滑和清潔不易發(fā)生點(diǎn)腐蝕

?熱處理狀態(tài)：生成沉淀相，易發(fā)生點(diǎn)腐蝕

(2)環(huán)境因素

?活性離子能破壞鈍化膜，引發(fā)點(diǎn)蝕。

一般認(rèn)為，金屬發(fā)生點(diǎn)蝕需要cr濃度達(dá)到某個(gè)最低值

(臨界氯離子濃度)o這個(gè)臨界濃度可以作為比較金屬材料

耐蝕性能的一個(gè)指標(biāo)，臨界濃度高，金屬耐點(diǎn)蝕性能好。

?緩蝕性陰離子

緩蝕性陰離子可以抑制點(diǎn)蝕的發(fā)生。

2

OH->N03->S04->ClOf

(2)環(huán)境因素

?pH值

在較寬的pH值范圍內(nèi)，點(diǎn)蝕電位Eb與溶液pH值關(guān)系不大。

當(dāng)pH>10,隨pH值升高，點(diǎn)蝕電位增大，即在堿性溶液

中，金屬點(diǎn)蝕傾向較小。

?溫度

溫度升高，金屬的點(diǎn)蝕傾向增大。當(dāng)溫度低于某個(gè)溫度，

金屬不會(huì)發(fā)生點(diǎn)蝕。這個(gè)溫度稱為臨界點(diǎn)蝕溫度(CPT),

CPT愈高，則金屬耐點(diǎn)蝕性能愈好。

?溶液流速

介質(zhì)處于流動(dòng)狀態(tài)，點(diǎn)蝕速率比介質(zhì)靜止時(shí)小

控制點(diǎn)蝕的措施

(1)選擇耐蝕合金

?近年來發(fā)展了很多含有高含量Cr、M。及N以及低含量S

和C雜質(zhì)的奧氏體不銹鋼

?雙相鋼和高純鐵素體不銹鋼抗點(diǎn)蝕性能良好

?Ti和Ti合金具有最好的耐點(diǎn)蝕性能

(2)改善介質(zhì)條件

?降低C「含量

?降低介質(zhì)溫度

?增加介質(zhì)流速

控制點(diǎn)蝕的措施

(3)電化學(xué)保護(hù)

■使電位低于Eb，最好低于E

ED,使不銹鋼處于穩(wěn)定鈍.

P八

化區(qū)。

這稱為鈍化型陰極保護(hù)，?

應(yīng)用時(shí)要特別注意嚴(yán)格控

制電位。

(4)緩蝕劑的應(yīng)用

在循環(huán)體系中可以添加緩蝕劑，如磷酸鹽、銘酸鹽等

4.5縫隙腐蝕

?定義：CreviceCorrosion

-在金屬與金屬及金屬和非金屬之間構(gòu)成狹窄的縫

隙內(nèi)，有電解質(zhì)溶液存在，介質(zhì)的遷移受到阻滯

時(shí)產(chǎn)生的一種局部腐蝕形態(tài)

?縫隙腐蝕發(fā)生的幾何條件

-縫隙

-寬到溶液能夠流入縫隙內(nèi)

-窄到能維持液體在縫內(nèi)停滯

一最敏感的縫寬約為0.025-0.1mm。

縫隙種類

?機(jī)器和設(shè)備上的結(jié)構(gòu)縫隙

■固體沉積（泥沙、腐蝕產(chǎn)物等）與金屬基體形成的縫

隙。

?金屬表面的保護(hù)模（如瓷漆、清漆、磷化層、金屬

涂層）與金屬基體之間形成的縫隙。

Exampleo<c?ev?cecorrosioncrevices

anvetedx>ni

在自由縣面上的點(diǎn)蝕

在螺母下的紋球埼蝕

縫隙腐蝕特征

1.可發(fā)生在所有的金屬和合金上，特別容易發(fā)生

在靠鈍化耐蝕的金屬材料表面。

2.介質(zhì)可以是任何酸性或中性的侵蝕性溶液，而

含有C「的溶液最易引發(fā)縫隙腐蝕。

3.與點(diǎn)蝕相比，縫隙腐蝕更容易發(fā)生。當(dāng)Eb〈E〈Ep

時(shí)，原有的蝕孔可以發(fā)展，但不會(huì)產(chǎn)生新的蝕

孔；而縫隙腐蝕在該電位區(qū)間內(nèi)，既能發(fā)生，

又能發(fā)展?？p隙腐蝕的臨界電位比點(diǎn)蝕電位低。

-縫隙腐蝕機(jī)理

?腐蝕前

?縫內(nèi)外的金屬表面發(fā)生相同的陰、陽極反應(yīng)

?陽極反應(yīng)：MfM"+ne

?陰極反應(yīng)：J.+〃0+2ef20H-

-腐蝕起始階段2

?縫內(nèi)缺氧，縫外富氧，形成了“供氧差異電池”

-腐蝕加速階段

?縫隙幾何形狀及產(chǎn)物堆積形成“閉塞電池”

?“閉塞電池”引起的酸化自催化作用

?縫隙腐蝕機(jī)理

1-在整個(gè)表面均勻發(fā)生陽極和陰極反應(yīng)

?縫隙腐蝕機(jī)理

2-縫隙內(nèi)氧濃度降低，氧還原反應(yīng)終止；

縫隙外供氧充分，氧還原反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行

構(gòu)成氧濃差電池！縫內(nèi)陽極，縫外陰極

?縫隙腐蝕機(jī)理

3—縫隙內(nèi)M—縫隙外汕+HS+2e->2OH-

?大陰極■小陽極：縫隙內(nèi)腐蝕電流密度很大

?在縫隙口容易形成二次腐蝕產(chǎn)物沉淀一閉塞電池

?縫隙腐蝕機(jī)理

4-閉塞電池形成：

?縫隙內(nèi)金屬離子難以遷出，正電荷過剩

?吸引縫隙外C卜進(jìn)入縫隙，以保持電荷平衡

?縫隙腐蝕機(jī)理

5-縫隙內(nèi)高濃度氯化物水解

n+

M+nd-+IIH2O->M(C)Hk+nHCl

?縫隙內(nèi)介質(zhì)嚴(yán)重酸化，pH、3,加速陽極溶解

?縫隙腐蝕機(jī)理

6-陽極加速溶解，又引起更多C1-遷入，氯化物濃度增加，氯

化物水解又使介質(zhì)進(jìn)一步酸化，又使陽極溶解：往復(fù)循環(huán)

?形成閉塞電池內(nèi)的自催化溶解過程

*0H

*0H

*CICl'

M+

Cl

Cl+

0202MCl

Cl

'?1

初期階段后期階段

金屬在海水中（中性氯化物溶液）縫隙腐蝕

影響因素

縫隙的幾何因素

-縫隙腐蝕與縫外面積有關(guān)

-外部面積增大，縫內(nèi)腐蝕嚴(yán)重

60

-縫外?縫內(nèi)：大陰極■■小陽極

55*

)也

篋

S1?

0.1/11/110/1100/11000/1

縫隙外內(nèi)面積比

影響因素

?環(huán)境因素

1.溶液中溶解的氧濃度：

-氧濃度增加，縫外陰極還原反應(yīng)更易進(jìn)行，縫隙腐蝕加劇

2.溶液中C「濃度：

?CL濃度增加，電位負(fù)移，縫隙腐蝕加速

3.溫度：

?溫度升高加速陽極反應(yīng)

?在敞開系統(tǒng)的海水中，80c達(dá)到最大腐蝕速度，高于80c時(shí)，由

于溶液的溶氧下降，縫隙腐蝕速度下降。

?在含氯離子的介質(zhì)中，各種不銹鋼存在一個(gè)臨界縫隙腐蝕溫度

影響因素

?環(huán)境因素

4.pH:

-只要縫外金屬能夠保持鈍態(tài)，pH降低，縫隙腐蝕量增

力口。

5.腐蝕介質(zhì)的流速：

-流速有正、反兩個(gè)方面的作用

-當(dāng)流速適當(dāng)增加時(shí)，增大了縫外溶液的含氧量，縫隙

腐蝕加重

-對(duì)于由沉積物引起的縫隙腐蝕，流速加大，可能將沉

積物沖掉，縫隙腐蝕減輕

縫隙腐蝕控制措施

1.合理設(shè)計(jì)：避免縫隙的形成最能有效地預(yù)防縫

隙腐蝕的發(fā)生。

2.選材：根據(jù)介質(zhì)的不同選擇適合的材料可以減

輕縫隙腐蝕。

3.電化學(xué)保護(hù)：陰極保護(hù)有助于減輕縫隙腐蝕。

4,應(yīng)用緩蝕劑：采用足量的磷酸鹽、輅酸鹽和亞

硝酸鹽的混合物，對(duì)鋼、黃銅和Zn結(jié)構(gòu)是有效

的，也可以在結(jié)合面上涂有加緩蝕劑的油漆。

合理設(shè)計(jì)

川|密封科

碎隙公積液

和枳聚板工

L1

(a)墊圈在零件邊緣凸出，墊圈下易形成縫隙腐蝕

(b)墊圈小時(shí)，易形成臟物下的縫隙腐蝕

(c)尺寸大小合適

(d)與加緩蝕劑的瑪蹄脂層相結(jié)合的墊圈

(e)環(huán)形密封圖

<b)<c)

<e)

?孔蝕和縫隙腐蝕的比較

相似：成長機(jī)理一致一閉塞電池

?由于幾何形狀或腐蝕產(chǎn)物在縫隙、蝕坑或裂紋出口處的堆

積，使腐蝕介質(zhì)流動(dòng)的通道閉塞

■腐蝕介質(zhì)擴(kuò)散受阻，使腔內(nèi)介質(zhì)組分、濃度和pH值與整體

介質(zhì)差異很大，形成閉塞電池

?孔蝕和縫隙腐蝕的比較

不同：形成過程不同

?縫隙腐蝕：

?腐蝕前縫隙已經(jīng)存在，腐蝕一開始就是閉塞電池作用,

閉塞程度大

?由于介質(zhì)的濃差引起

?形態(tài)廣而淺

?更易發(fā)生

?點(diǎn)蝕：

?腐蝕過程逐漸形成蝕坑（閉塞電池），而后加速腐蝕

?由于鈍化膜的破壞引起

3.晶間腐蝕

?IntergranularCorrosion

金屬材料在特定的腐蝕介質(zhì)中沿著材料的晶粒邊

界或晶界附近發(fā)生腐蝕，使晶粒之間喪失結(jié)合力的

一種局部破壞的腐蝕現(xiàn)象。

發(fā)生晶間腐蝕的電化學(xué)條件

(1)內(nèi)因

——晶粒和晶界區(qū)的組織不同，電化學(xué)性質(zhì)存在顯著差異。

(2)外因

——晶粒和晶界的差異要在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境下才能顯露出來。

晶間腐蝕的特點(diǎn)

?危害性很大

-宏觀上可能沒有任何明顯的變化

-但材料的強(qiáng)度幾乎完全喪失

-經(jīng)常導(dǎo)致設(shè)備的突然破壞

?應(yīng)力腐蝕開裂的起源

-晶間腐蝕常常會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)檠鼐?yīng)力腐蝕開裂，成為應(yīng)力腐

蝕裂紋的起源

?有效利用

-在極端的情況下，可以利用材料的晶間腐蝕過程制造合

金粉末

晶間腐蝕的原因

?金屬和合金處于特定的腐蝕介質(zhì)中時(shí)，晶界

和晶粒本體就會(huì)顯現(xiàn)出不同的電化學(xué)特性。

?晶界和晶粒的電化學(xué)不均勻性，構(gòu)成腐蝕原

電池

-晶界為陽極

-晶粒為陰極

?由于晶界的面積很小，構(gòu)成“小陽極-大陰極力

晶間腐蝕機(jī)理

1.貧Cr理論一晶界碳化物析出

(Fe,Cr)23Q

為什么Ni-Cr不銹鋼敏化處理貧銘區(qū)

后出現(xiàn)嚴(yán)重的晶間腐蝕？

敏化處理（427-816度保溫緩冷）

——晶界析出連續(xù)的M23c6的碳化

物，使晶界產(chǎn)生嚴(yán)重的貧Cr區(qū)。

1.貧Cr理論一晶界碳化物析出

?碳化物沿晶界析出并進(jìn)一步生(Fe,Cr)23a

長貧銘區(qū)

—C和Cr依靠由晶內(nèi)向晶界獷散

-C擴(kuò)散,Cr:固溶體內(nèi)幾乎所

有的C都用于生成碳化物，只有

晶界附近的Cr能參與碳化物的

生成反應(yīng)

一在晶界附近形成一條貧Cr帶，

Cr含量低于發(fā)生鈍化所需的

12%0

1.貧Cr理論一晶界碳化物析出

一貧帶的「含量低

CrC(Fe,Cr)23c6

一在弱氧化性介質(zhì)中：貧銘區(qū)

?晶界貧C「區(qū)為處于活化狀

態(tài)的陽極區(qū)，快速溶解

?不貧C「的晶粒內(nèi)處于鈍化

的陰極區(qū)

一貧Cr區(qū)為小陽極，晶粒內(nèi)為大

陰極，腐蝕速度顯著加快

一貧C「區(qū)：150?200nm(18-8)

1.貧C「理論一晶界碳化物析出

?鐵素體不銹鋼

一晶界上析出Cr的C、N化物，(Cr,Fe)7c3

-C、N在鐵素體中固溶度更小，Cr在鐵素體中擴(kuò)散速度

更大——Cr的C、N化物容易在晶界析出

?高強(qiáng)鋁合金(Al-Cu,Al-Cu-Mg)

-工業(yè)大氣、海洋大氣、海水環(huán)境

-晶界析出CuA｝或Mg2A卜——形成貧Cu或貧Mg區(qū)

?鎮(zhèn)基合金

-Ni-Mo:沿晶界析出Ni7M。6——貧Mo

2.陽極相理論一晶界。相析出并溶解

超低碳不銹鋼（由于碳化物析出引起的品間腐蝕減少），特

別是高Cr、Mo鋼在650-850在受熱后,在強(qiáng)氧化性介質(zhì)中

仍會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕。

2

?在晶界形成了由FeCr或MoFe金W

H

屬間化合物組成的D相S

)

A

/

?在過鈍化-即強(qiáng)氧化的條件下，Q

G相發(fā)生嚴(yán)重的選擇性溶解。包

出

?Cr、Mo、Nb、Ti會(huì)促使。相形

比00.10.20.3

取電流密度HAcm2

3.吸附理論一雜原子在晶界吸附

超低碳18Cr?9Ni不銹鋼在1050C固溶處理后，在強(qiáng)氧化

性介質(zhì)中（如硝酸加重絡(luò)酸鹽）中也會(huì)出現(xiàn)晶間腐蝕，無法

用前面兩個(gè)理論解釋。

P和Si等在晶界發(fā)生吸附，使得品界的電化學(xué)特性發(fā)生了

改變

o.ll

o.nu?1).01*0JLO5.0

6

C和P對(duì)14Cr-4Ni鋼在5mol/LHNO3+4g/LCr+Si對(duì)14Cr-4Ni鋼在5mol/LHNO3+4g/LC2+

溶液中腐蝕速度的影響溶液中腐蝕速度的影響

4.應(yīng)力論

晶間腐蝕趨勢源于第二相沉淀時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。

具有巨大內(nèi)應(yīng)力的畸變區(qū)在腐蝕介質(zhì)中顯示為優(yōu)先溶解

的陽極行為。

快冷和退火處理可以減少第二相的生成，從而抑制了晶

間腐蝕

影響因素

?加熱溫度和時(shí)間-ITS(Temperature-Time-Sensitivity)曲線

?750℃以上時(shí):

0

0析出不連續(xù)顆粒，Cr擴(kuò)散也

(K

0容易，不產(chǎn)生晶間腐蝕；

口90

/870g

胡?600-700C之間：

強(qiáng)

炮o

S60析出網(wǎng)狀Cr23c6，晶間腐蝕

00最嚴(yán)重；、

O

?低于6()()℃:

400

0.0150.151.5151501500Cr.C擴(kuò)散緩慢，需要更長

時(shí)間/h時(shí)間才能形成碳化物，晶間

18Cr9Ni不銹鋼晶界Cr23c6沉淀與晶間腐蝕的關(guān)

系。0.05。。。、1250c國溶，H,SOjIC11SO4溶液腐蝕減弱；

?低于450C:難于晶間腐蝕。

影響因素

?合金成分

?C:

奧氏體不銹鋼中含碳量越高，產(chǎn)生晶間腐蝕傾向的加熱溫度

和時(shí)間范圍獷大，TTS曲線左移，晶間腐蝕傾向越大。

?Cr、Mo

Cr、Mo含量增高，降低C的活度，減輕晶間腐蝕傾向；

?Ni、Si

Ni、Si等非碳化物形成元素，提高C的活度，降低C在奧氏

體中的溶解度，促進(jìn)C的擴(kuò)散和碳化物的析出。

影響因素

?合金成分

?Ti、Nb：

Ti和Nb是非常有益的元素。

Ti和Nb與C的親合力大于Cr與C的親合力，在高溫下先于Cr

形成穩(wěn)定的TiC和NbC,從而大大降低了鋼中的固溶C量，使

Cr23c6難以析出。

Ti和Nb使TTS曲線右移，降低晶間腐蝕傾向。

?B:

在不銹鋼中力口入0.004-0.005%的B可使TTS曲線右移

B在晶界的吸附減少了C、P在晶界的偏聚

控制措施

1.降低含碳量：

低碳不銹鋼，甚至是超低碳不銹鋼，可有效減少碳化物析出造成的

品間腐蝕。

早期：18C「-9Ni:0.20%C,極易晶間腐蝕

后期:C:0.08%-0.03%

2.合金化：

在鋼中加入Ti或Nb,析出TiC或NbC,避免貧Cr區(qū)的形成。

通過調(diào)整鋼的成分,形成雙相不銹鋼,如在奧氏體中加入5~10%

的鐵素體。由于相界的能量更低，碳化物擇優(yōu)在相界析出，從而減

少了在晶界的沉淀。

控制措施

3.適當(dāng)?shù)臒崽幚?/p>

對(duì)含碳量較高(0.06-0.08%)的奧氏體不銹

鋼，要在1050-1100℃進(jìn)行固溶處理；

對(duì)鐵素體不銹鋼在700-80CTC進(jìn)行退火處理；

力口Ti和Nb的不銹鋼要經(jīng)穩(wěn)定化處理。

不銹鋼焊縫腐蝕

?固溶處理的奧氏體不銹鋼

?腐蝕區(qū)

-母材板上離焊縫有一定距離的一條帶上

?原因

?焊接過程中，該帶上

經(jīng)受了敏化加熱，引

起Cr的碳化物析出

不銹鋼刀線腐蝕

?加Ti、Nb穩(wěn)定化處理的不銹鋼

?腐蝕區(qū)

-在臨近焊縫的金屬窄帶上發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕而成為深溝

?原因

-焊接時(shí)，臨近焊縫處與熔融金屬接觸，溫度達(dá)950?

1400℃,鋼中的M23c6、TiC、NbC全部溶解

一二次加熱時(shí)（雙面焊、焊后退火），又重新沿晶界沉

淀：貧Cr或枝晶MC溶解焊曜腐蝕，憚縫、刀片腐仁

剝蝕

—概念

剝蝕又稱層蝕，腐蝕沿平行于表面的平面（晶界）萌

生，逐步發(fā)展，最終使金屬剝落基體，呈現(xiàn)層狀形貌。

—原理

金屬具有層狀晶粒結(jié)構(gòu)，由于腐蝕體積膨脹效應(yīng)，沿

晶界產(chǎn)生壓應(yīng)力，隨著應(yīng)力增加，使片狀晶粒膨脹鼓

起，最終使表面剝落。

4.9剝蝕

——產(chǎn)生剝蝕的條件

（1）合金具有晶間腐蝕傾向

（2）合金具有一定的層狀結(jié)構(gòu)

（3）適當(dāng)?shù)母g介質(zhì)，如氨類、N03-＞隨等

——?jiǎng)兾g的控制方法

（1）改用沒有層蝕的合金

（2）使用熱處理方法，減小晶間腐蝕

（3）采用表面保護(hù)措施

（4）采用犧牲陽極的陰極保護(hù)方法

4.選擇性腐蝕

?定義：Dealloying

指在多元合金中較活潑組分的優(yōu)先溶解，這個(gè)過程是由

于合金組分的電化學(xué)差異而引起的.

?特點(diǎn)：

在二元或多元合金中，較貴的金屬為陰極，較賤的金屬

為陽極，構(gòu)成成分差異腐蝕原電池，貴的金屬保持穩(wěn)定或

與較活潑的組分同時(shí)溶解后再沉積在合金表面，而較賤的

金屬發(fā)生溶解。

?比較典型的選擇性腐蝕是黃銅脫鋅和鑄鐵的石墨化腐蝕。

黃銅脫鋅

?黃銅：Cu-Zn合金

-力口Zn可提高Cu的強(qiáng)度和耐沖蝕性能

-隨Zn含量的增加，脫鋅腐蝕和應(yīng)力腐蝕將變得嚴(yán)重

-黃銅脫鋅即是Zn被選擇性溶解，留下了多孔的富Cu區(qū)

-導(dǎo)致合金強(qiáng)度大大下降

?脫鋅形態(tài)

-均勻型或?qū)訝罡g

?Zn含量較高的合金，酸性介質(zhì)

-塞狀脫鋅

?Zn含量較低的黃銅，中性、堿性和弱酸介質(zhì)

?海水熱交換器

o0O

表面腐蝕產(chǎn)物

(a)層狀脫鋅(b)帶狀脫鋅銅栓(c)栓狀脫鋅

斷面

黃銅脫鋅類型

影響因素

?Zn含量的影響

-a黃銅（Zn在Cu中的固溶體合金）

?Zn<15%.紅銅，換熱器，不發(fā)生脫鋅

?Zn30-33%,制作彈殼

-a+B黃銅（P:CuZn金屬間化合物）

?Zn38-47%

?加工性能好，熱交換器，脫鋅較嚴(yán)重

-導(dǎo)致合金強(qiáng)度大大下降

溫度對(duì)三種黃銅腐蝕的影響

腐

蝕

深

度

m

yp

(

根

據(jù)

抗

拉

強(qiáng)

度

下

降

算

出

)

機(jī)理解釋

(1)鋅的選擇性溶解

這種理論認(rèn)為，黃銅表而的鋅原子發(fā)生選擇性溶解,

留下空位，稍里面的鋅原子通過擴(kuò)散到發(fā)生腐蝕的

位置，繼續(xù)發(fā)生溶解，結(jié)果留下疏松多孔的銅層。

(2)溶解一沉積

這種理論認(rèn)為銅和鋅以金屬離子形式一起進(jìn)入溶液，銅離子

再發(fā)生還原以純銅的形式沉積出來(稱為回鍍)。

(1)黃銅溶解

(2)Zn離子留在溶液中

(3)Cu鍍回基體上

?陽極反應(yīng)：Zn-*Zn2++2e.Cu-?Cu++e

?陰極反應(yīng)：O2+2H2O+4e-40H-

?Zn2+留在溶液中，而Cu+與溶液中氯化物作用形成Cu2cU，并分解:

Cu2cl2TCu+CuCI2

?Cu2+參加陰極反應(yīng)Cu2++2e-CuCu又沉淀到基體上

?總的效果是Zn溶解，留下多孔的Cu

防止脫鋅的措施

?改善環(huán)境

——脫氧或陰極保護(hù)

?選用對(duì)脫鋅不敏感的黃銅

——紅黃銅（含Zn小于15%）

?在a黃銅中假如抑制脫鋅元素

----碑、睇、磷

?石墨化腐蝕

?灰口鑄鐵中的石墨以網(wǎng)絡(luò)狀分布在鐵素體中，在介質(zhì)為

鹽水、礦水、土壤（尤其是含有硫酸鹽的土壤）或極稀的

酸性溶液中，發(fā)生了鐵基體的選擇性腐蝕，而石墨沉積在

鑄鐵的表面，鑄鐵被“石墨化”了。

?在鑄鐵的石墨化腐蝕中，石墨對(duì)鐵為陰極，形成了高效

原電池，鐵被溶解后，成為石墨、孔隙和鐵銹構(gòu)成的多孔

體，使鑄鐵失去了強(qiáng)度和金屬性。

氫損傷

——概念

金屬材料中由于氫的存在或氫與金屬相互作用，造成材料

力學(xué)性能變壞的總稱

——分類?氫的來源：內(nèi)氫和外氫；

(1)氫鼓泡

?氫的存在形式：H原子、離子、分子、氫化物、

⑵氫脆

氣團(tuán)等；

⑶脫碳

?氫的分布：應(yīng)力集中的位錯(cuò)、裂紋尖端處。

(4)氫蝕

?內(nèi)氫

-材料使用前，內(nèi)部已經(jīng)存在的氫

-冶煉過程：爐中水分分解成氫進(jìn)入液態(tài)金屬

?水蒸汽，礦石、造渣原料、合金原料及耐火材料，

鐵銹——鋼中的白點(diǎn)

-加工過程：熱處理、酸洗、電鍍、焊接

?焊接：局部冶煉。焊條中的水分分解o焊接冷裂紋

?酸洗：部分表層金屬+酸。氫進(jìn)入金屬o裂紋或鼓

泡

?電鍍：存在析氫過程

?外氫（環(huán)境氫）

-金屬表面產(chǎn)生活性氫原子進(jìn)入金屬中

-材料在使用過程中與含氨介質(zhì)接觸或進(jìn)行陰極析氫反應(yīng)吸

收的氫

-%或H2s氣體

?石化工業(yè)中的反應(yīng)塔、水堞發(fā)生器.油氣管道等

?物理吸附一分解成原子氮一化學(xué)吸沿一溶解在金屬中

-水溶液：析氫反應(yīng)

-濕空氣

氫鼓泡

?金屬表面吸附氫。向內(nèi)部擴(kuò)散

?過飽和氫原子在缺陷位置（夾雜、空穴）富集刀

形成氫分子

?在局部區(qū)域造成很高的氫壓O形成內(nèi)部裂紋

?若內(nèi)部裂紋正好位于表面下方O外層金屬就會(huì)向

上突出B形成表面鼓泡O使鋼材撕裂

氫鼓泡機(jī)理

.sas)

氫鼓泡防止方法

?除去致氫的毒素

?選用無空穴的鎮(zhèn)靜鋼

?采用氫不易滲透的奧氏體不銹鋼或銀襯里或非金屬襯里

?加入緩蝕劑

氫脆

（一）可逆氫脆

含氫金屬在變形過程中的初期階段，氫濃度較抵，且尚未形

成裂紋前，去除載荷，靜置一段時(shí)間后高速變形，材料的塑

性可以的恢復(fù)，這種應(yīng)力去除后脆性消失——可逆氫脆。

*通常含氫金屬在高速變形時(shí)并不顯示脆性

（二）不可逆氫脆

＞含氫金屬隨著應(yīng)力作用，氫向應(yīng)力集中處富積，當(dāng)氫濃度

超出臨界值時(shí)沉淀出氫化物；

＞應(yīng)力誘發(fā)氫化物相變。只在低應(yīng)變速率下出現(xiàn)，并導(dǎo)致脆

性斷裂；

＞一旦出現(xiàn)氫化物，即使卸載除氫，塑性也不能恢復(fù)——不

可逆氫脆

氫脆

特點(diǎn)

1.時(shí)間上屬于延遲斷裂；

2.對(duì)氫含量敏感；

3.對(duì)缺口敏感；

4.室溫下敏感；

5.發(fā)生在低應(yīng)變速率下

6.裂紋擴(kuò)展的不連續(xù)性

7.裂紋源一般不在表面,裂紋較少有分支現(xiàn)象

氫脆

機(jī)理仍不十分清楚

1.氫分子積聚造成巨大內(nèi)壓；

2.吸附氫后使表面能降低；

3.影響原子鍵結(jié)合力，促進(jìn)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng);

4.生成脆性氫化物；

5.高溫下，氫還能造成脫碳

氫脆

防護(hù)措施：

1.在容易發(fā)生氫脆的環(huán)境下，避免使用高強(qiáng)鋼，可用

Ni、Cr合金鋼

2.焊接時(shí)采用低氫焊條，保持環(huán)境干燥

3.酸洗液中加入緩蝕劑

4.氫進(jìn)入金屬后，可進(jìn)行低溫烘烤驅(qū)氫，如鋼一般

在90-150度下脫氫

6.應(yīng)力腐蝕

?StressCorrosionCracking—SCC

?受一定拉伸應(yīng)力作用的金屬材料在某些特定的介

質(zhì)中，由于腐蝕介質(zhì)和應(yīng)力的協(xié)同作用而發(fā)生的

脆性斷裂現(xiàn)象。

應(yīng)力腐蝕條件

see需要同時(shí)具備三個(gè)條件:

1.敏感的金屬材料

2.特定的腐蝕介質(zhì)

3,足夠大的拉伸應(yīng)力

特定的材料：不存在應(yīng)力時(shí)，單純的腐蝕作用？No

不存在腐蝕時(shí)，單純的應(yīng)力作用？No

應(yīng)力腐蝕特征

(1)主要是合金發(fā)生see,純金屬極少發(fā)生

(2)對(duì)環(huán)境的選擇性形成了所謂“SCC的材料一環(huán)境組合”

(3)只有拉應(yīng)力才引起SCC,壓應(yīng)力反而會(huì)阻止或延緩SCC

的發(fā)生。

(4)裂縫方向宏觀上和拉引力垂直，其形態(tài)有晶間型，穿

晶型，混合型。

(5)SCC有孕育期，因此SCC的破斷時(shí)間tf可分為孕育期，

發(fā)展期和快斷期三部分。

(6)發(fā)生SCC的合金表面往往存在鈍化膜或其他保護(hù)膜，在

大多數(shù)情況下合金發(fā)生see時(shí)均勻腐蝕速度很小，因此

金屬失重甚微。

產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕破裂的材料-介質(zhì)組合

(局部腐蝕)

金屬或合金腐蝕介質(zhì)

碳鋼和低合金42%Mg02溶液,HCN

鋼

NaCIO溶液，海水,H2s水溶液

奧氏體不銹鋼

氯化物溶液，高溫高壓蒸儲(chǔ)水

銅和銅合金

氨蒸氣，汞鹽溶液，含SO2大氣

銀和饃合金

NaOH水溶液，

蒙乃爾合金

HF酸，氟硅酸溶液

鋁合金

熔融NaCI,NaCI水溶液，海水，水蒸氣，含SO2大氣,

鉛Pb(AC)2溶液

鎂海洋大氣，蒸播水,KCI-K2CrO4溶液

see是典型的滯后性破壞

拉伸應(yīng)力裂紋形核[

一定時(shí)間「電紋而a界擴(kuò)展

_-一個(gè)_______________

一I裂紋達(dá)到臨界尺寸I

；失一斷一

O孕育期—裂紋萌生階段，即裂紋源成核所需時(shí)間，約

占整個(gè)時(shí)間的90%左右；

o裂紋擴(kuò)展期-裂紋成核一臨界尺寸

o快速斷裂期-裂紋達(dá)到臨界尺寸后，由純力學(xué)作用裂

紋失穩(wěn)瞬間斷裂

see是典型的滯后性破壞

?整個(gè)斷裂時(shí)間與材料、介質(zhì)、應(yīng)力有關(guān)

-短則幾分鐘，長可達(dá)若干年

-應(yīng)力降低，斷裂時(shí)間延長

?臨界應(yīng)力。th（臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子&see），在此

臨界值以下，不發(fā)生see

see裂紋形態(tài)

see裂紋分為晶間型、穿晶型和混合型三種

-裂紋的途徑取決于材料與介質(zhì)

-同一材料因介質(zhì)變化，裂紋途徑也可能改變

應(yīng)力腐蝕裂紋的主要特點(diǎn)是：

-裂紋起源于表面

-裂紋的長寬不成比例，相差幾個(gè)數(shù)量級(jí)

-裂紋擴(kuò)展方向一般垂直于主拉伸應(yīng)力的方向一

-裂紋一般呈樹枝狀

see裂紋形態(tài)

。晶間型：裂紋沿晶界擴(kuò)展，如軟鋼、鋁合金、銅合金、鎂合金

o穿晶型：裂紋穿越晶粒擴(kuò)展，如奧氏體不銹鋼、鎂合金

o混合型：鈦合金

see機(jī)理

see機(jī)理分類：

一陽極溶解型機(jī)理

如：奧氏體不銹鋼

——?dú)渲麻_裂型機(jī)理

如：高強(qiáng)度鋼在水介質(zhì)中的開裂

一陽極溶解與氫致開裂的聯(lián)合作用

如：鋁合金的應(yīng)力腐蝕

陽極溶解機(jī)理

?在發(fā)生see的環(huán)境中，金屬表面通常被鈍化膜覆蓋，金

屬不與腐蝕介質(zhì)直接接觸

?當(dāng)鈍化膜遭受局部破壞后，裂紋彩核，并在應(yīng)力作用下

裂紋尖端沿某一擇優(yōu)路徑定向活化溶解，導(dǎo)致裂紋擴(kuò)

展，最終發(fā)生斷裂

-A膜局部破裂導(dǎo)致裂紋形核

-B裂尖定向溶解導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展

-C斷裂

A.膜局部破裂導(dǎo)致裂紋形核

鈍化膜局部破壞：電化學(xué)作用或機(jī)械作用

1.電化學(xué)作用

?通過點(diǎn)蝕或品間腐蝕誘發(fā)SCC裂紋：

?有點(diǎn)蝕：

?腐蝕電位比點(diǎn)蝕電位正力鈍化膜局部擊穿$點(diǎn)蝕形成

?無點(diǎn)蝕：

?若電位處于活化-鈍化或鈍化-過鈍化的過渡區(qū)間

O鈍化膜不穩(wěn)定

OSCC裂紋容易在表面薄弱部位形核

A.膜局部破裂導(dǎo)致導(dǎo)致裂紋形核

鈍化膜局部破壞：電化學(xué)作用或機(jī)械作用

2.機(jī)械作用：

-膜的延展性或強(qiáng)度比基體金屬差

=＞受力變形后局部膜破裂

O誘發(fā)SCC裂紋

?表面幾何不連續(xù)：溝槽、扶陷、加工痕跡、附著物

◎應(yīng)力應(yīng)變集中，有害離子濃縮，誘發(fā)裂紋

■平面滑移導(dǎo)致的膜破裂

O穿晶SCC裂紋形核

B.裂尖定向溶解導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展

?裂紋內(nèi)部形成“閉塞電池”

“裂紋尖端-裂紋壁之間形成“活化-鈍化腐蝕電池”

◎創(chuàng)造了裂尖快速溶解+自催化的電化學(xué)條件;

C.裂紋拓展到斷裂

-裂紋擴(kuò)展：

蝕坑尖端部分所受外加拉應(yīng)力、殘余應(yīng)力和腐蝕產(chǎn)物

鍥入蝕坑尖端造成的拉應(yīng)力。

?腐蝕產(chǎn)物體積大于它的金屬的體積：

304不銹鋼：

SCC開裂區(qū)腐蝕產(chǎn)物Fe3C)4，約為Fe體積的2倍，像鍥

子一樣鍥入裂紋尖端，加大拉應(yīng)力，促進(jìn)裂紋擴(kuò)展。

奧氏體不銹鋼see機(jī)理

Fe?Cr?Ni奧氏體不銹鋼：

熱濃的MgCI2溶液中的穿晶應(yīng)力腐蝕斷裂

從裂紋尖端產(chǎn)生陽極溶解而引起的斷裂

----滑移一溶解一斷裂機(jī)理

0

合奧氏體不銹鋼表面有一一氧化膜

?膜存在

層Cr、Ni氧化物構(gòu)成的?無應(yīng)力

鈍化膜，在MgCI2溶液?福氯化物介質(zhì)

中穩(wěn)定性較差；

?外加應(yīng)力,由于位

錯(cuò)在活動(dòng)的滑移

面上復(fù)化膜受力

奧氏體不銹鋼see機(jī)理

工＞在應(yīng)力作用下，位錯(cuò)沿?外加應(yīng)力,由于位

錯(cuò)在活動(dòng)的滑移

著滑移面運(yùn)動(dòng)至金屬表而上氧化膜受力

面

☆表面產(chǎn)生滑移臺(tái)階

?位錯(cuò)突破暴露

☆表面膜產(chǎn)生局部破裂并

無保護(hù)金屬

暴露活潑的新鮮金屬；

奧氏體不銹鋼see機(jī)理

立有膜和無膜的金屬及缺陷分?位錯(cuò)突破暴露

處形成鈍化-活化微電池勿/無保護(hù)金屬

號(hào)無膜的局部區(qū)域電化學(xué)溶

解

原活動(dòng)區(qū)

運(yùn)3=?、=^反應(yīng)產(chǎn)物

:、表面膜為腐蝕提供了陰極當(dāng)小溫靛片魚粒溶液相

必，必、對(duì)大的區(qū)域

會(huì)陽極溶解集中在局部區(qū)

‘■在此過程中

域，形成蝕坑。形成“隧洞..

奧氏體不銹鋼see機(jī)理

春伴隨著陽極溶解產(chǎn)生陽

極極化，使陽極周圍鈍?由F保護(hù)膜

化，在蝕坑即裂紋尖端口形成.侍緒伶