金屬常見的腐蝕形態(tài)及防護(hù)措施

1、金屬常見的腐蝕形態(tài)及防護(hù)措施,全面腐蝕 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)。,不同特征,全面腐蝕 -陰極和陽(yáng)極尺寸非常微小且緊密靠攏，很難分辨 局部腐蝕 -陰極和陽(yáng)極截然分開，易于區(qū)分。通常陽(yáng)極面積很小，陰極面積相對(duì)很大。,金屬局部腐蝕溶解速度比全面腐蝕溶解速度大得多。,局部腐蝕危害性 復(fù)雜性 集中性 突發(fā)性,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,局部腐蝕主要類型,發(fā)生局部腐蝕的條件,(1) 金屬方面或溶

2、液方面存在較大的電化學(xué)不均一性，因而形成了可以明確區(qū)分的陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū)。 (2) 陽(yáng)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(yáng)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,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 異金屬部件(包括導(dǎo)電的非金屬材料，如石墨) 組合。 金屬鍍層。 金屬表面的導(dǎo)電性非金屬膜。 氣流或液流帶來(lái)的異金屬沉積。,異金屬部件

3、(包括導(dǎo)電的非金屬材料，如石墨) 組合,氣流或液流帶來(lái)的異金屬沉積,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)。,（1）腐蝕電位差 （2）環(huán)境因素 （3）陰陽(yáng)面積比例,電偶腐蝕的影響因素,（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(yáng)極金屬受到腐蝕破壞的可能性愈大。 電偶序(galvanic series) 將各種金屬材料在某種環(huán)境中的腐蝕電位測(cè)量出來(lái)，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)。,一些工

4、業(yè)金屬和合金在海水中的電偶序,鉑 金 石墨 鈦 銀 Chlorimet 3(62Ni,18Cr,18Mo) Hastelloy C (62Ni,17Cr,15Mo) 18-8Mo不銹鋼(鈍態(tài)) 18-8不銹鋼(鈍態(tài)) 1130%Cr不銹鋼(鈍態(tài)) Inconel(80Ni,13Cr,7Fe)(鈍態(tài)) 鎳(鈍態(tài)) 銀焊藥 Monel(70Ni,32Cu) 銅鎳合金(6090Cu,4011Ni) 青銅 銅 黃銅,陰極性,陽(yáng)極性,Chlorimet2(66Ni,32Mo,1Fe) Hastelloy B (60Ni,30Mo,6Fe,1Mn) Inconel(活態(tài)) 鎳(活態(tài)) 錫 鉛 鉛-錫焊藥

5、18-8鉬不銹鋼(活態(tài)) 18-8不銹鋼(活態(tài)) 高鎳鑄鐵 13%Cr不銹鋼 鑄鐵 鋼或鐵 2024鋁(4.5Cu,1.5Mg,0.6Mu) 鎘 工業(yè)純鋁(1100) 鋅 鎂和鎂合金,(2) 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(yáng)極，所以在食品工業(yè)中常使用鍍錫鐵(Fe-Sn),(2) 環(huán)境因素,- 電解質(zhì)電阻,(3)陰陽(yáng)面積比例 大陽(yáng)極，小陰極，電解質(zhì)導(dǎo)電良好 大陽(yáng)極，小陰極，電解質(zhì)導(dǎo)電性能差 小陽(yáng)極，大陰極,避免材料相互接觸 (2) 注意陽(yáng)極部件的選擇與設(shè)計(jì) (3) 避免大陰極小陽(yáng)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)

6、 采用電化學(xué)方法 (7) 在封閉系統(tǒng),添加緩蝕劑,電偶腐蝕控制措施,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)蝕的形態(tài),點(diǎn)蝕發(fā)生的條件,點(diǎn)蝕發(fā)生的條件,點(diǎn)蝕發(fā)生的條件,點(diǎn)蝕的形成可分為成核和生長(zhǎng)(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,點(diǎn)蝕機(jī)理,第二階段：點(diǎn)蝕的生長(zhǎng)（發(fā)展）,影響點(diǎn)蝕的因素-,（1）材料因素,（2）環(huán)境因素,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

7、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,（1）材料因素,（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Cl- 濃度達(dá)到某個(gè)最低值(臨界氯離子濃度)。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。 OH- NO3- SO42- ClO4-, 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)pH10，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。

8、 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,（2）環(huán)境因素,控制點(diǎn)蝕的措施,（1）選擇耐蝕合金 近年來(lái)發(fā)展了很多含有高含量Cr、Mo 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Cl-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) （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、鉻酸鹽等,4.5 縫隙

9、腐蝕,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。,縫隙腐蝕特征,縫隙腐蝕機(jī)理,縫隙腐蝕機(jī)理,縫隙腐蝕機(jī)理,縫隙腐蝕機(jī)理,縫隙腐蝕機(jī)理,縫隙腐蝕機(jī)理,縫隙腐蝕機(jī)理,e,e,e,e,e,e,e,e,o2,OH-,OH-,M+,M+,o2,Na+,Na+,Na+,Cl-,M+,o2,OH-,o2,OH-,M+,o2,OH-,M+,Cl-,Na+,e,e,e,o2,OH-,OH-,o2,M(OH)2,M+,M+,M+,M+,M+,M+,Cl-,M+,M+,Cl-,M+,M+,M+,

10、Cl-,Cl-,M+,Cl-,Cl-,Na+,o2,Cl-,o2,o2,OH-,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,影響因素,影響因素,縫隙腐蝕控制措施,合理設(shè)計(jì),孔蝕和縫隙腐蝕的比較,孔蝕和縫隙腐蝕的比較,3. 晶間腐蝕,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(lái)。,晶間腐蝕的特點(diǎn),晶間腐蝕的原因,晶間腐蝕機(jī)理,1. 貧Cr理論晶界碳化物析出,為什么Ni-Cr不銹鋼敏化處理后出現(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

11、的碳化物，使晶界產(chǎn)生嚴(yán)重的貧Cr區(qū)。,1. 貧Cr理論晶界碳化物析出,1. 貧Cr理論晶界碳化物析出,1. 貧Cr理論晶界碳化物析出,2. 陽(yáng)極相理論晶界相析出并溶解,3. 吸附理論雜原子在晶界吸附,C和P對(duì)14Cr-4Ni鋼在5 mol/L HNO3+4g/L Cr6+ 溶液中腐蝕速度的影響,Si對(duì)14Cr-4Ni鋼在5 mol/L HNO3+4g/L Cr6+ 溶液中腐蝕速度的影響,晶間腐蝕趨勢(shì)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(yáng)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,4. 應(yīng)力論,影響因素,影響因素,影響因素,控制

12、措施,控制措施,不銹鋼焊縫腐蝕,不銹鋼刀線腐蝕,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。,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、NO3-、H2O2等 剝蝕的控制方法 （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(yáng)極的陰極保護(hù)方法,4.9 剝蝕,4. 選擇性腐蝕,黃銅脫鋅,表 面,斷 面,(a

13、) 層狀脫鋅,(b) 帶狀脫鋅,(c) 栓狀脫鋅,銅栓,腐蝕產(chǎn)物,穿孔,黃 銅 脫 鋅 類 型,影響因素,(根據(jù)抗拉強(qiáng)度下降算出) 腐蝕深度mpy,120,100,80,60,40,20,0,20,40,60,80,100,120,溫度,0攝氏度,(根據(jù)Fontana),溫度對(duì)三種黃銅腐蝕的影響 (在2N NaCl溶液中,經(jīng)24天水線試驗(yàn)),紅黃銅(15%Zn),海革黃銅(37%Zn),蒙茨黃銅(40%Zn),機(jī)理解釋,（1）鋅的選擇性溶解 這種理論認(rèn)為，黃銅表面的鋅原子發(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）溶解沉積 這

14、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(lái)(稱為回鍍)。,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 砷、銻、磷,石墨化腐蝕,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(1)氫鼓泡(2)氫脆(3)脫碳(4)氫蝕,氫鼓泡,氫鼓泡機(jī)理,氫鼓泡防止方法,除去致氫的毒素 選用無(wú)空穴的鎮(zhèn)靜鋼 采用氫不易滲透的奧氏體不銹鋼或鎳襯里或非金屬襯里 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，

15、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

16、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,應(yīng)力腐蝕條件,(1) 主要是合金發(fā)生SCC，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

17、，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SCC時(shí)均勻腐蝕速度很小，因此金屬失重甚微。,應(yīng)力腐蝕特征,金屬或合金,腐 蝕 介 質(zhì),碳鋼和低合金鋼 奧氏體不銹鋼 銅和銅合金 鎳和鎳合金 蒙乃爾合金 鋁合金 鉛 鎂,42%MgCl2溶液, HCN NaClO溶液, 海水,H2S水溶液 氯化物溶液,高溫高壓蒸餾水 氨蒸氣, 汞鹽溶液, 含SO2大氣 NaOH水溶液, HF酸, 氟硅酸溶液 熔融NaCl, NaCl水溶液,海水,水蒸氣,含SO2大氣, Pb(AC)2溶液

18、 海洋大氣, 蒸餾水,KCl-K2CrO4溶液,產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕破裂的材料-介質(zhì)組合 (局部腐蝕),SCC是典型的滯后性破壞,SCC是典型的滯后性破壞,SCC裂紋形態(tài),SCC裂紋形態(tài),SCC機(jī)理,SCC機(jī)理分類：陽(yáng)極溶解型機(jī)理 如：奧氏體不銹鋼氫致開裂型機(jī)理 如：高強(qiáng)度鋼在水介質(zhì)中的開裂陽(yáng)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(yáng)極溶解機(jī)理,A. 膜局部破裂導(dǎo)致裂紋形核,A. 膜局部破裂導(dǎo)致導(dǎo)致裂紋形核,B. 裂尖定向溶解導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展,C. 裂紋拓展到斷裂,奧氏體不銹鋼SCC機(jī)理,奧氏體不銹鋼SCC機(jī)理,奧氏體不銹鋼SCC機(jī)理,奧氏體不銹鋼SCC機(jī)理,奧氏體不銹鋼SCC機(jī)理,奧氏體不銹鋼SCC機(jī)理,影響SCC的因素,環(huán)境因素,影響SCC的因素,環(huán)境因素,電位 活化鈍化過渡電位區(qū) 鈍化過電位區(qū),影響SCC的因