晶间腐蚀ppt课件

定义：定义：晶间腐蚀：金属资料在特定的腐蚀介质中沿晶晶间腐蚀：金属资料在特定的腐蚀介质中沿晶界发生的一种部分选择性腐蚀。界发生的一种部分选择性腐蚀。5.4 晶间腐蚀晶间腐蚀(intercrystalline corrosion)晶界是不同晶粒之间的交界。由于晶粒有着不同的位向，故交界处原子的陈列必需从一种位向逐渐过渡到另一种位向。因此，晶界实践上是种“面型不完好的构造缺陷。晶界上原子的平均能量因晶格畸变变大而高于晶粒内部原子的平均能量。所高出的这部分能量称为晶界能。纯金属的晶界在腐蚀介质中的腐蚀速度比晶粒本体的腐蚀速度快，缘由在于晶界的能量较高，原子处于不稳定形状。晶间腐蚀的特征是在金属外表还看不出破坏时，晶粒之间已丧失了结合力，也失去了金属的洪亮声，严重时只需悄然敲打就会破碎成粉末。晶间腐蚀的特征晶间腐蚀的特征产生晶间腐蚀的条件：产生晶间腐蚀的条件：金属或合金中含有杂质，或者有第二相沿晶界析出。金属或合金中含有杂质，或者有第二相沿晶界析出。晶界与晶粒内化学成分的差别，在适宜的介质中构成腐蚀晶界与晶粒内化学成分的差别，在适宜的介质中构成腐蚀的电池，晶界为阳极，晶粒为阴极，晶界产生选择性溶的电池，晶界为阳极，晶粒为阴极，晶界产生选择性溶解。解。有特定的腐蚀介质存在。在某些合金有特定的腐蚀介质存在。在某些合金-介质体系中，往往产介质体系中，往往产生严重的晶间腐蚀。例如奥氏体不锈钢在弱氧化性介质生严重的晶间腐蚀。例如奥氏体不锈钢在弱氧化性介质如充气海水或强氧化性介质如浓硝酸的特定腐如充气海水或强氧化性介质如浓硝酸的特定腐蚀介质中，能够产生严重的晶间腐蚀。蚀介质中，能够产生严重的晶间腐蚀。合金元素贫乏化；合金元素贫乏化；晶界析出不耐蚀的阳极相；晶界析出不耐蚀的阳极相；杂质或溶质原子在晶界区偏析；杂质或溶质原子在晶界区偏析；晶界处因相邻晶粒间的晶向不同，刃型位错和空位在该处晶界处因相邻晶粒间的晶向不同，刃型位错和空位在该处富集；富集；由于新相析出或转变，呵斥晶界处具有较大的内应力。由于新相析出或转变，呵斥晶界处具有较大的内应力。由上述缘由，使晶界行为发生了显著的变化。呵斥由上述缘由，使晶界行为发生了显著的变化。呵斥晶界、晶界附近和晶粒之间很大的电化学不均匀性。这种晶界、晶界附近和晶粒之间很大的电化学不均匀性。这种电化学不均匀性引起金属晶界和晶粒本体的不等速溶解，电化学不均匀性引起金属晶界和晶粒本体的不等速溶解，引起晶间腐蚀。引起晶间腐蚀。晶界腐蚀行为的缘由晶界腐蚀行为的缘由贫化实际、晶间贫化实际、晶间相析出实际、晶界吸附实际。相析出实际、晶界吸附实际。晶间腐蚀机理晶间腐蚀机理1、贫化实际：该实际以为，晶间腐蚀是由于晶界易析出第二相，呵斥晶界某一成分的贫乏化。对于奥氏体不锈钢，因晶界析出Cr23C6相，呵斥晶界贫铬，那么为贫铬实际；对于镍钼合金，晶界析出Ni7Mo5，晶界贫钼；对于铜铝合金，晶界析出CuAl2，呵斥晶界贫铜。例如将奥氏体不锈钢1Cr18Ni9加热至1 0 5 0 1 1 5 0 固 溶 碳 的 固 溶 度 为010015%，随后进展淬火，经固溶处置的1Cr18Ni9钢是一种碳过饱和体，不会产生晶间腐蚀。在700800温度范围内，碳的固溶量不超越0.02%，过饱和的碳要全部或部分从奥氏体中析出，这时碳将分散到晶界处，并与晶界处的铁和铬化合生成含铬量高的碳化物Cr23C6，耗费了晶界区的铬，而铬在晶粒内部的分散速度比其在晶界处的分散速度要慢得多，来不及补充晶界区耗费的铬，因此在晶界区构成贫铬区。淬火处置：在高于转变温度淬火处置：在高于转变温度T1以上的温度进展保温，然后以上的温度进展保温，然后进展急冷，使过饱和固溶体在室温下得以保管的处置工艺。也进展急冷，使过饱和固溶体在室温下得以保管的处置工艺。也称淬火处置。称淬火处置。敏化处置：在敏化处置：在T2以下的温度区间保温，使过饱和固溶体析以下的温度区间保温，使过饱和固溶体析出新相的处置工艺。普通称回火处置或时效处置，在晶间腐蚀出新相的处置工艺。普通称回火处置或时效处置，在晶间腐蚀研讨领域中，常称为敏化处置。研讨领域中，常称为敏化处置。对于不锈钢来说，由于晶界钝态遭到破坏，在晶界上析出对于不锈钢来说，由于晶界钝态遭到破坏，在晶界上析出的碳化铬周围贫化铬区就成为阳极区，而碳化铬和晶粒处于的碳化铬周围贫化铬区就成为阳极区，而碳化铬和晶粒处于钝态成为阴极区，在腐蚀介质中晶界与晶粒构成活化钝态成为阴极区，在腐蚀介质中晶界与晶粒构成活化-钝化微钝化微电池，该电池具有大阴极电池，该电池具有大阴极-小阳极的面积比，加速了晶界区的小阳极的面积比，加速了晶界区的腐蚀。腐蚀。实验证明：有人测得了18-8不锈钢在650敏化2h后的贫铬区的宽度为150200nm。并测得奥氏体不锈钢晶粒和晶界的阳极极化曲线。不锈钢腐蚀电位处于活化区、活化-钝化过渡区、钝化-过钝化过渡区，都能产生晶间腐蚀。2、晶间、晶间 相析出实际：相析出实际：对于低碳的高铬、高钼不锈钢已不存在贫铬的条件，可是在对于低碳的高铬、高钼不锈钢已不存在贫铬的条件，可是在650850内热处置时，会生成含铬内热处置时，会生成含铬4248%的的 相相FeCr金属间金属间化合物。在过钝化电位下，化合物。在过钝化电位下，相发生严重的腐蚀。其阳极溶解相发生严重的腐蚀。其阳极溶解电流急剧地上升。能够是电流急剧地上升。能够是 相本身的选择性溶解的缘故。相本身的选择性溶解的缘故。相相FeCr金属间化合物普通只能在很强的氧化性介质中才干金属间化合物普通只能在很强的氧化性介质中才干发生溶解。因此检测这种类型的腐蚀必需运用氧化性很强的发生溶解。因此检测这种类型的腐蚀必需运用氧化性很强的65%的沸腾硝酸，才可以使不锈钢的腐蚀电位到达过钝化区。的沸腾硝酸，才可以使不锈钢的腐蚀电位到达过钝化区。3、晶界吸附实际：、晶界吸附实际：超低碳不锈钢在超低碳不锈钢在1050固溶处置后，在强氧化性介质中也会固溶处置后，在强氧化性介质中也会出现晶间腐蚀，此时不能用贫铬或出现晶间腐蚀，此时不能用贫铬或 相析出实际来解释。实验阐相析出实际来解释。实验阐明，明，P杂质达杂质达100ppm或或Si杂质达杂质达1000 2000ppm时，它们在高温时，它们在高温区会使晶界吸附，并偏析在晶界上，这些杂质在强氧化剂介质区会使晶界吸附，并偏析在晶界上，这些杂质在强氧化剂介质作用下便发生溶解，导致晶界选择性的晶间腐蚀。这种钢经敏作用下便发生溶解，导致晶界选择性的晶间腐蚀。这种钢经敏化处置后，反而不出现晶间腐蚀，这是由于碳和磷生成磷的碳化处置后，反而不出现晶间腐蚀，这是由于碳和磷生成磷的碳化物，限制了磷向晶界的分散，减轻杂质在晶界的偏析，消除化物，限制了磷向晶界的分散，减轻杂质在晶界的偏析，消除或减弱了刚刚对晶间腐蚀的敏感性。或减弱了刚刚对晶间腐蚀的敏感性。上述几种晶间腐蚀实际并不矛盾，他们各自适用于一定的合上述几种晶间腐蚀实际并不矛盾，他们各自适用于一定的合金组织形状和介质条件。贫化实际适用于弱氧化性介质，晶间金组织形状和介质条件。贫化实际适用于弱氧化性介质，晶间 相析出实际适用于强氧化剂介质、金相中有相析出实际适用于强氧化剂介质、金相中有 相的高铬、高钼不相的高铬、高钼不锈钢，晶界吸附实际适用于强氧化剂介质。锈钢，晶界吸附实际适用于强氧化剂介质。1、热处置温度与时间的影响：不锈钢在可以产生晶间腐蚀的电位区，能否、热处置温度与时间的影响：不锈钢在可以产生晶间腐蚀的电位区，能否产生晶间腐蚀以及腐蚀程度如何，都由钢的热处置制度对晶间腐蚀的敏感性产生晶间腐蚀以及腐蚀程度如何，都由钢的热处置制度对晶间腐蚀的敏感性所决议，即取决于受热的程度、时间及冷却速度。所决议，即取决于受热的程度、时间及冷却速度。影响晶间腐蚀的要素：影响晶间腐蚀的要素：2、合金成分的影响：、合金成分的影响：碳对晶间腐蚀有艰苦影响，随着含碳量增高，晶间腐蚀倾向愈碳对晶间腐蚀有艰苦影响，随着含碳量增高，晶间腐蚀倾向愈严重。不仅使产生晶间腐蚀倾向的加热温度和时间范围扩严重。不仅使产生晶间腐蚀倾向的加热温度和时间范围扩展，而且晶间腐蚀程度加重、固溶温度升高。展，而且晶间腐蚀程度加重、固溶温度升高。铬、镍、钼、硅：铬、镍、钼、硅：Cr、Mo含量增高，可降低含量增高，可降低C的活度，有利于的活度，有利于减弱晶腐蚀倾向；减弱晶腐蚀倾向；Ni、Si等是不构成碳化物的元素，会提高等是不构成碳化物的元素，会提高C的活度、降低的活度、降低C在奥氏体中的溶解度，促进碳化物的析出。在奥氏体中的溶解度，促进碳化物的析出。钛、铌：对于抗晶间腐蚀是有益的，由于它们同钛、铌：对于抗晶间腐蚀是有益的，由于它们同C的亲和力大的亲和力大于于Cr同同C的亲和力。为阻止碳化铬的构成，首先将不锈钢加的亲和力。为阻止碳化铬的构成，首先将不锈钢加热到热到1100 以将一切碳化物溶解进入奥氏体中，然后冷却以将一切碳化物溶解进入奥氏体中，然后冷却到到900 保温几个小时让保温几个小时让Ti或或Nb与碳充分反响。在以后的碳与碳充分反响。在以后的碳化铬析出温度范围内加热就没有碳化铬构成。化铬析出温度范围内加热就没有碳化铬构成。3、腐蚀介质的影响：、腐蚀介质的影响：不锈钢在酸性介质中晶间腐蚀较严重。尤其在不锈钢在酸性介质中晶间腐蚀较严重。尤其在H2SO4或或HNO3中添加氧化性阳离子，如中添加氧化性阳离子，如Cu2+、Hg2+、Cr6+等能等能增大阴极过程电流密度。使晶间阳极溶解速度显著加快。增大阴极过程电流密度。使晶间阳极溶解速度显著加快。降低或消除有害杂质。如降低降低或消除有害杂质。如降低C、N、S等杂质的含量。等杂质的含量。参与稳定化元素或晶界吸附元素。如在不锈钢中参与参与稳定化元素或晶界吸附元素。如在不锈钢中参与Ti、Nb或或B。适当的热处置工艺。必需防止不锈钢在敏化区间加热。适当的热处置工艺。必需防止不锈钢在敏化区间加热。对焊接件要求进展焊接后进展固溶处置或快速冷却，防对焊接件要求进展焊接后进展固溶处置或快速冷却，防止在敏化温度、时间内停留。止在敏化温度、时间内停留。采用双相钢。在奥氏体钢中有采用双相钢。在奥氏体钢中有1020%的铁素体的钢称为的铁素体的钢称为双相钢。由于铁素体在钢中大多沿晶界构成，含铬量高，双相钢。由于铁素体在钢中大多沿晶界构成，含铬量高，因此在敏化温度区间不至于产生严重的贫化。因此在敏化温度区间不至于产生严重的贫化。晶间腐蚀的控制方法：晶间腐蚀的控制方法：1、铁素体不锈钢晶间腐蚀 铁素体不锈钢是种要求在高、低温时均无相而仅具相的钢。晶间腐蚀特点是，导致其具有晶间腐蚀倾向的敏化处置以及抑制或消除其晶间腐蚀倾向的处置条件正好与奥氏体不锈钢的情况相反。由于在铁素体中，铬的迁移速度要比在奥氏体不锈钢中要快得多，所以即使自高温快速冷却，铬的碳化物也能析出，呵斥贫铬区，引起晶间腐蚀。但假设在700800摄氏度退火，将使亚稳相Cr23C3转化为稳定相Cr23C6，同样能使铬分布趋于均匀，从而消除晶间腐蚀的倾向。几种其他方式的晶间腐蚀几种其他方式的晶间腐蚀 高铬铁素体不锈钢在高铬铁素体不锈钢在900以上高温加热，然后空冷以上高温加热，然后空冷或水冷，就会引起晶间腐蚀倾向。而假设在或水冷，就会引起晶间腐蚀倾向。而假设在700 800重新加热那么可消除晶间腐蚀敏感性。重新加热那么可消除晶间腐蚀敏感性。2、铝合金的晶间腐蚀、铝合金的晶间腐蚀 在以上两种处置工艺，杂质在以上两种处置工艺，杂质Fe含量对高纯铝的晶间腐蚀趋含量对高纯铝的晶间腐蚀趋势影响相反。势影响相反。缘由：水淬时铁是以固溶体方式存在，使得晶粒为阴极，而缘由：水淬时铁是以固溶体方式存在，使得晶粒为阴极，而炉冷时杂质铁是以第二相方式存在使得晶粒为阳极。炉冷时杂质铁是以第二相方式存在使得晶粒为阳极。3、不锈钢焊接晶间腐蚀：焊缝腐蚀、不锈钢焊接晶间腐蚀：焊缝腐蚀 奥氏体不锈钢虽然是一种焊接性能非常优良的钢种，奥氏体不锈钢虽然是一种焊接性能非常优良的钢种，但它在焊接时，相对于焊接热影响区的母材再一次加热，但它在焊接时，相对于焊接热影响区的母材再一次加热，所以在熔合线附近，引起碳化物的析出，导致严重的晶所以在熔合线附近，引起碳化物的析出，导致严重的晶间腐蚀。间腐蚀。供奥氏体不锈钢消费、交贷和验收的有关检验晶间腐蚀倾供奥氏体不锈钢消费、交贷和验收的有关检验晶间腐蚀倾向用的工业检测实验方法，目前列在规范中的根本有五种：向用的工业检测实验方法，目前列在规范中的根本有五种：草酸电解浸蚀法、沸腾硫酸草酸电解浸蚀法、沸腾硫酸-硫酸铁法、沸腾硫酸铁法、沸腾65%硝酸法、硝酸法、硝酸硝酸-氢氟酸法和沸腾硫酸氢氟酸法和沸腾硫酸-硫酸铜法。硫酸铜法。1、硫酸、硫酸-硫酸铜法硫酸铜法GB43345-90溶液配制：溶液配制：100g分析纯硫酸铜溶解于分析纯硫酸铜溶解于700mL蒸馏水中，参与蒸馏水中，参与100mL分析纯硫酸，再用蒸馏水稀释至分析纯硫酸，再用蒸馏水稀释至1000mL。样品置于参与铜屑后的溶液中，进展延续样品置于参与铜屑后的溶液中，进展延续16h的煮沸实验。的煮沸实验。用弯曲法、金相法对晶间腐蚀倾向进展评定。用弯曲法、金相法对晶间腐蚀倾向进展评定。晶间腐蚀实验方法及其评定方法晶间腐蚀实验方法及其评定方法2、硫酸、硫酸-硫酸铁法硫酸铁法GB43342-84溶液配制：优级纯硫酸用蒸馏水或去离子水配制成溶液配制：优级纯硫酸用蒸馏水或去离子水配制成5003wt%的硫酸水溶液，从中取的硫酸水溶液，从中取600mL，参与，参与25g优级纯优级纯的硫酸铁试剂硫酸铁含量的硫酸铁试剂硫酸铁含量2123%，加热溶解。，加热溶解。样品置于溶液中延续煮沸实验样品置于溶液中延续煮沸实验120h。实验后采用失重法的腐。实验后采用失重法的腐蚀速率对结果进展评定。蚀速率对结果进展评定。3、草酸电解浸蚀法、草酸电解浸蚀法GB43341-86溶液为溶液为10wt%的草酸溶液。以不锈钢片为阴极，以实验样为的草酸溶液。以不锈钢片为阴极，以实验样为阳极，阳极，DA为为1A/cm2，2050，90s。实验后，用金相法察看。实验后，用金相法察看浸蚀外表的形貌，放大倍数为浸蚀外表的形貌，放大倍数为200500倍。倍。实验的原理：溶液具有相对恒定的腐蚀电位区间。如下图。晶间腐蚀实验的评定：晶间腐蚀实验的评定：1、金相察看法：如表、金相察看法：如表3-22、23所示。所示。2、弯曲法：对晶间腐蚀实验后的试样进展弯曲，察看、弯曲法：对晶间腐蚀实验后的试样进展弯曲，察看其显示晶粒之间已丧失结合力的裂纹。其显示晶粒之间已丧失结合力的裂纹。3、其它：分量法、声响法、电阻法、强度法、超声波、其它：分量法、声响法、电阻法、强度法、超声波法、涡流法、颜色法。法、涡流法、颜色法。