资源描述
金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院 1金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院全全面面腐腐蚀蚀（均均匀匀腐腐蚀蚀）阴阴阳阳极极共共扼扼反反应应在在金金属属相相同同位位置置同同时时发发生生或或交交替替发发生生，阴阴阳阳极极没没有有时时间间和和空空间间上上的的区区别别，整整个个表表面面用用Ecorr表表征征，在在此此电电位位下下表表面面均均匀匀溶溶解解腐腐蚀蚀。腐腐蚀蚀速速度可测量度可测量/预测。预测。局部腐蚀局部腐蚀由电化学不均一性（如异种金属、表面缺陷、由电化学不均一性（如异种金属、表面缺陷、浓度差异、应力集中、环境不均匀等），形成局部电池。浓度差异、应力集中、环境不均匀等），形成局部电池。局部腐蚀阴、阳极可区分，阴极局部腐蚀阴、阳极可区分，阴极/阳极面积比很大，阴、阳阳极面积比很大，阴、阳极共扼反应分别在不同区域发生，局部腐蚀集中在个别位置极共扼反应分别在不同区域发生，局部腐蚀集中在个别位置,急剧发生，材料快速腐蚀破坏。急剧发生，材料快速腐蚀破坏。2金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院3金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院4金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院局部腐蚀形式多样性局部腐蚀形式多样性电偶腐蚀、缝隙腐蚀、小孔腐电偶腐蚀、缝隙腐蚀、小孔腐蚀（点腐蚀）、晶间腐蚀、应力腐蚀开裂等。蚀（点腐蚀）、晶间腐蚀、应力腐蚀开裂等。局部腐蚀普遍性局部腐蚀普遍性工业中局部腐蚀很常见（全面腐蚀工业中局部腐蚀很常见（全面腐蚀 10），局部腐蚀（化工），局部腐蚀（化工）80，因此对局部腐蚀的，因此对局部腐蚀的研究和防护尤为重要。研究和防护尤为重要。局部腐蚀危害性局部腐蚀危害性腐蚀集中在个别位置急剧发生、腐腐蚀集中在个别位置急剧发生、腐蚀破坏快速、隐蔽性强、难以预计、控制难度大、危害蚀破坏快速、隐蔽性强、难以预计、控制难度大、危害大，易突发灾难事故大，易突发灾难事故5金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院6金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院7金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院一、电偶腐蚀的概念一、电偶腐蚀的概念异种金属异种金属在同一介质中接触，由于在同一介质中接触，由于电极电位不相等电极电位不相等而而有电偶电流流过，使有电偶电流流过，使电位较负的金属溶解速度加增加电位较负的金属溶解速度加增加，造成，造成接触处的局部腐蚀，而电位较正的金属，溶解速度反而减小接触处的局部腐蚀，而电位较正的金属，溶解速度反而减小受到保护，这就是电偶腐蚀，亦称接触腐蚀或双金属腐蚀。受到保护，这就是电偶腐蚀，亦称接触腐蚀或双金属腐蚀。电偶腐蚀的电偶腐蚀的实质实质是由两种不同的电极构成宏观原电池的是由两种不同的电极构成宏观原电池的腐蚀。腐蚀。电偶腐蚀电偶腐蚀8金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院电偶腐蚀的主要特征电偶腐蚀的主要特征电偶腐蚀主要发生在两种不同金属或金属与非金属导电偶腐蚀主要发生在两种不同金属或金属与非金属导体相互接触的边线附近，而在远离边缘的区域，其腐蚀程体相互接触的边线附近，而在远离边缘的区域，其腐蚀程度要轻得多。度要轻得多。根据这一特征很易识别电偶腐蚀根据这一特征很易识别电偶腐蚀。电偶腐蚀的情况较为普遍，因为在工程技术中，采用电偶腐蚀的情况较为普遍，因为在工程技术中，采用不同的金属或合金的组合是不可避免的。例如炮弹上的弹不同的金属或合金的组合是不可避免的。例如炮弹上的弹体与铜药筒的组合、钢结构与铜体与铜药筒的组合、钢结构与铜(铝铝)铆钉之间、镀层金属与铆钉之间、镀层金属与基体之间等等所形成的腐蚀，都属于电偶腐蚀。基体之间等等所形成的腐蚀，都属于电偶腐蚀。9金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院值得注意的是，某些金属值得注意的是，某些金属(如碳钢如碳钢)与某些非金属导体与某些非金属导体(如如石墨或碳纤维素复合材料石墨或碳纤维素复合材料)相互接触时，也会产生电偶腐蚀。相互接触时，也会产生电偶腐蚀。有时两种金属虽然没有直接接触，但在意识不到的情况有时两种金属虽然没有直接接触，但在意识不到的情况下亦会发生电偶腐蚀，如循环冷却系统中的铜质冷凝器微量下亦会发生电偶腐蚀，如循环冷却系统中的铜质冷凝器微量溶于冷却介质溶液中，当铜离子含量过高时，在碳钢设备的溶于冷却介质溶液中，当铜离子含量过高时，在碳钢设备的一些表面沉积，沉积的疏松铜离子会与金属铁发生置换而析一些表面沉积，沉积的疏松铜离子会与金属铁发生置换而析出，从而发生电偶腐蚀。因此，冷凝水中出，从而发生电偶腐蚀。因此，冷凝水中Cu2+含量严格要求含量严格要求控制在控制在0.1mg/L的范围以下。的范围以下。10金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院二二电偶腐蚀的原理电偶腐蚀的原理 假设两块金属表面积相同；都处于含假设两块金属表面积相同；都处于含H+去极去极化剂的同一介质中，溶液的欧姆降可以忽略；反应处于活化剂的同一介质中，溶液的欧姆降可以忽略；反应处于活化极化状态，即服从化极化状态，即服从tafel关系；关系；M1、M2两种金属未接触两种金属未接触前的自溶解电流分别为前的自溶解电流分别为ic1和和ic2，且，且c1c2。此时的电极。此时的电极反应如下：反应如下：11金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院当两块金属在介质中直接接触当两块金属在介质中直接接触时，构成一个宏观腐蚀偶电池，时，构成一个宏观腐蚀偶电池，电位低的金属电位低的金属M1成为电池的成为电池的阳极，阳极，电位高的金属电位高的金属M2成为电池的成为电池的阴极，阴极，电偶电流从电偶电流从M2流向流向M1，M1向阳极极化，向阳极极化，M2向阴极极化，向阴极极化，当极化达到稳态时，两条极化当极化达到稳态时，两条极化曲线的交点所对应的电位曲线的交点所对应的电位c为为偶对的混合电位，对应的电流偶对的混合电位，对应的电流ic便是偶对电流，便是偶对电流，M1的溶解电流增大的溶解电流增大；M2情况则相反，溶解电流减情况则相反，溶解电流减小小。12金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院 以上分析表以上分析表明：在电偶腐蚀电池中，明：在电偶腐蚀电池中，腐蚀电位较低的金属由腐蚀电位较低的金属由于和腐蚀电位较高的金于和腐蚀电位较高的金属接触而产生阳极极化，属接触而产生阳极极化，结果是溶解速度增加；结果是溶解速度增加；电位较高的金属由于和电位较高的金属由于和电位较低的金属接触而电位较低的金属接触而产生阴极极化，结果是产生阴极极化，结果是溶解速度降低，即受到溶解速度降低，即受到了阴极保护。了阴极保护。13金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院三三电偶序与电偶腐蚀的倾向电偶序与电偶腐蚀的倾向所谓电偶序，就是根据金属或合金在一定条件所谓电偶序，就是根据金属或合金在一定条件下测得的稳定电位的相对大小排列而成的表。当我下测得的稳定电位的相对大小排列而成的表。当我们对金属在偶对中的极性作出判断时，不是以它们们对金属在偶对中的极性作出判断时，不是以它们的标准电极电位作为判据，而是以它们的腐蚀电位的标准电极电位作为判据，而是以它们的腐蚀电位作为判据，查用金属的电偶序来判断异种金属相接作为判据，查用金属的电偶序来判断异种金属相接触时金属腐蚀的倾向和程度。触时金属腐蚀的倾向和程度。例如某些金属与合金在海水中的电偶序，如下例如某些金属与合金在海水中的电偶序，如下表所示。表所示。14金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院15金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院16金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院根根据据电电偶偶腐腐蚀蚀原原理理，若若表表中中电电位位高高的的金金属属材材料料与与电电位位低低的的金金属属材材料料相相接接触触，则则低低电电位位金金属属为为阳阳极极，被被加加速速腐腐蚀蚀。若若两两者者之之间间电电位位差差愈愈大大，则则低低电电位位金金属属愈愈易易被被加加速速腐腐蚀蚀。若若两两者者之之间间电电位位差差很很小小，即即电电偶偶序序中中位位置置相相距距愈愈近近的的不不同同金金属属相相互互接接触触，发发生生电电偶偶腐腐蚀蚀的的倾倾向向性性愈愈小小。若若电电位位相相同同的的不不同同金金属属相相互互接接触，则不发生电偶腐蚀。触，则不发生电偶腐蚀。必必须须指指出出，利利用用电电偶偶序序来来判判断断金金属属在在偶偶对对中中的的极极性性和和腐腐蚀蚀倾倾向向时时，仅仅仅仅是是利利用用热热力力学学数数据据预预测测腐腐蚀蚀发发生的方向和限度而已，并没有涉及腐蚀速度问题。生的方向和限度而已，并没有涉及腐蚀速度问题。17金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院18金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院19金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院20金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院21金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院22金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院23金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院24金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院偶对中阴阳极面积的相对大小对腐蚀速度有偶对中阴阳极面积的相对大小对腐蚀速度有很大影响，如下图：很大影响，如下图：25金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院 这种阴、阳极面积比对加快阳极金属腐蚀这种阴、阳极面积比对加快阳极金属腐蚀速度的影响可以这样来解释：速度的影响可以这样来解释：在氢去极化腐蚀情况下，阴极上的氢过电位与电流在氢去极化腐蚀情况下，阴极上的氢过电位与电流密度有关。阴极面积愈大，阴极电流密度愈小，氢密度有关。阴极面积愈大，阴极电流密度愈小，氢过电位愈小，愈易产生氢去极化，因而阳极腐蚀速过电位愈小，愈易产生氢去极化，因而阳极腐蚀速度加快。度加快。在氧去极化腐蚀时，腐蚀电流密度由氧扩散所控制在氧去极化腐蚀时，腐蚀电流密度由氧扩散所控制时，阴极面积增加能接受更多的溶解氧发生还原反时，阴极面积增加能接受更多的溶解氧发生还原反应，因而扩散电流增加，导致阳极腐蚀加速。应，因而扩散电流增加，导致阳极腐蚀加速。26金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院27金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院28金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院29金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院一、小孔腐蚀的定义一、小孔腐蚀的定义二、小孔腐蚀的特征二、小孔腐蚀的特征三、小孔腐蚀的机理三、小孔腐蚀的机理四、影响小孔腐蚀的因素四、影响小孔腐蚀的因素五、孔蚀的防护与控制措施五、孔蚀的防护与控制措施小孔腐蚀小孔腐蚀30金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院小孔腐蚀的定义小孔腐蚀的定义金属的大部分表面不发生腐蚀或腐蚀很轻微，但局金属的大部分表面不发生腐蚀或腐蚀很轻微，但局部地方出现腐蚀小孔并向深处发展的现象，称为小部地方出现腐蚀小孔并向深处发展的现象，称为小孔腐蚀或点蚀。孔腐蚀或点蚀。小孔腐蚀是一种破坏性和隐患大的腐蚀形态之一，小孔腐蚀是一种破坏性和隐患大的腐蚀形态之一，它使失重很小的情况下，设备就会发生穿孔破坏，它使失重很小的情况下，设备就会发生穿孔破坏，造成介质流失，设备报废。造成介质流失，设备报废。31金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院32金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院33金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院 小孔腐蚀的蚀孔形貌小孔腐蚀的蚀孔形貌窄深宽浅底切型椭圆在表面以下垂直型水平型34金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院金属小孔腐蚀的产生条件（一金属小孔腐蚀的产生条件（一)小孔腐蚀的产生与临界电位有关，只有金属表面局部小孔腐蚀的产生与临界电位有关，只有金属表面局部地区的电极电位达到并高于临界电位值时，才能形成小孔地区的电极电位达到并高于临界电位值时，才能形成小孔腐蚀，该电位称作腐蚀，该电位称作“小孔腐蚀电位小孔腐蚀电位”或或“击穿电位击穿电位”，一，一般用般用b表示。表示。环状阳极极化曲线环状阳极极化曲线35金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院l 发生孔蚀后，再将电位作逆向扫描，到达钝态电流密度所对应的电位发生孔蚀后，再将电位作逆向扫描，到达钝态电流密度所对应的电位Ep，称为称为“再钝化电位再钝化电位”或或“保护电位保护电位”。l合金处于合金处于Ep以下以下的电位区，金属钝化的电位区，金属钝化不会不会生成小孔腐蚀。生成小孔腐蚀。l正反向极化曲线所包括的面积，称之为滞后面积。在正反向极化曲线所包括的面积，称之为滞后面积。在滞后环中滞后环中(电位处于电位处于EbEp间间)，不产生不产生新的蚀孔源，但已产生的蚀孔会新的蚀孔源，但已产生的蚀孔会继续长大继续长大。l评价金属的小孔腐蚀性能不仅视评价金属的小孔腐蚀性能不仅视Eb值的大小，还须视滞后环的大小。值的大小，还须视滞后环的大小。Ep值愈接近值愈接近Eb，说明钝化膜的自修复能力愈强说明钝化膜的自修复能力愈强。36金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院金属小孔腐蚀的产生条件金属小孔腐蚀的产生条件(二二)小孔腐蚀发生于有小孔腐蚀发生于有特殊离子特殊离子的介质中，例如在有氧化剂的介质中，例如在有氧化剂(空空气中的氧气中的氧)和同时有活性阴离子存在的溶液中。和同时有活性阴离子存在的溶液中。活性阴离子活性阴离子，例如卤素离子会破坏金属的钝性而引起小孔，例如卤素离子会破坏金属的钝性而引起小孔腐蚀，腐蚀，卤素离子对不锈钢引起小孔腐蚀敏感性的作用顺序为卤素离子对不锈钢引起小孔腐蚀敏感性的作用顺序为Cl-Br-I-另外也有另外也有ClO4-和和SCN等介质中产生小孔腐蚀的报道。等介质中产生小孔腐蚀的报道。溶液中存在活性阴离子，是发生小孔腐蚀的必要条件溶液中存在活性阴离子，是发生小孔腐蚀的必要条件。37金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院金属小孔腐蚀的产生条件金属小孔腐蚀的产生条件(三三)小孔腐蚀多发生在表面生成小孔腐蚀多发生在表面生成钝化膜钝化膜的金属或合金上，如不的金属或合金上，如不锈钢、铝及铝合金等。锈钢、铝及铝合金等。在这些金属或合金表面的某些局部地区膜受到了破坏，膜在这些金属或合金表面的某些局部地区膜受到了破坏，膜未受破坏的区域和受到破坏已裸露基体金属的区域形成了未受破坏的区域和受到破坏已裸露基体金属的区域形成了活化钝化腐蚀电池，钝化表面为阴极而且面积比膜破坏活化钝化腐蚀电池，钝化表面为阴极而且面积比膜破坏处的活化区大得多，腐蚀就向深处发展而形成蚀孔。处的活化区大得多，腐蚀就向深处发展而形成蚀孔。38金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院39金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院40金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院41金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院42金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院43金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院44金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院45金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院46金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院47金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院48金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院49金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院50金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院不锈钢在充气不锈钢在充气NaCINaCI中孔蚀的闭塞电池示意图中孔蚀的闭塞电池示意图O2O2O2Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-OH-OH-Ni2+Cr3+Fe2+钝化膜(阴极)浓缩酸性氯化物溶液阳极2e2e51金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院铝的小孔腐蚀成长图示铝的小孔腐蚀成长图示O2O2O2O2O2eeAlCl2+AlOHCl+H+阳极阳极浓缩酸性浓缩酸性氯化物溶液氯化物溶液1/2O2+H2O+2e2OH-钝化膜钝化膜(阴极阴极)AlAl3+3eAl3+H2O+Cl-H+AlOHCl+Al+3H+2Cl-3/2H2+AlCl2+Cl-Cl-Al(OH)3H252金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院孔蚀停止孔蚀停止实际的腐蚀过程常发现大量的蚀孔在蚀穿金属截面以前变成实际的腐蚀过程常发现大量的蚀孔在蚀穿金属截面以前变成非活性的，即深入到一定深度以后不再发展了。根据钝化的非活性的，即深入到一定深度以后不再发展了。根据钝化的氧化膜理论，孔蚀的停止是孔内金属表面再钝化所致。氧化膜理论，孔蚀的停止是孔内金属表面再钝化所致。原因原因1：消除了表面上的某些结构，譬如定向不适的晶粒和：消除了表面上的某些结构，譬如定向不适的晶粒和夹杂等在这些地区生成的钝化膜往往是脆弱的。在消除了夹杂等在这些地区生成的钝化膜往往是脆弱的。在消除了以后，如果溶液的以后，如果溶液的pH值没有降低，氯离子的浓度也没有升高值没有降低，氯离子的浓度也没有升高则这些地区能以较完整的方式再钝化。则这些地区能以较完整的方式再钝化。53金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院原因：当小孔内的电位转移到钝化区，并原因：当小孔内的电位转移到钝化区，并且低于保护电位时，就发生再钝化。可能是且低于保护电位时，就发生再钝化。可能是孔内的欧姆电位降逐渐增大，因而小孔底部孔内的欧姆电位降逐渐增大，因而小孔底部的电位转移到钝化区，发生再钝化。的电位转移到钝化区，发生再钝化。54金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院55金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院56金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院57金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院58金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院59金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院60金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院61金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院62金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院63金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院64金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院65金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院66金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院67金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院68金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院69金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院70金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院71金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院72金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院73金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院74金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院75金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院76金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院77金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院78金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院79金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院晶间腐蚀晶间腐蚀 定义：沿着或紧挨着金属的定义：沿着或紧挨着金属的晶粒边界晶粒边界发生的腐蚀称为晶间腐蚀。由微电发生的腐蚀称为晶间腐蚀。由微电池作用而引起局部破坏，这种局部破坏是从表面开始，沿晶界向内发展，池作用而引起局部破坏，这种局部破坏是从表面开始，沿晶界向内发展，直至整个金属由于晶界破坏而完全丧失强度。这是一种危害很大的局部直至整个金属由于晶界破坏而完全丧失强度。这是一种危害很大的局部腐蚀。腐蚀。晶间腐蚀的产生因素：晶间腐蚀的产生因素：一是内因，即金屑或合金本身晶粒与晶界化学成分差异、晶界结构、元一是内因，即金屑或合金本身晶粒与晶界化学成分差异、晶界结构、元素的固溶特点、沉淀析出过程、固态扩散等金属学问题，导致电化学不素的固溶特点、沉淀析出过程、固态扩散等金属学问题，导致电化学不均匀性，使金屑具有品间腐蚀倾向。均匀性，使金屑具有品间腐蚀倾向。二是外因，在腐蚀介质中能显示晶粒与晶界的电化学不均匀性。二是外因，在腐蚀介质中能显示晶粒与晶界的电化学不均匀性。80金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院81金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院82金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院83金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院84金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院85金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院86金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院概念：应力腐蚀破裂是指金属材料在固定拉应力和特概念：应力腐蚀破裂是指金属材料在固定拉应力和特定介质的共同作用下所引起的破裂，简称应力腐蚀，定介质的共同作用下所引起的破裂，简称应力腐蚀，英语缩写是英语缩写是SCC。但应力腐蚀是一种更为复杂的现象，即在某一特定介但应力腐蚀是一种更为复杂的现象，即在某一特定介质中，材料不受应力时腐蚀甚微；而受到一定拉伸应质中，材料不受应力时腐蚀甚微；而受到一定拉伸应力时，经过一段时间甚至延性很好的金属也会发生脆力时，经过一段时间甚至延性很好的金属也会发生脆性断裂。性断裂。应力腐蚀破裂应力腐蚀破裂87金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院88金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院特征：特征：一般认为发生应力腐蚀需具备三个基本条件，一般认为发生应力腐蚀需具备三个基本条件，敏感材料、特定环境和拉伸应力。敏感材料、特定环境和拉伸应力。1.从金到钛、锆，几乎所有的金属的合金在特定环境从金到钛、锆，几乎所有的金属的合金在特定环境中都有某种应力腐蚀敏感性。合金比纯金属更容易产中都有某种应力腐蚀敏感性。合金比纯金属更容易产生应力腐蚀生应力腐蚀破裂。破裂。2.每种合金的应力腐蚀破裂只是对某些特定的介质敏每种合金的应力腐蚀破裂只是对某些特定的介质敏感。感。3.发生应力腐蚀必须有拉伸应力作用。发生应力腐蚀必须有拉伸应力作用。89金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院90金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院4.应力腐蚀破裂是一个典型的应力腐蚀破裂是一个典型的滞后破坏滞后破坏，这种滞后破坏过程可分，这种滞后破坏过程可分为三个阶段。为三个阶段。（1）孕育期，裂纹萌生阶段，裂纹源成核所需时间，约占整孕育期，裂纹萌生阶段，裂纹源成核所需时间，约占整个时间的个时间的90左右；左右；（2）裂纹扩展期，裂纹成核后直至发展到临界尺寸所经历的裂纹扩展期，裂纹成核后直至发展到临界尺寸所经历的时间；时间；（3）快速断裂期，裂纹达到临界尺寸后，由纯力学作用裂纹）快速断裂期，裂纹达到临界尺寸后，由纯力学作用裂纹失稳瞬间断裂。失稳瞬间断裂。91金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院5.应力腐蚀的裂纹有应力腐蚀的裂纹有晶间型、穿晶型和混合型晶间型、穿晶型和混合型三种类型。三种类型。裂纹的途径与具体的金属环境体系有关。同一材料因环裂纹的途径与具体的金属环境体系有关。同一材料因环境变化，裂纹途径也可能改变。境变化，裂纹途径也可能改变。应力腐蚀裂纹主要特点是：应力腐蚀裂纹主要特点是：裂纹起源于表面；裂纹起源于表面；裂纹扩展方向一般裂纹扩展方向一般垂直垂直于主拉伸应力的方向；裂纹一般呈于主拉伸应力的方向；裂纹一般呈树枝状。树枝状。92金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院93金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院94金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院95金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院96金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院(a)活性通道理论活性通道理论应力作用下表面膜破裂与电化学活性溶解联合作用。应力作用下表面膜破裂与电化学活性溶解联合作用。基本条件：基本条件：合金中预先存在一条对合金中预先存在一条对腐蚀敏感的通道腐蚀敏感的通道，在特定介质条件下，在特定介质条件下活性活性阳极阳极；足够大的应力作用，在裂缝尖端应力集中，促使表面膜破裂。足够大的应力作用，在裂缝尖端应力集中，促使表面膜破裂。形成活性通道可能性有：合金成分结构差异形成活性通道可能性有：合金成分结构差异(析出相析出相)；晶界或亚晶界；局；晶界或亚晶界；局部应力集中及应变引起阳极晶界区；应变引起表面膜局部破裂；塑性变形部应力集中及应变引起阳极晶界区；应变引起表面膜局部破裂；塑性变形引起的阳极区等引起的阳极区等 SCC理论理论电化学理论电化学理论吸氢变脆理论吸氢变脆理论应力吸附破裂理论应力吸附破裂理论快速溶解开快速溶解开裂裂SCC模型模型 97金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院(b)快速溶解理论快速溶解理论活性通道不必预先存在活性通道不必预先存在,也可能发生也可能发生SCC,表面某种因素表面某种因素(如如点点蚀源蚀源等等)使应力集中使应力集中,前沿区迅速形变屈服前沿区迅速形变屈服,溶解速度很大（溶解速度很大（0.5A/cm2）,而两侧仅为而两侧仅为105A/cm2,可促使可促使SCC发生。发生。(c)闭塞电池理论闭塞电池理论缝隙内部腐蚀产物的堵塞形成闭塞电池缝隙内部腐蚀产物的堵塞形成闭塞电池,化化学微环境发生明显变化学微环境发生明显变化,pH下降下降,氢的渗入氢的渗入,脆化脆化(自催化自催化)导致导致SCC(SCC发展过程发展过程)。98金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院（2）吸氢变脆理论）吸氢变脆理论根据根据SCC断口脆性特征断口脆性特征,而提出氢脆理论而提出氢脆理论裂缝内裂缝内pH下降下降,电电位负移，发生：位负移，发生：H+还原还原H(渗入金属渗入金属)H2(析出析出)，使使SCC前沿变脆而开裂前沿变脆而开裂（3）应力吸附破裂理论）应力吸附破裂理论纯机械破裂机理，环境中某些破坏性组分对金属内表面的吸附纯机械破裂机理，环境中某些破坏性组分对金属内表面的吸附,削弱金属原子间的结合力削弱金属原子间的结合力,在应力作用下而发生应力腐蚀开裂。在应力作用下而发生应力腐蚀开裂。99金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院氧化物氧化物腐蚀腐蚀产物产物随随H+阴极还原氢进入阴极还原氢进入合金中合金中H+eH（Fe）H2H氢引起马氏体小片形成氢引起马氏体小片形成成为裂纹扩展的敏感途径成为裂纹扩展的敏感途径在扩展的裂纹中的阳极反应在扩展的裂纹中的阳极反应当（当（H+）建立（可能是慢的一步）从孔蚀形）建立（可能是慢的一步）从孔蚀形成显微裂纹成显微裂纹在裂纹中阳极反应得到高浓度（在裂纹中阳极反应得到高浓度（H+）如：）如：2Cr+3H2OCr2O3+6H+6eH2出口出口Cl-离子使钝化膜破坏产生离子使钝化膜破坏产生的孔蚀的孔蚀H钝化表面上的阴极反应：钝化表面上的阴极反应：2H2O+2eH2+2OH-在氯化物介质中奥氏体不锈钢裂纹形成和扩展模型在氯化物介质中奥氏体不锈钢裂纹形成和扩展模型100金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院应力腐蚀破裂的影响因素：应力腐蚀破裂的影响因素：金属的应力腐蚀受各方面金属的应力腐蚀受各方面因素的影响。内因包括金属的组成，组织结构；外因因素的影响。内因包括金属的组成，组织结构；外因包括介质的种类、浓度和温度等。下面来分别介绍：包括介质的种类、浓度和温度等。下面来分别介绍：1.应力应力2.金属和合金金属和合金3.介质介质 101金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院 1.应力应力发生腐蚀的应力虽然来自材料的加工和使用过程，在外加拉应发生腐蚀的应力虽然来自材料的加工和使用过程，在外加拉应力小时，应力对破裂时间影响不大；在外加应力大时，材料的破力小时，应力对破裂时间影响不大；在外加应力大时，材料的破裂时间缩短。裂时间缩短。不同材料的到达破裂时所需的最小应力值不同材料的到达破裂时所需的最小应力值K不同。合金到达破裂不同。合金到达破裂的时间对应力腐蚀的研究有很大的参考价值。的时间对应力腐蚀的研究有很大的参考价值。SCC体系存在临界应力腐蚀门槛值体系存在临界应力腐蚀门槛值KISCC，一般应力愈大一般应力愈大,开裂时间愈短；应力愈小，开裂时间愈短；应力愈小，开裂时间愈长，应力小到一定值时，不发开裂时间愈长，应力小到一定值时，不发生生SCC；断裂时间是评价材料；断裂时间是评价材料SCC敏感性敏感性的重要指标。的重要指标。102金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院 2.金属及合金金属及合金虽然纯度很高的金属也有产生应力腐蚀的现象，但虽然纯度很高的金属也有产生应力腐蚀的现象，但以二元和多元合金的敏感性较高，不锈钢中，加入适量以二元和多元合金的敏感性较高，不锈钢中，加入适量的的镍、铝、硅镍、铝、硅有利于提高钢的抗应力腐蚀性能。同一成有利于提高钢的抗应力腐蚀性能。同一成分的合金，通过不同的加工方法处理，获得不同的组织分的合金，通过不同的加工方法处理，获得不同的组织结构，对应力腐蚀的敏感性可以产生很大的差别。结构，对应力腐蚀的敏感性可以产生很大的差别。103金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院3SCC敏感介质敏感介质腐蚀介质中某些离子或分子对腐蚀介质中某些离子或分子对SCC有特效，如大气中微量有特效，如大气中微量H2S，NH3可使高强钢、可使高强钢、Cu发生发生SCC；ppmCl，在高温下可在高温下可使奥氏体不锈钢发生使奥氏体不锈钢发生SCC，ppmS2O32可使奥氏体不锈钢发生可使奥氏体不锈钢发生SCC。硝脆、碱脆、氯脆等是特定介质对特定材料作的作用而发生硝脆、碱脆、氯脆等是特定介质对特定材料作的作用而发生SCC。温度影响至关重要，温度影响至关重要，SCC热激活反应。热激活反应。溶解溶解O2对对SCC有重要影响。有重要影响。pH下降，下降，SCC敏感性增大，破裂敏感性增大，破裂时间缩短。时间缩短。发生均匀腐蚀的体系则一般不会发生发生均匀腐蚀的体系则一般不会发生SCC。104金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院应力腐蚀的控制：控制脆性断裂的途径，有两种应力腐蚀的控制：控制脆性断裂的途径，有两种:一是从内因入手，合理选材；一是从内因入手，合理选材；二是从外因入手，控制应力，控制介质或控制电位等办二是从外因入手，控制应力，控制介质或控制电位等办法，法，下面讲一些具体的方法。下面讲一些具体的方法。1.选用耐蚀材料选用耐蚀材料2.控制应力控制应力3.减弱介质的浸蚀性减弱介质的浸蚀性105金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院a.选材：在满足其它条件（性能、成本等）的情况下，结合具体选材：在满足其它条件（性能、成本等）的情况下，结合具体使用环境，尽量选择在该环境中尚未发生过应力腐蚀断裂的材使用环境，尽量选择在该环境中尚未发生过应力腐蚀断裂的材料，或对现有可供选择的材料进行试验筛选，择优使用。料，或对现有可供选择的材料进行试验筛选，择优使用。b.开发新材料：为满足一定的使用要求，在只能使用有敏感性的开发新材料：为满足一定的使用要求，在只能使用有敏感性的某类合金的情况下，发展新型耐应力腐蚀合金就成为冶金工作某类合金的情况下，发展新型耐应力腐蚀合金就成为冶金工作者的一项任务。者的一项任务。c.冶炼工艺和热处理工艺：采用冶金新工艺对减少材料中杂质、冶炼工艺和热处理工艺：采用冶金新工艺对减少材料中杂质、提高纯度、避免应力腐蚀是有益的。提高纯度、避免应力腐蚀是有益的。通过热处理改变组织、消除有害物质的偏析、细化晶粒等，对通过热处理改变组织、消除有害物质的偏析、细化晶粒等，对减少材料应力腐蚀敏感性器重要作用。减少材料应力腐蚀敏感性器重要作用。1.选用耐蚀材料选用耐蚀材料106金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院a.改进结构设计：应力腐蚀常发生在结构件的应力集中处，所以改进结构设计：应力腐蚀常发生在结构件的应力集中处，所以在设计时，应避免或减小局部应力集中的结构形式。结构设计应在设计时，应避免或减小局部应力集中的结构形式。结构设计应尽量避免缝隙和可能造成腐蚀液残留的死角，防止有害物质的浓尽量避免缝隙和可能造成腐蚀液残留的死角，防止有害物质的浓缩。缩。b.消除应力处理：应力腐蚀事故分析表明，由残余应力引起的比消除应力处理：应力腐蚀事故分析表明，由残余应力引起的比例最大，因而在加工、制造、装配中应尽量避免产生较大的残余例最大，因而在加工、制造、装配中应尽量避免产生较大的残余应力。应力。c.按照断裂力学进行结构设计：由于构件中存在宏观或亚微观的按照断裂力学进行结构设计：由于构件中存在宏观或亚微观的裂纹、缺陷是不可避免的，所以用断裂力学进行设计比用传统力裂纹、缺陷是不可避免的，所以用断裂力学进行设计比用传统力学方法具有更高的可靠性。学方法具有更高的可靠性。2.控制应力控制应力107金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院a.改善使用条件：每种合金都有其敏感的介质，减少和控制这些改善使用条件：每种合金都有其敏感的介质，减少和控制这些有害介质的数量蚀十分必要的。有害介质的数量蚀十分必要的。一般来说，降低氧含量、升高一般来说，降低氧含量、升高PH值是有益的。值是有益的。b.加入缓蚀剂：每种材料环境体系都有某些能够抑制或减缓应加入缓蚀剂：每种材料环境体系都有某些能够抑制或减缓应力腐蚀的物质，这些物质由于改变电位、促进成膜、阻止氢的侵力腐蚀的物质，这些物质由于改变电位、促进成膜、阻止氢的侵入或有害物质的吸附、影响电化学反应动力学等原因起到缓蚀作入或有害物质的吸附、影响电化学反应动力学等原因起到缓蚀作用，因而也就改变了环境的敏感性质。用，因而也就改变了环境的敏感性质。c.保护涂层：使用有机涂层可将材料保护涂层：使用有机涂层可将材料表面与环境隔离，或用对表面与环境隔离，或用对环境不敏感的金属作为敏感材料的镀层，都可减少材料的应力腐环境不敏感的金属作为敏感材料的镀层，都可减少材料的应力腐蚀敏感性。蚀敏感性。d.电化学保护：由于应力腐蚀发生在三个敏感的电位区间，理论电化学保护：由于应力腐蚀发生在三个敏感的电位区间，理论上可通过控制电位进行阴极或阳极保护防止应力腐蚀。但对不同上可通过控制电位进行阴极或阳极保护防止应力腐蚀。但对不同体系，要具体分析，分别对待。体系，要具体分析，分别对待。3.减弱介质的浸蚀性减弱介质的浸蚀性108金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院氢脆氢脆氢脆是含氢氢脆是含氢(固溶体或金属氢化物固溶体或金属氢化物)金属，金属，在应力作用下在应力作用下发生氢致开裂发生氢致开裂。金属中氢的来源：金属中氢的来源：i.裂缝内微电池阴极产物裂缝内微电池阴极产物(部分析出部分析出,部分渗入金属）部分渗入金属）;ii.内氢炼治内氢炼治,焊接焊接,酸洗酸洗,阴极充氢等阴极充氢等;iii.环境氢工业环境中吸收氢环境氢工业环境中吸收氢(如油井如油井H2S)。109金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院氢脆机理氢脆机理氢在金属中以氢在金属中以H、H+、H2、金属氢化物、固溶体化合物、碳金属氢化物、固溶体化合物、碳氢化合物等存在氢化合物等存在原子氢扩散入金属原子氢扩散入金属,生成生成脆性氢化物脆性氢化物(如氢化钛如氢化钛)；Bi、S、Te、Se、As会抑制会抑制H2生成，使金属中原子氢浓度升高。生成，使金属中原子氢浓度升高。H渗入金属渗入金属,与钢中碳反应生成甲烷：与钢中碳反应生成甲烷：Fe3C+2H23Fe+CH4CH4聚集在缺陷处聚集在缺陷处,发生鼓泡。钢中碳减少，使局部位置强度、发生鼓泡。钢中碳减少，使局部位置强度、韧性下降，造成氢致开裂。韧性下降，造成氢致开裂。110金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院4种表现形式：种表现形式：1）氢鼓泡（）氢鼓泡（HB）2）氢致开裂（）氢致开裂（HIC）3）应力导向氢致开裂（）应力导向氢致开裂（SOHIC）4）硫化氢应力腐蚀开裂（）硫化氢应力腐蚀开裂（SSCC）111金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院1）氢鼓泡（）氢鼓泡（HB）氢鼓泡是钢中的一些平坦的、充满氢的、不连续的空洞氢鼓泡是钢中的一些平坦的、充满氢的、不连续的空洞（如：气孔、夹杂、分层、硫化物夹杂）。（如：气孔、夹杂、分层、硫化物夹杂）。由于氢鼓泡而引起的对由于氢鼓泡而引起的对HIC的敏感性主要与厚钢板的钢的敏感性主要与厚钢板的钢中所含有的杂质有关，硫含量越高的钢越容易发生氢鼓中所含有的杂质有关，硫含量越高的钢越容易发生氢鼓泡。泡。降低钢的硫含量可以减轻钢对氢鼓泡和对降低钢的硫含量可以减轻钢对氢鼓泡和对HIC的敏感性。的敏感性。112金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院2）氢致开裂（）氢致开裂（HIC）金属内部不同平面上或金属表面的邻近的氢鼓泡金属内部不同平面上或金属表面的邻近的氢鼓泡（HB）的）的相互连接相互连接而逐步形成的内部开裂称为氢致而逐步形成的内部开裂称为氢致开裂（开裂（HIC）。）。形成形成HIC不需要有外部作用压力。不需要有外部作用压力。开裂的驱动力是开裂的驱动力是由于氢鼓泡内部压力的累积由于氢鼓泡内部压力的累积而在氢鼓泡周围形成的而在氢鼓泡周围形成的高压。高压。113金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院3 3）应力导向氢致开裂（）应力导向氢致开裂（）应力导向氢致开裂（）应力导向氢致开裂（SOHICSOHIC）SOHIC就是大量的小的鼓泡由于氢致开裂在局部的就是大量的小的鼓泡由于氢致开裂在局部的高高拉应力作用下拉应力作用下在钢板厚度方向上的连通。在钢板厚度方向上的连通。SOHIC是是HIC的一个特别形式。的一个特别形式。114金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院腐蚀疲劳腐蚀疲劳定义：金属材料在循环应力或脉动应力和腐蚀介质定义：金属材料在循环应力或脉动应力和腐蚀介质共同作用下产生脆性断裂。共同作用下产生脆性断裂。循环应力以交变的张应力和压应力循环应力以交变的张应力和压应力(拉拉-压应力交替压应力交替变化变化)最为常见。如海上、矿山的卷扬机牵引钢索、最为常见。如海上、矿山的卷扬机牵引钢索、油井钻杆、深井泵轴等。油井钻杆、深井泵轴等。脉动应力为交变应力和拉伸应力的叠加。如凿岩机脉动应力为交变应力和拉伸应力的叠加。如凿岩机所承受的是脉动应力。所承受的是脉动应力。115金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院腐蚀疲劳示意图腐蚀疲劳示意图116金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院腐蚀疲劳的特征腐蚀疲劳的特征腐蚀疲劳形成的条件：绝大多数金属或合金在交变应力下都腐蚀疲劳形成的条件：绝大多数金属或合金在交变应力下都可以发生，而且可以发生，而且不要求特定的介质不要求特定的介质，再容易引起孔蚀的介质，再容易引起孔蚀的介质中更容易发生。中更容易发生。金属遭受疲劳腐蚀后，表面容易观察到金属遭受疲劳腐蚀后，表面容易观察到短而粗的裂缝群短而粗的裂缝群。裂。裂缝容易在原有的坑蚀或蚀孔的底部开始，亦可从金属表面的缝容易在原有的坑蚀或蚀孔的底部开始，亦可从金属表面的缺陷部位开始。缺陷部位开始。裂缝多半穿越晶粒发展，只有主干，没有分支。裂缝的前缘裂缝多半穿越晶粒发展，只有主干，没有分支。裂缝的前缘较较“钝钝”，所受的应力不象应力腐蚀那样的高度集中，裂缝，所受的应力不象应力腐蚀那样的高度集中，裂缝扩展速度比应力腐蚀缓慢。断口大部分有腐蚀产物覆盖，小扩展速度比应力腐蚀缓慢。断口大部分有腐蚀产物覆盖，小部分断口较为光滑，呈脆性断裂。在扫描电镜观察下，断口部分断口较为光滑，呈脆性断裂。在扫描电镜观察下，断口呈贝壳状，或带有疲劳纹。呈贝壳状，或带有疲劳纹。117金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院腐蚀疲劳机理腐蚀疲劳机理在循环应力作用下，表面钝化膜不断破坏，裸金属不断暴在循环应力作用下，表面钝化膜不断破坏，裸金属不断暴露，腐蚀迅速发生。主要步骤露，腐蚀迅速发生。主要步骤(1)腐蚀介质中发生点蚀坑腐蚀介质中发生点蚀坑(疲劳源疲劳源);(2)应力作用下应力作用下,点蚀坑发生滑移点蚀坑发生滑移,形成滑移台阶形成滑移台阶;(3)滑移台阶上发生阳极溶解滑移台阶上发生阳极溶解;(4)反方向应力作用下反方向应力作用下,形成初始裂纹。形成初始裂纹。疲劳源滑移溶解裂纹应力应力应力应力应力应力应力应力118金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院磨损腐蚀磨损腐蚀由由于于腐腐蚀蚀性性流流体体和和金金属属表表面面间间的的相相对对运运动动而而引引起起金金属属的加速破坏，称为磨损腐蚀。的加速破坏，称为磨损腐蚀。当当流流体体的的运运动动速速度度加加快快(尤尤其其是是在在涡涡流流或或急急剧剧改改变变流流体体方方向向的的情情况况)，同同时时又又存存在在机机械械磨磨损损的的作作用用下下，金金属属以以溶溶解解的的离离子子状状态态脱脱离离表表面面，或或以以已已生生成成腐腐蚀蚀产产物物受到机械冲刷作用而脱离表面。受到机械冲刷作用而脱离表面。磨磨损损腐腐蚀蚀的的形形貌貌，常常带带有有方方向向性性的的槽槽、沟沟、波波纹纹、圆圆孔和山谷形。孔和山谷形。119金属腐蚀与防护（金属腐蚀与防护（2009-2010学年学年)化工与生物技术学院化工与生物技术学院 磨损腐蚀的两种重要形式磨损腐蚀的两种重要形式 湍流腐蚀和冲击腐蚀湍流腐蚀和冲击腐蚀高速流体或流动截面突然变化形成了湍流或冲击，对高速流体或流动截面突然变化形成了湍流或冲击，对金属材料表面施加切应力，使表面膜破坏。湍流形成金属材料表面施加切应力，使表面膜破坏。湍流
展开阅读全文