材料腐蚀失效形式与机理

1、材料的腐蚀失效形式和机理，XXX，1，PPT学习和交流，腐蚀危害，腐蚀机理和形式，整体腐蚀和局部腐蚀，应力腐蚀，碱腐蚀(碱脆)，主要内容，1，2，3，4，5，腐蚀危害，2，PPT学习和交流，1，1，5。在使用金属的地方，有各种各样的腐蚀问题。特别是在工业生产中，由于介质的性质，腐蚀变得更加严重。腐蚀导致完好的金属设备局部泄漏，导致报废，甚至造成重大伤亡，这是极其有害的。因此，腐蚀问题一直是世界各国密切关注和应该解决的工程技术问题。1937年，壳牌公司计算出全球每年因腐蚀造成的金属材料损失至少为1亿吨，占各国国内生产总值的2-4%。中国的腐蚀损失更令人担忧。根据2002年中国工业和自然环境腐蚀调

2、查及对策，当年中国因腐蚀造成的直接经济损失超过5000亿元。2013年7月，一位院士表示，仅海洋腐蚀在中国造成的经济损失就超过了每年1.5万亿元人民币。4、PPT学习交流，腐蚀机理与形式，2、2.1腐蚀机理，腐蚀是指材料与环境之间的化学反应或电化学反应所造成的损害(DIN 50900- 2002)。根据腐蚀反应机理，腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。化学腐蚀是指反应前后没有电子转移，化合价不增不减，即反应过程中没有电流产生。电化学腐蚀是指材料表面与环境介质发生电化学反应而造成的损伤。它的特点是腐蚀过程中产生电流，包括反应前后的电子转移，以及价数的增减，这是一种典型的电化学反应。5、PPT学习与交

3、流，2.2腐蚀失效形式，和一般腐蚀一样，也叫均匀腐蚀，它发生在整个表面，具有腐蚀速度均匀、进展缓慢、危害小和易预防大气腐蚀等特点。局部腐蚀发生在材料的微观区域，隐蔽性强，腐蚀速度快，危害大，很难防止，如海水中氯离子的点蚀。根据失效形式，局部腐蚀主要包括电偶腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、选择性腐蚀、应力腐蚀开裂、腐蚀疲劳、氢脆等。6、PPT学习与交流，综合腐蚀与局部腐蚀，3、3.1均匀腐蚀，均匀腐蚀是最常见的腐蚀形式。这是一种典型的小阴极大阳极的腐蚀破坏形式，因为腐蚀介质均匀地到达金属的各个表面并发生电化学反应，从宏观上看表现出均匀的减薄。电极反应，阳极： Fe Fen ne(溶解)阴极：33

4、60 H2O 0.5o 2 e2oh-反应：fe2oh-Fe(OH)24fe(OH)22h2o 4 Fe(OH)3进一步反应：fe2o 3 Fe 3H2O Fe(OH)3 3h h h h h h 2，7，PPT研究和交换，图3-1电化学腐蚀反应，图3-2是圆棒的均匀腐蚀，金属在大气中的腐蚀，高温高氧化都属于均匀腐蚀。解决方案：可通过在表面涂覆耐腐蚀涂层或镀层、缓蚀剂、阴极保护、合理设计和选择合适的材料来防止。8，PPT学习交流，3.2电偶腐蚀，电偶腐蚀，也叫接触腐蚀或异种金属之间的腐蚀。当两种金属在电解质溶液中相互接触时，具有负电极电势的贱金属成为阳极，具有较高电极电势的贵金属成为阴极，这构

5、成了腐蚀电池，并且贵金属受到保护。这种现象被称为电偶腐蚀。电极反应与均匀腐蚀基本相同。例如，碳钢管板和钛管之间将形成电偶腐蚀(图3-3):阳极：Fe22e阴极：1/2oo 2 H2O 2 H2O反应：fe22oh Fe(OH)24fe(OH)22h2o O2 4fe(OH)3进一步反应：3fe 2h2o fe3o 4 8h2o fe2fe 3fe 33h2o Fe(OH)33h，9，PPT学会交流，钛，碳钢，图3-3钛和碳钢之间的电极电位序列，图3-4电极电位序列例如，钢泵轴、阀杆和石墨垫圈接触，钢遭受电偶腐蚀；在热交换器管与铸铁和钢管板的接触处，管板被迅速腐蚀。海水中不同金属的电极电位排序如

6、图3-4所示。基于金属之间的电极电位差和电偶腐蚀的原理，可以将基底金属和有用的金属部件配对以牺牲基底金属阳极来保护阴极材料。例如，表面喷铝和镀锌的金属零件就是成功应用的例子。析氢反应：2H 2e 2H，解决和防止电偶腐蚀的措施(1)设计大阳极和小阴极的电偶组合或尽可能将材料放在电偶序列的中间位置；(2)表面涂层；(3)阴极保护，如外加电流或牺牲阳极块。11，PPT学习与交流，3.3缝隙腐蚀，在腐蚀性介质中，金属与金属或金属与非金属固体形成一个间隙，宽度只有几十到几百微米，电解液进入间隙，但它使溶液保持在停滞状态。由于间隙表面和内部的氧浓度不同，形成了一个腐蚀性电池，如图3-5所示。此外，活性阴

7、离子在缝隙中的迁移增加，这加剧了可蚀性并导致缝隙腐蚀。垢下腐蚀是一种缝隙腐蚀。阳极：M Cl MCl(在间隙中)MCL H2O MOH cl阴极：H2O 0.5O2 2e 2OH(在间隙外)，电极反应，12，PPT学习和交流，(a)形成机理，(b)缝隙腐蚀原理，图3- 5缝隙腐蚀机理，13，PPT学习和交流，缝隙腐蚀经常发生在垫圈接触的螺母和法兰下。解决和防止缝隙腐蚀的措施(1)结构型式的合理设计；(2)正确的材料选择(普通304和316不锈钢容易发生缝隙腐蚀)；(3)电化学保护；(4)缓蚀剂的应用(一定量的磷酸盐、铬酸盐等)。)；对钢、铜、锌等的有效保护。)。作为间隙中的阳极，腐蚀加速，而作

8、为间隙外的阴极，腐蚀较小。随着缝隙中阴离子浓度和酸度的增加，缝隙腐蚀扩大，最终形成新月形腐蚀(图3-4a)。14，PPT学习交流，3.4点蚀，点蚀也叫点蚀。像缝隙腐蚀一样，它是一种非常局部的腐蚀形式，与卤素离子如氯离子和氟离子有关。它是一种自催化过程，其中孔隙中的金属溶解，因此孔隙中的氢浓度增加。虽然没有发生氧还原反应，但是氧的阴极还原反应发生在与孔相邻的表面上，使得孔可以沿着深度方向快速膨胀。因此，点蚀是最具破坏性和隐蔽性的，最有可能发生在含氯介质中。其反应式与缝隙反应相似，反应过程如下：M Cl MCl(点蚀坑内)，MCL H2O MOH Cl(点蚀坑外)，15。PPT学习和交流，金属表面

9、不平整，如划痕、凹陷、夹杂物等。通常是点蚀的来源点，当介质中同时存在卤素离子和氧化剂(如溶解氧)时，很容易发生点蚀，因此氧化性氯化物(如钝化金属，如不锈钢和表面涂层金属)容易产生小而深的点蚀坑。典型的点蚀形态如图3-6和图3-7所示。图3-7 TP 312不锈钢的点蚀形貌图3-8不锈钢在氯化钠中的点蚀，16。PPT学习交流，图3-9是通过将另一种不锈钢(SUS317)浸泡在C1溶液介质中形成的点蚀的另一种形态。图3-9将sus317浸泡在含氯水溶液中形成的点蚀坑，解决和防止点蚀的措施：(1)改善介质条件，降低氯含量；(2)选择抗点蚀的合金材料，如双相钢；(3)钝化材料表面，提高钝化稳定性；(4

10、)阴极保护，使不锈钢处于稳定的钝化区。17，PPT学习与交流，3.5晶间腐蚀，晶间腐蚀是金属在特定腐蚀介质中沿晶界或晶界附近的腐蚀，使晶间结合力受损。这是一种非常局部的腐蚀现象。杂质元素的存在、更活泼的金属元素的富集或晶界上某一相的沉淀将导致其周围某一合金元素的贫乏，这将降低晶界或其相邻狭窄区域的化学稳定性。同时，介质对这些区域有较大的腐蚀性能，而其余部分相对较小，出现晶间腐蚀。晶间腐蚀后，金属的整体尺寸几乎不变，大部分仍保持金属光泽，但金属的强度和延展性大大降低，冷弯后表面出现裂纹，严重时甚至失去金属光泽。18、进行PPT研究和交流，并对晶间腐蚀敏感部位腐蚀后的截面进行金相分析。可以发现，局

11、部腐蚀甚至晶粒脱落发生在晶界或邻近区域，腐蚀沿晶界发展并均匀推进。图3-10和图3-11是典型的晶间腐蚀模式。在靠近焊缝的两侧，出现了几种晶粒宽度的窄条晶间腐蚀，在两相晶界上出现了严重的晶界腐蚀。在510-780的回火加热区，特别是焊接接头的热影响区，由于晶界区的铬缺乏，有发生晶间腐蚀的趋势。在有色金属铝中，少量的铁沉淀在晶界，这将导致晶间腐蚀；高强度铝合金通过CuAl 2化合物的沉淀得到强化，但贫铜与相邻金属之间的显著电位差将导致晶间腐蚀。19，PPT研究和交换，图3-10不锈钢100的晶间腐蚀图3-11相界的晶间腐蚀，解决和防止晶间腐蚀的措施，(1)降低碳含量应小于0.03重量%，如304

12、L或316l(2)合金化，加入钛、铌、钒等强碳化物形成元素；(3)热处理、高温固溶处理、淬火和韧化。20，PPT学习交流，应力腐蚀，4.1应力腐蚀，应力腐蚀，又称应力腐蚀开裂(SCC)，是指金属材料在拉应力和腐蚀介质的共同作用下发生开裂和脆性断裂的现象。在某些腐蚀介质中，材料在无应力的情况下腐蚀很小，但当拉应力达到一定尺寸时，即使是韧性金属也会发生脆性开裂，并且在断裂前没有明显的迹象，这往往会导致灾难性的后果。应力腐蚀开裂一般有三种情况：敏感材料、拉应力和特定腐蚀介质。工程中常见的应力腐蚀开裂主要包括黄铜的氨脆、锅炉钢的碱脆、低碳钢的硝酸盐脆和不锈钢的氯脆。4，21，PPT研究和交换，一些金属

13、对应力腐蚀开裂非常敏感，并在开始时承受拉伸应力，如热应力、冷加工、热加工和其他残余应力。当总应力超过某一临界应力值时，在腐蚀环境中会发生应力腐蚀开裂，导致裂纹甚至断裂。裂纹的来源通常是孔底部的点蚀或腐蚀。裂纹扩展有三种类型：沿晶界扩展、穿晶扩展或混合扩展。主裂纹通常垂直于主应力，并伴有分叉裂纹，裂纹扩展速度极快。裂缝很脆。图3-12和图3-13显示了不锈钢应力腐蚀开裂的裂纹形态。在含有氯离子的介质中，奥氏体不锈钢换热器、蒸发器和管道最容易发生应力腐蚀开裂。为了防止应力腐蚀开裂，(1)将施加的应力控制在临界开裂应力以下；(2)更换对环境压力不敏感的材料腐蚀疲劳具有以下特点：(1)没有疲劳极限；(

14、2)与应力腐蚀裂纹不同，只要有腐蚀介质，纯金属就会遭受腐蚀疲劳。(3)金属的腐蚀疲劳强度与其耐腐蚀性有关；(4)腐蚀疲劳裂纹主要来源于表面或凹坑，裂纹源很多。腐蚀疲劳裂纹主要是穿晶裂纹和晶间裂纹。(5)腐蚀疲劳裂纹是没有宏观塑性变形的脆性断裂，断口上有腐蚀。24，PPT学习交流，图3-14是4Cr13马氏体不锈钢的腐蚀疲劳断裂形态，图3- 15是SUS316不锈钢托盘的腐蚀疲劳断裂形态的宏观图。图3-14潜水电机滑板腐蚀疲劳裂纹断口形貌，图3-15 316不锈钢腐蚀疲劳断口形貌，25防止腐蚀疲劳裂纹的PPT学习和交流方法，(1)降低材料表面粗糙度；(2)加入缓蚀剂；(3)电化学阴极保护；(4)

15、表面硬化处理，例如渗铝和喷丸处理以形成压应力；(5)降低部件的工作应力。4.3氢脆，即氢离子扩散到金属中形成固溶体或金属氢化物，导致金属韧性下降和材料脆性降低的现象。PPT学会沟通，氢化物的沉淀破坏了晶体结构的完整性，在外部应力的作用下局部诱发裂纹，材料变脆，类似于应力腐蚀开裂，只是应力腐蚀开裂发生在金属阳极的敏感区域，氢脆发生在金属阴极的敏感区域，有时称为氢诱发应力腐蚀开裂(HISCC)。氢脆是高强度合金钢中常见的隐患。解决和防止氢气损坏的措施，(1)减少内部氢气；(2)限制外部氢气；(3)减少材料中的缺陷数量，如晶界偏聚、夹杂和位错；(4)替代氢扩散系数低的钢或合金，如镍或镍基合金。在核电设备中，锆包壳在高温下工作时，由于吸收和腐蚀反应产生氢气，形成ZrH1.5脆性相，最终加速包壳材料的老化和脆化。4.4腐蚀磨损是指腐蚀性流体在金属表面相对快速移动而引起的金属加速腐蚀现象，是流体腐蚀和介质腐蚀的相互作用，如流体加速腐蚀，也称为流致腐蚀。然而，常见的工作条件是腐蚀性流体含有固体颗粒。此时，电化学腐蚀和机械磨损同时存在，它们的相互作用加速了材料的损伤过程。材料损坏相当严重。对于没有固体颗粒的腐蚀性流体，通常有三种类型的腐蚀