材料的耐腐蚀性能与抗腐蚀措施.ppt

1、第十三章 材料的耐腐蚀性能,材料性能学,材料科学与工程学院,前言,本章从材料腐蚀的现象出发， 着重介绍金属材料的应力腐蚀断裂， 以及材料耐蚀性评价等内容。,第十三章 材料的耐腐蚀性能,13.1 材料腐蚀的基本概念 13.2 金属的电化学腐蚀倾向（略） 13.3 金属腐蚀速度及其控制（略） 13.4 金属材料的应力腐蚀断裂 13.5 材料的耐蚀性及抗腐蚀措施,13.1 材料腐蚀的基本概念,一、腐蚀的基本概念 1、定义： 物质的表面， 因发生化学或电化学反应， 而受到破坏的现象。 2、一种自发进行的过程， G 0。 3、性质： (1) 有害性： 造成设备的毁坏。 (2) 有利性： 电化学加工，制备

2、印刷线路板等。,13.1 材料腐蚀的基本概念,二、腐蚀的类型 1根据腐蚀的机理不同分类 (1)化学腐蚀 与非电解质直接发生化学作用而引起的破坏。 (2)电化学腐蚀 与电解质溶液发生电化学反应而引起的破坏。 2根据腐蚀的环境分类 大气、海水、淡水、土壤等。 3根据腐蚀破坏的外部特征分类 (1)全面腐蚀 腐蚀分布在整个表面上并连成一片。 可分为均匀腐蚀和不均匀腐蚀。,(2)局部腐蚀 腐蚀主要发生在金属表面的某一区域。,13.1 材料腐蚀的基本概念,(3)应力和环境介质共同作用下的腐蚀 应力腐蚀断裂： 是金属在拉应力的作用下并在某些活性介质 中发生的电化学腐蚀破裂。 腐蚀疲劳： 金属在交变应力(循环

3、应力或脉动应力)和腐 蚀环境介质的共同作用下产生的脆性断裂。 氢损伤： 是指氢进入金属中，导致金属材料塑性、韧 性明显下降，产生低应力脆断的损伤现象 分为氢脆、氢鼓泡、氢腐蚀三种。,13.4 金属材料的应力腐蚀断裂,* 应力腐蚀断裂(SCC)概念 金属材料，在拉应力和特定介质的共同作用下， 所引起的断裂。 腐蚀过程中，先出现微裂纹， 然后扩展为宏观裂纹， 宏观裂纹快速扩展， 最终断裂。,13.4 金属材料的应力腐蚀断裂,一、应力腐蚀断裂的条件及特征 (1)应力： 必须有拉应力（低于屈服强度）存在。 (2)介质： 一定的材料和一定的介质相互组合，形成一个应力腐蚀体系。 (3)速度： 约为10-8

4、10-6 m/s；介于纯腐蚀速度与纯断裂速度之间 (4)腐蚀断裂形态： 局部区域出现从表及里的裂纹； 裂纹在主干裂纹延伸的同时，还有若干分支同时发展； 裂纹的走向宏观上与拉应力方向垂直； 微观上一般为沿晶断裂， 也可能为穿晶解理断裂或二者的混合； 断裂表面可见到“泥状花样”的腐蚀产物及腐蚀坑。,13.4 金属材料的应力腐蚀断裂,二、应力腐蚀的机理 1、阳极溶解机理,金属表面形成钝化膜 拉应力钝化膜破裂 露出新鲜表面 新鲜表面为阳极，钝化膜表面为阴极 腐蚀微电池 阳极溶解 形成烛坑。,13.4 金属材料的应力腐蚀断裂,2、氢致开裂机理 应力和腐蚀介质共同作用下， 阴极反应氢原子 扩散到金属内部

5、金属脆性断裂。,13.4 金属材料的应力腐蚀断裂,三、影响应力腐蚀断裂的因素 1应力因素 (1)70-90S 应力腐蚀断裂； (2)临界应力SCC ： 发生应力腐蚀的最低应力； (3)应力腐蚀临界应力场强度因子KISCC： 表示含有宏观裂纹的材料，在应力腐蚀下的断裂韧度。,13.4 金属材料的应力腐蚀断裂,2介质环境因素 (1)特殊离子及浓度的影响 氧化剂及氯化物浓度。 (2)温度的影响 有一个温度范围。 (3)界面电位状况的影响 有一个电位范围。 3合金成分的影响 单相(纯度极高的)金属的敏感性小于二元合金和多元合金； 合金中元素的含量对应力腐蚀也有影响。,13.4 金属材料的应力腐蚀断裂,

6、四、防止应力腐蚀的措施 (1)降低和消除应力。 (2)合理选材。 抗SCC的材料，如碳钢、不锈钢等。 (3)控制环境，改善使用条件。 除去介质中危害性大的化学成分； (4) 控制温度，在临界温度以下。 (5) 采用外加电流阴极保护法。,13.5 材料的耐蚀性及抗腐蚀措施,一、耐蚀性及其评定方法 *概念： 金属材料在某一环境介质下承受或抵抗腐蚀的能力。 1、均匀腐蚀的程度与评定方法 通常采用质量指标、深度指标。 (1)腐蚀速度的质量指标 失重：v-=(W0 - W1)/(St) 增重：v+=(W2 - W0)/(St) (2)腐蚀速度的深度指标 vL = v- 8.76/ (3)均匀腐蚀金属耐蚀

7、性评定（采用深度指标）,13.5 材料的耐蚀性及抗腐蚀措施,2局部腐蚀的程度与评定方法 (1)局部腐蚀程度的表示方法 腐蚀强度指标： 是指材料腐蚀前后的强度极限变化率。 K=(b-b)/b100% 腐蚀延伸率指标： 是指材料腐蚀前后延伸率的变化。 K=(-)/)100%,13.5 材料的耐蚀性及抗腐蚀措施,(2)局部腐蚀金属耐蚀性评定 局部腐蚀的vL、 K关系评定标准： 把腐蚀深度指标（ vL ） 和年腐蚀延伸率（ K）指标结合起来划分。,应力腐蚀断裂倾向评定 以断裂时塑性指标下降值和 拉断时试样表面裂纹数目来评定。,13.5 材料的耐蚀性及抗腐蚀措施,二、影响金属材料腐蚀性的因素（自学） 1材料本身因素 (1)金属的化学稳定性 (2)合金成分 (3)金相组织与热处理 (4)表面状态 (5)应力 2环境因素 (1)介质的pH值 (2)介质成分及体积分数 (3)介质的温度与压力 (4)接触电偶 (5)其他因素,13.5 材料的耐蚀性及抗腐蚀措施,三、防止金属材料腐蚀的措施 1金属的电化学保护法 (1)阴极保护法 将被保护金属进行外加阴极极化，以减小或防止金属腐蚀。 (2)阳极保护法 2介质处理 一是去除介质中的有害成分二是调节介质的pH值三是降低气体中的湿度 3缓蚀剂保护法 通过添加少量