常見的金屬腐蝕形態(tài)及防護措施(三)

金屬常見的腐蝕形態(tài)主要有全面腐蝕和局部腐蝕，局部腐蝕主要類型

電偶腐蝕              點蝕(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 

防止SCC的措施

1.選票

.根據(jù)材料的具體使用環(huán)境，盡量避免使用對SCC敏感的材料。

2.消除應(yīng)力

.改進結(jié)構(gòu)設(shè)計，減小應(yīng)力集中和避免腐蝕介質(zhì)的積存

.在部件的加工、制造和裝配過程中盡量避免產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力

.可通過熱處理、表面噴丸等方法消除殘余應(yīng)力

3.涂層

.使用有機涂層可將材料表面與環(huán)境分開

.使用對環(huán)境不敏感的金屬作為敏感材料的鍍層

4.改善介質(zhì)環(huán)境

.控制或降低有害的成分

.有腐蝕介質(zhì)中加入緩蝕劑

.通過改變電位、促進成膜、阻止氫或有害物質(zhì)的吸附等，影響電化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)而起到緩蝕作用，改變環(huán)境的敏感性質(zhì)

5.電化學(xué)保護

.應(yīng)力腐蝕開裂發(fā)生在活化-鈍化和鈍化-過鈍化兩個敏感電位區(qū)間

.可以通過控制電位進行陰極保護或陽極保護防止SCC的發(fā)生

十、腐蝕疲勞

——定義

.材料或構(gòu)件在交變應(yīng)力與腐蝕環(huán)境的共同作用下產(chǎn)生的脆性斷裂

.腐蝕疲勞——空氣以外的腐蝕環(huán)境中的疲勞行為

     ☆ 腐蝕疲勞>單純疲勞

     ☆ 腐蝕疲勞>單純腐蝕

     ☆ 腐蝕環(huán)境不需要有明顯的侵蝕性

     ☆ 腐蝕——疲勞裂紋萌生所需時間減少 循環(huán)周次明顯減少 裂紋擴展速度增大

腐蝕疲勞特點

1.不存在疲勞極限

2.純金屬也會發(fā)生腐蝕疲勞

  -不需要材料-環(huán)境的特殊組合

  -鈍態(tài)，活化態(tài)均可

  -腐蝕介質(zhì)+交變應(yīng)力

3.腐蝕疲勞強度與耐蝕性

  ☆ 耐蝕材料的腐蝕疲勞強度隨抗拉強度的提高而提高

  ☆ 耐蝕性差的材料腐蝕疲勞強度與抗拉強度無關(guān)

4.腐蝕疲勞裂紋起源

  ☆ 多起源于表面腐蝕坑或缺陷

  ☆ 裂紋源數(shù)量較多

5.腐蝕疲勞裂紋

  ☆ 主要是穿晶裂紋

  ☆ 隨腐蝕發(fā)展裂紋變寬

6.脆性斷裂

  ☆ 沒有明顯的宏觀塑性變形

  ☆ 斷口有腐蝕的特征

  腐蝕坑、腐蝕產(chǎn)物、二次裂紋等

  ☆ 斷口有疲勞特征，疲勞輝紋

腐蝕疲勞機理

★ 交變應(yīng)力與腐蝕介質(zhì)共同作用的結(jié)果

★ 純疲勞機理與電化學(xué)腐蝕作用（借助應(yīng)力腐蝕或氫致開裂的機理）的結(jié)合

A.滑移帶優(yōu)先溶解模型：

  在交變應(yīng)力作用下次生駐留滑移帶

  擠出、擠入處由于位錯密度高，或雜質(zhì)在滑移帶沒和積使原子具有較高的活性，受到優(yōu)先腐蝕

  腐蝕疲勞裂紋形核

  變形區(qū)為陽極，未變形區(qū)為陰極

  在交變應(yīng)力作用下促進了裂紋的擴展。

B.蝕孔應(yīng)力集中模型:

.腐蝕疲勞 VS. SCC

    腐蝕疲勞易于形核：應(yīng)力狀態(tài)不同

    交變應(yīng)力 → 滑移具有累積效應(yīng) →  表面膜更容易遭到破壞 → 腐蝕疲勞裂紋形核

    靜拉伸應(yīng)力  →  滑移臺階產(chǎn)生相對困難

                → 滑移臺階溶解速度  →  再鈍化速度  → SCC裂紋擴展

.腐蝕疲勞  VS. 純疲勞裂紋

    腐蝕疲勞更易形核和擴展：腐蝕介質(zhì)的作用

    純疲勞，交變應(yīng)力低時

         → 純疲勞裂紋形核核困難，存在疲勞極限

              → 提高抗拉強度可以提高疲勞極限

    交變應(yīng)力低+腐蝕介質(zhì)：裂紋形核容易

        一旦形核   →  不斷擴展  → 不存在疲勞極限

                強度對裂紋形核影響小  → 疲勞強度與抗拉強度無關(guān)

腐蝕疲勞影響因素

.力學(xué)因素

 應(yīng)力循環(huán)參數(shù)、疲勞加載方式、應(yīng)力循環(huán)波形、應(yīng)力集中

.環(huán)境因素

 溫度、介質(zhì)的腐蝕性、外加電流

.材料因素

耐蝕性、組織結(jié)構(gòu)、表面狀態(tài)

—力學(xué)因素

■ 應(yīng)力循環(huán)參數(shù)

.應(yīng)力交變頻率高，腐蝕作用不明顯，機械疲勞為主

.應(yīng)力交變頻率低，與凈拉伸作用相似

.只有在某一交變頻率下最容易發(fā)生腐蝕疲勞，頻率越低，裂紋擴展速度越快

■ 疲勞加載方式

.扭轉(zhuǎn)疲勞 > 旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞 > 拉壓疲勞

■ 應(yīng)力循環(huán)波形

.方波、負鋸齒波影響小，正弦波、三角波或正鋸齒波影響大

—環(huán)境因素

.溫度

 溫度升高：對純疲勞影響小，腐蝕疲勞性能下降;

.介質(zhì)的腐蝕性

 ◇ 介質(zhì)腐蝕性越強 --》 腐蝕疲勞強度越低

 ◇ 腐蝕性過強 --》 形成疲勞裂紋可能性減小 --》裂紋擴展速度下降

.外加電流

 ◇ 陰極極化：裂紋擴展速度降低，但進入析氫電位區(qū)對高強鋼腐蝕疲勞性能有害：

 ◇ 陽極極化：加速活化態(tài)碳鋼腐蝕疲勞;提高氧化性介質(zhì)中碳鋼、不銹鋼的腐蝕疲勞強度

—材料因素

.耐蝕性

 耐蝕性高的金屬，對腐蝕疲勞敏感性小

 改善材料耐蝕性的合金化對腐蝕疲勞有益

.組織結(jié)構(gòu)

細化晶粒有利于提高腐蝕疲勞強度

.表面狀態(tài)

表面殘余應(yīng)力為壓應(yīng)力時，腐蝕疲勞性能好。

腐蝕疲勞控制

1.提高材料表面光潔度

  鍍鋅鋼絲在海水中的疲勞壽命得到了顯著延長

2.使用緩蝕劑

3.陰極保護

  廣泛用于海洋金屬結(jié)構(gòu)物腐蝕疲勞的防護

4.表面處理

  通過氣滲、噴丸和高頻淬火等表面硬化處理，在材料表面形成壓應(yīng)力層

十一、磨損腐蝕 (erosion-corrosion)

◇ 定義

    高速流動的腐蝕介質(zhì)(氣體或液體)對金屬材料造成的腐蝕破壞

    ——是流體的沖刷和腐蝕協(xié)同作用的結(jié)果

◇ 主要形式

(1)湍流腐蝕

(2)沖擊腐蝕

(3)空泡腐蝕

(4)  摩振腐蝕

其中(2)是磨損腐蝕的主要形式(1)和(2) 有時合稱為沖刷腐蝕

沖刷腐蝕的形態(tài)

.金屬表面一般呈現(xiàn)溝槽、凹谷、淚滴狀及馬蹄狀

.表面光亮無腐蝕產(chǎn)物積存

.與流向有明顯的依賴關(guān)系

沖刷腐蝕的機理

.沖刷腐蝕特征：

 沖刷對腐蝕的促進，腐蝕對沖刷的促進

 流體對電化學(xué)腐蝕行為的影響、流體產(chǎn)生的機械作用以及二者的交互作用

.腐蝕對沖刷的加速作用

 使表面粗化 形成局部微湍流

 溶解金屬表面的硬化層 露出較軟的基體

 使耐磨硬化相暴露以致脫落

沖刷對腐蝕的加速作用

防止沖刷腐蝕的措施

1.改進設(shè)計

  -降低表面流速和避免惡劣的湍流出現(xiàn)

2.控制環(huán)境

  -控制溫度、pH、氧含量，添加緩蝕劑

  -澄清和過濾流體中的固體顆粒

  -避免蒸汽中冷凝水的形成

  -去除溶解在流體中的氣體等

3.正確選材

4.表面處理與保護

5.陰極保護

空泡腐蝕 (cavitation erosion)

.空泡腐蝕（空蝕和氣蝕）

.一種特殊形式的沖刷腐蝕

.由于金屬表面附近的液體中空泡潰滅造成表面粗化、出現(xiàn)大量直徑不等的火山口狀的凹坑，最終喪失使用性能的一種破壞。

.只發(fā)生在高速的湍流狀態(tài)

.特別是液體流經(jīng)形狀復(fù)雜的表面，液體壓強變化很大的場合

.如水輪機葉片、螺旋槳、泵的葉輪、閥門及換熱器的集束管口等

空泡的形成與破滅

△在局部位置，當流速變得十分高

△靜壓強 < 液體汽化壓強 --》 液體內(nèi)迅速形成無數(shù)個小空泡

△空泡隨流體一起遷移

△單相流變成雙相流

△外部壓強升高 --》 空泡不斷被壓縮 --》最終潰滅（崩破）

△潰滅時間短，10-3S

△空泡原空間被周圍液體迅速充填 --》 強大的沖擊壓力，壓強可達103MPa

△大量空泡在金屬表面某個區(qū)域反復(fù)潰滅

△使金屬表面發(fā)生應(yīng)變疲勞并誘發(fā)裂紋

△導(dǎo)致空泡腐蝕

防止空泡腐蝕的措施

1.　改進設(shè)計，減小流程中流體動壓差

2.　選用較耐空蝕的材料或精磨表面

3.　用彈性保護層或陰極保護也有效

摩振腐蝕

承受載荷、互相接觸的兩表面由于振動和滑動，以及與周圍介質(zhì)發(fā)生的化學(xué)或電化學(xué)腐蝕的共同作用，導(dǎo)致表層材料流失的現(xiàn)象。

摩振腐蝕機理

粘著磨損

.兩個固體表面相對運動

.表面的突出部位或凸起發(fā)生塑性形變

.在高的局部壓力作用下焊合在一起

.表面繼續(xù)滑動時，物質(zhì)從一個表面剝落而粘著在另一個表面所引起的磨損

.會產(chǎn)生一些小的磨粒或碎屑，進一步加重表面磨損

磨料磨損

◆ 粗糙而堅硬的表面在一定的壓力下貼著軟表面滑動

◆ 或游離的堅硬固體顆粒在兩個摩擦面之間的滑動

◆ 產(chǎn)生磨損

◆ 與粘著磨損區(qū)別：沒有微焊接的發(fā)生

摩振腐蝕機理

.不存在機械磨損

 ◆ 材料在腐蝕環(huán)境中受膜的保護，腐蝕輕微：

.存在機械磨損作用

 ◆ 表面保護膜局部遭到破壞，腐蝕得以進行，且摩擦熱會加速腐蝕

 ◆ 剝落的保護膜通常以固體碎屑的形式存在與兩表面之間，引起磨料磨損

 ◆ 腐蝕磨損的損失量 > 純腐蝕 + 純磨損

摩振腐蝕防止措施

1.降低載荷會使磨損速度下降

2.注意使摩擦副的兩個表面具有相近的硬度會降低磨損率

3.通過合金化、選材或表面處理提高材料的耐磨性能

4.使用減摩材料或潤滑劑

常見的金屬腐蝕形態(tài)及防護措施(一)

常見的金屬腐蝕形態(tài)及防護措施(二)