材料腐蝕與防護ppt課件(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 顯示出來。 圖6－14，6－15 ? 4 造成晶界、晶粒電化學性質不均勻的原因 ? （ 1）合金元素貧乏化； ? （ 2）晶界析出不耐蝕的陽極相； ? （ 3）雜質或溶質原子在晶界區偏析； ? （ 4）晶界處因相鄰晶粒的晶相、能量不同造成過 ? 渡性晶體組織； ? （ 5）由于新相的析出或轉變，造成晶界處具有較 ? 大的內應力； ?二 晶間腐蝕機理 ? 1 貧化理論 ? 對于不銹鋼 —— 貧鉻；對于鎳鉬合金 —— 貧鉬； ? 對于鋁銅合金 —— 貧銅； ? 貧鉻理論： ? 貧鉻區的形成，使晶粒與晶界構成活化－鈍化電 ? 偶電池，且電池具有大陰極－小陽極的面積比，從 ? 而加速晶界區的腐蝕。 ? 2 晶界 σ相析出 ? 3 晶界吸附理論 ?奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕 ： ? 固溶處理的奧氏體不銹鋼在較低溫度（ 450～ 850℃ ）加熱或緩慢冷卻過程中，碳傾向于與鉻結合形成復雜的碳化物（ Cr23C6），從過飽和的奧氏體中析出而優先分布在晶界上。 ? 晶界上（ Cr23C6）較晶粒內的平均含 Cr質量分數高得多，因此（ Cr23C6）的析出必然使其周圍晶界內消耗大量的鉻，由于碳在奧氏體中的擴散速度遠大于鉻的擴散速度，從而使消耗的鉻不能從晶粒中得到及時補充，其結果使晶界附近形成貧鉻區。 ? 貧鉻區含鉻質量分數低于不銹鋼表面形成耐蝕鈍化膜所需要的最低含鉻質量分數（ ），因而鈍化態受到破壞。 ? 晶界貧鉻區的電勢比晶粒內部低，更低于碳化物的電勢。在腐蝕介質作用下，晶粒與晶界及其附近區域構成大陰極 —— 小陽極的微電池，從而加速晶粒間界區的腐蝕。 圖6－17 ?三 影響晶間腐蝕的因素 ? 1 加熱溫度與加熱時間的關系 ? 2 合金成分的影響 ? （ 1）碳 ? （ 2）鉻、鎳、鉬 ? （ 3）鈦、鈮 ? （ 4）硼 ? 3 電極電勢與介質 圖6－16 ?四 晶間腐蝕的評價方法 ? 晶間腐蝕的評定方法依不同金屬材料而異。我國制定的不銹鋼晶間腐蝕試驗方法，國家標準為～ 5－ 90。 ? 1 硫酸－硝酸銅法（ Strauss方法） ? 該方法是將試樣置于 100g分析純硫酸銅， 100mL優級純硫酸，并用去離子水溶解，稀釋至 1000mL再加入銅屑所構成的溶液中，進行 16小時的煮沸實驗后，用彎曲法和金相法評定晶間腐蝕傾向。 ? 2 硫酸－硫酸鐵法（ Streicher法） ? 質量分數為 50177。 3％的硫酸水溶液 600mL，加入25g硫酸鐵，加熱使之溶解。將試樣在此溶液煮沸 120小時，用失重法予以評定。 ? 3 質量分數 65％硝酸法（ Huey法） ? 配制成 w(HNO3)=65177。 %d 硝酸溶液，將試樣煮沸五個周期（一個周期為 48小時），每次試驗需更換新溶液，用失重法評定結果。 ? 4 草酸電解法 ? 配制成 w（ ）＝ 10％的草酸溶液 1000mL，以不銹鋼為陰極，以試樣為陽極，在 20～ 50℃ ，施加1A/cm2的電流密度，電解 90s，用金相法評定。 ? 5 硝酸－氫氟酸法 ? 配制 w(HNO3)=10%和 w(HF)=3%的混合溶液，試樣在70177。 ℃ 下浸泡二個周期（每周期為 2小時），用失重法評定腐蝕傾向。 ? 此外，國外近年采用電化學再活化法（ Electrochemical Potentialtiokiic Reactivation EPR） .具有快速、簡便、非破壞性檢驗等特點。 ? 其原理如下： ? 將試樣置于 30℃ 的 +(硫氰化鉀 )溶液中，經 5分鐘后，以（ 100177。 5） mV/min 的掃描速度進行陽極極化，當電極電位達到＋ （ SCN）時反向掃描，以出現再活化后使陽極電流為零的電位作為實驗終點。 ? 根據正向動電位掃描下活化的最大電流（ Ia）和逆向掃描下活化態的最大電流（ Ir），它們的比值稱為再活化率 Ra，作為評價不銹鋼晶間腐蝕傾向的參數。 ? Ra＝（ Ir/Ia） 100% ? 再活化率的數值越大，晶間腐蝕的敏感性越高。 EPR法極化曲線 ?五 防止晶間腐蝕的措施 ? 1 降低或去除有害雜質 ? 2 加入少量穩定化元素 ? 3 固溶處理 ? 4 加入鐵素體形成元素 第五節 選擇性腐蝕 ? 合金在腐蝕過程中，較活潑的某一組分或某一元素優先溶解，這種腐蝕形式稱為選擇性腐蝕或成分選擇腐蝕。 ?腐蝕原電池： ? 電勢較正的金屬為陰極，電勢較負的金屬為陽極而發生優先溶解。 ?一 黃銅脫鋅 ? 1 腐蝕特征： ? 黃銅中的鋅被選擇性溶液，留下多孔的富銅區，導致合金強度下降。 ? 2 腐蝕形態： ? （ 1）層狀或均勻狀脫鋅 ? 多發生于含鋅量高的黃銅中，且常在酸性介質中發生。腐蝕沿著表面發展，黃銅表面的鋅象被一條條地剝走似的。 ? （ 2）塞（栓）狀脫鋅 ? 多發生于含鋅量較低的黃銅中和在中性、堿性介質中。腐蝕在黃銅局部地區向深處發展，由于鋅的溶解而形成多孔、麻孔。 黃銅脫鋅腐蝕形態 ? 3 腐蝕機理（溶解－沉積理論） ? 黃銅溶解；鋅留在溶液中；銅沉積到基體上； ? 脫鋅反應： ? 陽極反應 ? 陰極反應 eCuCueZnZn?????? 22???? OHeOHO 222122圖6－18 保養前的照片 ? Zn2+留在溶液中，而 Cu+迅速于溶液中的氯化物作用，形成 Cu2Cl2。接著 Cu2Cl2發生分解： ? 分離出的 Cu2+參與陰極還原反應，很快在靠近溶解地點的黃銅表面上以純銅的形式重新沉積： ? 4 控制措施 ? （ 1）黃銅中添加少量的砷、銻、鋁。 ? （ 2）盡可能地采用低鋅黃銅； 222 C u C lCuClCu ??CueCu ??? 22砷對黃銅脫鋅的影響 ?二 石墨化腐蝕 ? 灰鑄鐵上鐵選擇性地溶解而石墨沉積在鑄鐵的表面，這種腐蝕成為鑄鐵的石墨化腐蝕。 ? 灰鑄鐵在鹽水、礦水、土壤或極稀的酸性介質中使用時，易發生石墨化腐蝕。這種腐蝕中，石墨為陰極，形成腐蝕原電池，鐵被優先溶解，剩下石墨骨架與鐵銹組成的海綿狀物質沉積在鑄鐵的表面，使鑄鐵失去強度與金屬性能。 灰鑄鐵石墨化 第六節 縫隙腐蝕 ? 定義： ? 金屬表面上由于異物或結構上的原因存在縫隙，在介質存在時發生的局部腐蝕形態。或者說引起縫內金屬腐蝕加速的現象稱為縫隙腐蝕。 ?一 產生縫隙腐蝕的條件 ? 1 金屬結構的連接 ? 2 金屬與非金屬的連接 ? 3 金屬表面的沉積物、附著物。如灰塵、砂 ? 粒、腐蝕產物。 ?二 縫隙腐蝕的特征 ? 1 所有的金屬或合金在介質中都有可能發生縫 ? 隙。 ? 2 幾乎所有的腐蝕介質都可使金屬或合金產生 ? 縫隙腐蝕。 ? 3 產生縫隙腐蝕的電勢比小孔腐蝕電勢負，即 ? 縫隙腐蝕比小孔腐蝕容易發生。 ? 4 縫隙腐蝕使金屬構件強度降低；縫隙擴寬導 ? 致裝配困難、漏水、漏氣。 ?三 縫隙腐蝕的機理 ? 1 氧濃差電池機理 ? 2 自催化效應機理－閉塞電池腐蝕 ? 腐蝕初期（縫隙內部）： 微陽極 : M→Mn++ne 微陰極： O2+2H2O+4e →4OH 在包括縫隙內部的整個金屬表面上均勻發生?？p內 O2很快被耗盡，而縫外 O2不易擴散到縫隙深處。使縫內金屬表面與縫外金屬表面之間形成宏電池。 縫內 O2少，電位負，為陽極區， 縫外 O2多，電位正，為陰極區。 圖 616 縫隙腐蝕的兩個過程 （ a）前期腐蝕；（ b）后期腐蝕 ?四 縫隙腐蝕與小孔腐蝕特征比較 ? 1 相同之處： ? 兩種腐蝕發展的階段機理一致－自催化作用。 ? 2 不同之處： ? （ 1）腐蝕產生的條件 ? 小孔腐蝕： 介質中需含有活性陰離子，首先有蝕孔再 ? 孔生長； ? 縫隙腐蝕： 任何介質都可產生縫隙腐蝕，首先存在縫隙； ? 孔蝕的電勢值高于縫隙腐蝕的電勢值。 ? （ 2）腐蝕形態 ? 小孔腐蝕的蝕孔窄而深；縫隙腐蝕的孔寬而淺； ?五 縫隙腐蝕的影響因素及防止措施 ? 1 影響因素 ? （ 1）合金元素的影響； ? （ 2）環境因素的影響； ? 2 防止措施 ? （ 1）合理設計； ? （ 2）電化學保護； ? （ 3）合理選擇耐蝕材料； ? （ 4）改善腐蝕環境－緩蝕劑法； 第七章 應力作用下的腐蝕 ?第一節 應力腐蝕破裂 ?第二節 氫損傷（氫脆） ?第三節 腐蝕疲勞 ?第四節 磨損腐蝕 第一節 應力腐蝕破裂 （ Stress Corrosion Cracking SCC） ?一 應力腐蝕破裂的特征 ? 1 發生應力腐蝕破裂需同時具備的三個條件 ? （ 1）特定的合金成分和組織 ? 包括合金的晶粒大小、晶粒取向、形態、 ? 相結構、各類缺陷、加工狀態等。 ? （ 2）特定環境 ? 包括介質成分、濃度、雜質和溫度。 ? 如表 引起合金產生 SCC的某些介質； ? （ 3）足夠大的拉伸應力（超過某一極限值） 金屬材料 腐蝕介質 低碳剛和低合金鋼 NaOH溶液，硝酸鹽溶液，含 H2S和 HCl溶液，沸騰濃 MgCl2溶液，海水，海洋大氣和工業氣體 不銹鋼 氯化物水溶液，沸騰 NaOH溶液，高溫高壓含氧高純水，海水，海洋大氣， H2S水溶液 鎳基合金 熱濃 NaOH溶液， HF蒸汽和溶液 銅合金 氨蒸汽和溶液，汞鹽溶液， SO2大氣，水蒸氣 鋁合金 熔融 NaCl， NaCl溶液，海洋大氣，濕工業氣體，水蒸氣 鈦合金 發煙硝酸，甲醇，甲醇蒸汽， NaCl溶液（ 290?C)，HCl(10%,35%)， H2SO4(7%~6%)，濕 Cl2(288 ?C 、 346 ?C 、427 ?C)、 N2O(含 O2，不含 NO， 24~74 ?C) 引起合金產生 SCC的某些介質 ? 2 發生應力腐蝕破裂有三個敏感電勢區 ? （ 1）區域 1：活化－陰極保護過渡區 ? （ 2）區域 2：活化－鈍化電勢過渡區 ? （ 3）區域 3：鈍化－過鈍化電勢區 圖7－2 ? 3 只有拉伸應力引起應力腐蝕破裂，壓應力不引起應力腐蝕破裂 ? 拉伸應力的來源： ? （ 1）殘余應力 ? （ 2）外應力和載荷（工作應力） ? （ 3）不均勻應力 ? （ 4）熱應力 拉應力方向 ? 4 破裂過程存在三個階段 （ 1）孕育期 ? 裂紋源成核階段，所需時間占整個破裂時間的 90％； （ 2）裂紋擴展期 ? 裂紋成核后 直至發展到臨界尺寸所經歷的時間； （ 3）快速破裂期 由純力學作用，裂紋失穩導致破裂； ? 5 陽極溶解型應力腐蝕破裂的形貌 ? （ 1）晶間型 ? （ 2）穿晶型 ? （ 3）混合型 不銹鋼應力腐蝕裂紋形貌 拉應力方向 銅合金的晶間應力腐蝕斷裂 ?二 應力腐蝕破裂的機理 ? 1 快速溶解理論（電化學陽極溶解理論） ? 該理論認為，金屬在應力和腐蝕的共同作用下，局部位 ? 置產生裂紋。這種裂紋的形成是由于電化學快速溶解而形成的。其過程： ? （ 1）金屬表面存在一層保護膜。且膜上存在缺陷； ? （ 2）缺陷部位上的電極電勢比其他完整部位低，成為活性 ? 點； ? （ 3）應力作用下，活性點處被破壞，成為腐蝕電池的陽極； ? （ 4）陽極面積小，陰極面積大，腐蝕電流加大，活性點處 ? 的金屬溶解； ? （ 5）形成溝狀裂紋