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.消除應力
.改進結構設計，減小應力集中和避免腐蝕介質的積存
.在部件的加工、制造和裝配過程中盡量避免產(chǎn)生較大的殘余應力
.可通過熱處理、表面噴丸等方法消除殘余應力
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.改善介質環(huán)境
.控制或降低有害的成分
.有腐蝕介質中加入緩蝕劑
.通過改變電位、促進成膜、阻止氫或有害物質的吸附等，影響電化學反應動力學而起到緩蝕作用，改變環(huán)境的敏感性質
5.電化學保護
.應力腐蝕開裂發(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
.材料或構件在交變應力與腐蝕環(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+交變應力
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
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
★ 交變應力與腐蝕介質共同作用的結果
★ 純疲勞機理與電化學腐蝕作用（借助應力腐蝕或氫致開裂的機理）的結合
A.滑移帶優(yōu)先溶解模型：
在交變應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
在交變應力作用下促進了裂紋的擴展。
B.蝕孔應力集中模型:
.腐蝕疲勞 VS. SCC
腐蝕疲勞易于形核：應力狀態(tài)不同
交變應力 → 滑移具有累積效應 → 表面膜更容易遭到破壞 → 腐蝕疲勞裂紋形核
靜拉伸應力 → 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：腐蝕介質的作用
純疲勞，交變應力低時
→ 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
交變應力低+腐蝕介質：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
腐蝕疲勞影響因素
.力學因素
應力循環(huán)參數(shù)、疲勞加載方式、應力循環(huán)波形、應力集中
.環(huán)境因素
溫度、介質的腐蝕性、外加電流
.材料因素
耐蝕性、組織結構、表面狀態(tài)
—力學因素
■ 應力循環(huán)參數(shù)
.應力交變頻率高，腐蝕作用不明顯，機械疲勞為主
.應力交變頻率低，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
.扭轉疲勞 > 旋轉彎曲疲勞 > 拉壓疲勞
■ 應力循環(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;
.介質的腐蝕性
◇ 介質腐蝕性越強 --》 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
.組織結構
細化晶粒有利于提高腐蝕疲勞強度
.表面狀態(tài)
表面殘余應力為壓應力時，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構物腐蝕疲勞的防護
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力層
十一、磨損腐蝕 (erosion-corrosion)
◇ 定義
高速流動的腐蝕介質(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)域反復潰滅
△使金屬表面發(fā)生應變疲勞并誘發(fā)裂紋
△導致空泡腐蝕
防止空泡腐蝕的措施
1. 改進設計，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，以及與周圍介質發(fā)生的化學或電化學腐蝕的共同作用，導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?；蛩樾?，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
