腐蚀与防护8.ppt

选择性腐蚀 定义: 广义的选择性腐蚀：局部腐蚀 狭义的选择性腐蚀 ：在多元合金中较活泼组分的优先溶解，由于合金组分的电化学差异而引起的。 特点： 在二元或多元合金中，较贵的金属为阴极，较贱的金属为阳极，构成成分差异腐蚀原电池，较贵的金属保持稳定或与较活泼的组分同时溶解后再沉积在合金表面，而较贱的金属发生溶解。 比较典型的选择性腐蚀：黄铜脱Zn 应力作用下的腐蚀 应力腐蚀（开裂）SCC —Stress corrosion cracking SCC发生条件 金属和合金发生SCC要求同时具备三个基本条件: 敏感材料、特定介质和拉伸应力 应力腐蚀开裂的特征 1．SCC属于滞后破坏: 材料在拉应力和腐蚀介质共同作用下，需要经过一定时间裂纹形核、裂纹亚临界扩展，并最终达到临界尺寸后，发生断裂。 SCC分为三个阶段： 孕育期：裂纹萌生阶段，即裂纹源成核所需时间，约占整个SCC时间的90％左右。 裂纹扩展期：裂纹成核后直至发展到临界尺寸所经历的时间。 快速断裂期：裂纹达到临界尺寸后，受纯力学的作用，裂纹失稳瞬间断裂。 整个断裂时间，与材料、介质、应力有关，短则几分钟，长可达若干年。对于一定的材料和介质，应力降低，断裂时间延长。 对大多数可发生SCC的腐蚀体系来说，存在一个门槛应力或临界应力σth，在此临界值以下，不发生SCC。 SCC机理1：阳极溶解机理 在发生SCC的环境中金属表面通常被钝化膜覆盖，金属不与腐蚀介质直接接触。 当钝化膜遭受局部破坏后，裂纹形核，并在应力作用下裂纹尖端沿某一择优路径定向活化溶解，导致裂纹扩展，最终发生断裂。 应力腐蚀阳极溶解机理： 膜破裂－裂纹尖端基体溶解－断裂 防止SCC的措施 选材、消除应力和减轻腐蚀 选材： 根据材料的具体使用环境，尽量避免使用对SCC敏感的材料； 消除应力： 改进结构设计，减小应力集中； 在部件的加工、制造和装配过程中尽量避免产生较大的残余 应力； 可通过热处理、表面喷丸等方法消除残余应力。 防止SCC的措施 减轻腐蚀: 改善环境，降低环境的SCC敏感性： 控制或降低有害的成分； 腐蚀介质中加入缓蚀剂； 改变电位、促进成膜； 电化学保护： 可以通过控制电位进行阴极保护或阳极保护防止SCC的发生。 涂层： 使用有机涂层可将材料表面与环境分开，或使用对环境不敏感的金属作为敏感材料的镀层，都可减少材料SCC敏感性。 氢致开裂 氢致开裂 氢致开裂的定义： （Hydrogen Induced Cracking， HIC） 金属中氢的存在或氢与金属交互作用引起的金属开裂的现象。 金属中氢的行为 氢的来源和氢的传输 氢在金属中的溶解度 西沃茨定律： 在恒定的温度下，处于平衡状态时，氢的浓度与氢压的平方根成正比。 处于晶格间隙位置的氢原子（浓度为CL）可以被陷阱捕获，而陷阱中的氢原子（浓度为CT）也可能跑出陷阱进入晶格间隙位置。 在平衡时： 平衡常数K： Eb为陷阱结合能。 如Eb较小（≤0.6eV），氢容易从陷阱中跑出来，这种陷阱为可逆陷阱。处于可逆陷阱中的氢易于参与氢的扩散及氢致开裂过程。 如果Eb较大（0.6eV），氢陷阱中的氢难以跑出，这类陷阱为不可逆陷阱。处于不可逆陷阱中的氢难于参与氢的扩散及氢致开裂过程。 可逆陷阱和不可逆陷阱在外部条件（如温度）变化时可能发生转变。 位错迁移： 位错是一种特殊的氢陷阱，位错不仅能将氢原子捕获在其周围，形成Cottrell气团，而且由于氢在金属中扩散快，在位错运动时氢气团能够跟上位错一起运动，即位错能够迁移氢。 当运动的位错遇到与氢结合能更大的不可逆陷阱时，氢将被“倾倒”在这些陷阱处。 氢致开裂的分类 氢腐蚀：由于氢在高温高压下与金属中第二相（夹杂物或合金添加物）发生化学反应，生成高压气体（如CH4、SiH4）引起材料脱碳、内裂纹和鼓泡的现象。 氢鼓泡：过饱和的氢原子在缺陷位置（如夹杂）析出，形成氢分子，在局部造成很高的氢压，引起表面鼓泡或内部裂纹的现象。 氢化物型氢脆：氢与IVB和VB族金属有较大的亲和力，含氢量较高时容易生产脆性的氢化物相，并在随后受力时成为裂纹源，引起脆断。 氢致开裂的分类 应力诱发氢化物型氢脆： 在应力作