第三章-4全面腐蚀与局部腐蚀.ppt

第3章 全面腐蚀与局部腐蚀 腐蚀疲劳和磨耗腐蚀 应力作用下的腐蚀破坏 一、腐蚀疲劳破坏的特征 金属材料和工程结构在交变应力和腐蚀介质协同、交互作用下导致的破坏现象，称为腐蚀疲劳失效。 腐蚀疲劳过程受力学因素、环境因素和材料因素交互影响，与一般腐蚀、纯机械疲劳和应力腐蚀失效相比，表现出诸多自身的特征。 腐蚀疲劳引起的破坏比单独由腐蚀和机械疲劳(即惰性环境中的纯疲劳)分别作用时引起破坏的总和严重得多，它不仅是航空、船舶、石油、天然气、化工、冶金、机械、海洋开发等工程结构的安全隐患，而且是人体植入关节等的重要失效形式。 力学特征 与应力腐蚀不同，只要存在腐蚀介质，纯金属也能发生腐蚀疲劳 腐蚀疲劳的条件(或表现)疲劳极限与材料的抗拉强度没有直接的相关关系，这一点与纯机械疲劳也不相同。 (3)循环载荷应力比和频率的影响 应力交变频率f和应力不对称系数(应力比)只对腐蚀疲劳影响显著。当f很大时，腐蚀来不及发生，只产生机械疲劳破坏，反之，当f很小时，则与静拉力作用接近，产生SCC破坏。f在某一范围内，最易产生CF失效，而且在腐蚀疲劳的应力范围内，f愈小，裂纹扩展速率越高，因为腐蚀的作用更加显著。另一方面，载荷比R(或平均应力)增大，腐蚀疲劳寿命通常降低。 2．环境特征 2．环境特征 (2)通常环境腐蚀性增强，CF破环倾向增大，例如对于钢(尤其是高强度钢)，CF裂纹扩展速率按照下列顺序递增：惰性气体?大气?水蒸气?水?硫酸盐水溶液?氯化物水溶液?氢气氛?硫化氢。 但腐蚀过强导致局部腐蚀转化为均匀腐蚀，可能反而降低钢的CF破坏倾向。如温度升高引起钢的严重腐蚀，造成许多浅的裂纹源，从而降低局部的应力集中，并使阳极与阴极面积比变大，结果使钢的抗腐蚀疲劳能力提高。另外，氧时常通过吸附或化学反应促进裂纹闭合，阻碍CF裂纹的扩展．从而提高CF条件疲劳极限值。 3.形态学特征 腐蚀疲劳纹多起源于表面腐蚀坑或表面缺陷，往往成群出现，裂纹主要是穿晶型，并随腐蚀发展裂纹变宽。 腐蚀疲劳断口即有腐蚀的特征又有疲劳的特征。而纯力学疲劳断口分两种情况，对于塑性材料断口为纤维状，呈暗灰色；脆性材料断口呈现出一些结晶形状 腐蚀疲劳的机理- 1.气相中的腐蚀疲劳 (2)氧化膜下空穴堆聚形成裂纹模型 2．液相中的腐蚀疲劳(1)蚀孔应力集中-滑移不可逆性增强模型 (2)滑移带优先溶解模型 该模型认为，金属表面在交变应力作用下产生驻留滑移带，挤出、挤入处由于位错密度高或杂质在滑移带处的沉积等原因，使原子具有较高的活性而成为局部小阳极，而其他部位则处于活性相对低的状态(成为大阴极)，由此导致驻留滑移带处发生优先腐蚀溶解，进而使腐蚀疲劳裂纹形核。裂纹形核后，交变应力和裂纹内局部电化学腐蚀的协同作用使裂纹不断扩展。 (3)氢脆模型 材料腐蚀疲劳的控制方法 1．合理选材与优化材料 由于钢的强度愈高，通常其腐蚀疲劳敏感性愈大，因此选择强度低的钢种一般更为安全。 2．降低张应力水平或改善表面应力状态 设计上注意结构合理化，减少应力集中，避免缝隙结构，适当加大截面尺寸。 3．减缓腐蚀作用 常用的措施有施加表面涂(镀)层、添加缓蚀剂和实施电化学保护技术。 二、磨耗腐蚀 磨耗腐蚀是指金属材料与周围环境介质中之间存在摩擦和腐蚀的双重作用，而导致金属材料的破坏现象。由于这种破坏是应力和环境中化学介质协同促进的过程，因此也是应力作用下腐蚀的形式之一。 按照与金属发生摩擦的物质种类（如固体（包括固体颗粒）、液体或液体中气泡等），以及相对运动的方式和速度大小等的不同，可以有各种类型的摩擦、磨损现象，相应也有不同类型的磨耗腐蚀。 冲击腐蚀现象和特征 指金属材料表面与腐蚀流体、多组元流体(即流体中含有固体粒子或液滴)相互作用而引起的金属损伤现象，也称之为冲刷腐蚀或磨损腐蚀。若液相流体中悬浮着较硬的固体颗粒，则破坏的严重性很大。 若液相流中在固体表面由于气泡(气穴)不断形成和溃灭，瞬间产生的高冲击压力对固体材料表面造成破坏，则这类冲蚀又称为空泡腐蚀或气穴侵蚀或气蚀(Cavitation Corrosion)。造成冲蚀的固体粒子通常都比较硬，但当流速高时，软粒子甚至水滴也会造成冲蚀。 磨损腐蚀的形貌常常是光滑的金属（合金）表面上呈现出带有方向性的沟、凹槽谷波纹及圆孔等，且一般按流体的流动方向切入金属表面层。 冲击腐蚀的影响因素 与金属材料的性能、表面膜、介质的流速、湍流、冲击、液相电解质的腐蚀性有关。通常硬度较小的金属（铜，铅）更易发生。 金属的化学成分、耐蚀性、硬度和冶金因素等对冲蚀抗力有显著影响。耐蚀性好的材料其抗冲蚀能力也好。 介质的流速？ 流速的影响 流速的影响 湍流腐蚀 在材料表面或设备的某些特定部位、由于介质流速的急剧增大而形成湍流，由湍流导致的冲蚀即称为湍流腐蚀。湍流使金属表面液