第三章-3全面腐蚀与局部腐蚀.ppt

第3章 全面腐蚀与局部腐蚀 第三节 选择腐蚀和应力腐蚀 一、选择腐蚀 合金在腐蚀过程中，活性较强的组元(某种元素或某一相)优先溶解或溶解量大于其在合金中所占的比例，这种类型的腐蚀称为成分选择性腐蚀或选择性浸出(selective corrosion或selective leaching)。选择性腐蚀发生在二元或多元固溶体合金中，电位较高的组元为阴极，电位较低的组元为阳极，组成腐蚀原电池，使电位较高的组元保持稳定或重新沉积，而电位较低的组元发生溶解。 合金发生选择性腐蚀的本质是由于合金中各组分的化学稳定性或化学活性不同。 腐蚀形式 从外观上，可以将选择性腐蚀分为三种破坏形式： (1)层式 腐蚀较均匀地波及整个材料的表面； (2)栓式 腐蚀集中发生在材料表面的某些局部区域，并不断地向材料的纵深发展； (3)点蚀 成分选择性腐蚀在点蚀的基础上进行，即起始于点蚀孔处。 选择性腐蚀发生后，在材料表面留下一个多孔的残余结构，虽然总尺寸变化不大．但是其机械强度、硬度和韧性大大降低，甚至完全丧失，能够引起难以预料的突发性失效。 黄铜脱锌 从腐蚀形态看，黄铜脱锌有两种形式，即栓式脱锌和层式脱锌。 栓式腐蚀 层式脱锌 层式（或层状）脱锌是在铜合金材料的整个表面上发生锌元素的优先脱除，构件整体减薄，强度逐渐减弱，通常较栓式脱锌的破坏性低。 一般含锌量较低的黄铜在高于室温的高盐含量的中性、碱性弱酸性介质中易发生栓式脱锌，而含锌量较高的黄铜则易在低盐含量的酸性或弱酸性介质中发生层式脱锌。 组织结构的影响 由铜锌二元合金组成的简单黄铜包括?黄铜（wZn 0.36），?+?两相黄铜（wZn为0.36~0.465）和?黄铜（wZn为0.47~0.50）。 ?向含锌量高，腐蚀电位比含锌量低的?相低，因此?黄铜的脱锌腐蚀的倾向较大。 ?+?两相黄铜的脱锌倾向比单相?黄铜严重，并且因?相阳极性高，脱锌往往从?相开始，待?相已被腐蚀至几乎消失，然后再发展到?相。 选择性腐蚀的机理-（1）选择性溶解理论 黄铜的脱锌机理是黄铜中的锌发生选择性溶解，合金内部的锌通过表层上的复合空位迅速扩散并达到溶解反应的地点，从而继续保持溶解，由此导致表层留下疏松的同层。 但也有人认为该理由不够充分，其根据是溶液或离子要通过复杂而曲折的空位是相当困难的，要么不易使脱锌达到相当深度，要么造成脱锌相当缓慢。 （2）溶解-再沉积理论 （3）综合作用机理 选择性腐蚀的影响因素与控制措施 合金中活性组元的含量越高，脱合金元素的倾向就越大，因此，为了控制选择性腐蚀，有效方法之一就是尽可能选择含活性组元低的合金。另外，除了主加合金组元外，添加少量的辅加合金元素，也会对选择性腐蚀产生重要影响。例如，在黄铜中加入砷、锑、锡、磷、镍和铝均可有效地抑制其脱锌腐蚀，基于此原因目前发展了一些含这类辅加合金元素的新型合金．以控制黄铜的脱锌，从综合效果和经济上考虑，则以加入砷和磷最为有利。在环境介质中加入缓蚀剂则是控制选择性腐蚀的另一种重要手段。 二、应力腐蚀 应力腐蚀特征--1.应力特征 (1)应力性质 通常认为应力腐蚀只有在拉应力条件下才能发生，这种应力可以是外加应力，或是加工(铸造、锻造、轧制、挤压、机加工、焊接等)、热处理、表面处理、磨削、装配等过程中引入的残余应力，也可以是腐蚀产物的楔人作用而引起的扩张应力。 (2)存在临界应力。应力腐蚀开裂是一种与时间有关的滞后破坏，材料所受应力愈小，断裂时间tF愈长。在应力小于某一临界值后tF趋于无穷，此应力值称为应力腐蚀的临界应力 (?SCC)。对于存在欲裂纹的试样或构件，则存在一临界应力强度因子(KISCC) (3)应变速率的作用 应力的特征--应变速率的影响 当应变速率?大于某一临界值后，其塑性损失不明显，表明应力腐蚀敏感性较低(因高应变速率时，断裂时间太短，应力腐蚀裂纹来不及形核就发生机械过载断裂)；当应变速率小于其一临界值后，其塑性损失也不明显，同样表明应力腐蚀敏感性较低(原因是应变速率过低，拉伸使金属表面膜破裂的速率低于新鲜金属重新形成钝化膜的速率，这时新鲜金属来不及溶解又被膜覆盖、因此不发生应力腐蚀开裂)。具有这种应力腐蚀规律的体系其SCC机理属于阳极溶解型。 2.环境特性 1)特定的材料/环境介质组合 (3)局部环境与整体环境间的差异 3.材料学特性 (1)材料成分的作用 材料的成分对SCC通常有明显的影响，一般讲，合金比纯金属更易产生SCC，原因是合金元素的加入能够影响材料表面的电化学均匀性和稳定性，可能促进选择性腐蚀。 (2)组织结构的作用 材料的微观组织结构对SCC有重要影响。例如，面心立方的奥氏体不锈钢在氯化物溶液中很容易产生SCC，但体心立方的铁素体不锈钢则对该环境有很高的SCC抗力。材料的显微组织结