材料腐蚀学第3章.pptVIP

② 产生SCC的基本条件 SCC需要同时具备三个条件: ◆敏感的金属材料 ◆特定的腐蚀介质 ◆足够大的拉伸应力 特定的材料： 不存在应力时，单纯的腐蚀作用？No 不存在腐蚀时，单纯的应力作用？No a 敏感材料 几乎所有的金属或合金在特定的介质中都有一定的SCC敏感性 合金和含有杂质的金属比纯金属更容易产生SCC 材料 环境 应力 SCC b 特定介质 ▼每种合金的SCC只对某些特定的介质敏感 ▼并不是任何介质都能引起SCC c 拉伸应力 ▲工作状态下：承受外加载荷造成的工作应力 ; ▲在生产、制造、加工和安装过程中：材料内 形成的应力、形变应力等残余应力; ▲裂纹内腐蚀产物的体积效应造成的楔入作用; ▲阴极反应形成的氢产生的应力。 ③SCC的特征 a 典型的滞后破坏 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 – 应力降低，断裂时间延长 临界应力σth （临界应力强度因子K ），在此临界值以下，不发生SCC b裂纹形态 SCC裂纹分为沿晶型、穿晶型和混合型三种 混合性 c SCC裂纹扩展速度 ☆扩展速度较快 ☆ 10-6 -10-3 mm/min ☆比均匀腐蚀快约106 倍 ☆仅为纯机械断裂速度的10-10倍 d 低应力的脆性断裂 ☆断裂前没有明显的宏观塑性变形 ☆脆性断口－解理、准解理或沿晶 ☆腐蚀断口表面颜色暗淡，腐蚀坑和二次裂纹 穿晶型断口：河流花样、扇形花样、羽毛状花样 晶间型断口：冰糖块状 低应力的脆性断裂 沿晶应力腐蚀开裂-IGSCC 穿晶应力腐蚀开裂-TGSCC e 电化学作用下的裂纹形核 SCC与电极电位 材料与环境的交互作用反映在电位上就是SCC一般发生在活化－钝化或钝化－过钝化的过渡区电位范围，即钝化膜不完整的电位区间。 ④ SCC机理 SCC机理可以分为三大类： –阳极溶解型机理(AD) * 奥氏体不锈钢氯脆、黄铜的氨脆 –氢致开裂型机理(HE) * 高强钢在水介质中、湿硫化氢中的开裂 –AD+HE综合作用机理 * 铝合金应力腐蚀：阳极溶解+吸附氢导致晶间应力腐蚀开裂 a阳极溶解型机理 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。 e介质流动速度 流动介质中的点蚀速度比静止介质中的小 ③点蚀预防 a加入抗点蚀的合金元素 b电化学保护 外加阴极电流，使EEb c添加缓蚀剂 eg: 加Cr、Mo或降S、C 常用的有：硝酸盐、亚硝酸盐、铬酸盐、磷酸盐等。 3-2-3 缝隙腐蚀 (Crevice Corrosion) ①结构件相互连接，缝隙不可避免; ②缝隙腐蚀减小部件有效几何尺寸，降 低吻合程度； ③缝内腐蚀产物体积增大，形成局部应 力，使装配困难。 (1) 定义及特点 在金属与金属及金属和非金属之间构成狭窄的缝隙内，有电解质溶液存在，介质的迁移受到阻滞时产生的一种局部腐蚀形态 (2) 特点 (3) 缝隙腐蚀发生的部位 ①不同结构件之间的连接 金属和金属之间的铆接、搭焊、螺纹连接 法兰盘衬垫等金属和非金属之间的接触 ②在金属表面的沉积物、附着物、涂膜等 (4)缝隙腐蚀的特征 ③缝隙腐蚀的临界电位比点蚀电位低，更易发生。当EpEEb时，原有的蚀孔可以发展，但不会产生新的蚀孔；而缝隙腐蚀在该电位区间内，既能发生，又能发展。 ①与点蚀不同，缝隙腐蚀可发生在所有金属和合金上，易钝化金属及合金更易发生； ②任何介质（酸、碱、盐）均可发生缝隙腐蚀，含Cl-的溶液更易发生。 (5)缝隙腐蚀发生的几何条件 – 缝隙 宽到溶液能够流入缝隙内 窄到能维持液体在缝内停滞 – 敏感缝宽在0.025~0.1mm之间 (6) 缝隙腐蚀机理 腐蚀前： 腐蚀起始阶段 逢内缺氧，逢外富氧，形成“氧浓差电池” 缝隙几何形状及产物堆积形成“闭塞电池” 闭塞电池引起酸化自催化作用。 缝内外的金属表面发生相同的阴、阳极反应 阴极：1/2O2 + H2O +2e ?2OH- 阳极：M?M2+ + 2e 腐蚀加速阶段 ①在整个表面均匀发生阳极和阴极反应 ②缝隙内氧浓度降低，氧还原反应终止；缝隙外供氧充分，氧还原反应继续进行 构成氧浓差电池,缝内阳极，缝外阴极 ③ 缝隙内：M?M2+ + 2e 缝隙外：1/2O2 + H2O +2e ?2OH- 在缝隙口容易形成二次腐蚀产物沉淀 →闭塞电池 ④“闭塞电池”形成 缝隙内金属离子难以迁出，正电荷过剩 吸引缝隙外 Cl- 进入缝隙，以保持电荷平衡 ⑤