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应力腐蚀的机理

一、引言

应力腐蚀是金属材料在受到应力和特定环境条件下发生的一种腐蚀现

象，它是金属材料的一种重要破坏形式。应力腐蚀不仅会造成金属材

料的损失，还会对工业设备和结构的安全性和可靠性产生影响，因此

对应力腐蚀机理的研究具有重要意义。

二、应力腐蚀机理

1.应力集中作用

在金属表面存在裂纹、划痕等缺陷时，当外加应力作用于这些缺陷处

时，就会使得这些缺陷处的应力远高于周围区域。由于金属材料在受

到高应力作用下容易发生塑性变形和微观结构改变，因此这些缺陷处

就成为了金属材料发生应力腐蚀的起始点。

2.电化学反应

在特定环境条件下，例如含有氯离子、硫酸根离子等强氧化剂的介质

中，金属表面会发生电化学反应。当外加应力作用于这些介质中的金

属材料时，由于应力会加速电化学反应的发生，因此就会导致金属材

料的快速腐蚀。

3.氢脆

在一些强还原性介质中，例如含有氢离子的酸性介质中，金属表面会

发生氢吸附和氢解反应，产生大量氢离子。这些氢离子在金属内部聚

集形成氢原子，并且由于金属晶格的结构与氢原子的大小不匹配，就

会导致金属晶格的变形和破坏。这种现象被称为氢脆。

三、影响因素

1.应力水平

应力水平是影响应力腐蚀程度的主要因素之一。当外加应力达到一定

水平时，就会使得金属材料容易发生塑性变形和微观结构改变，从而

促进了应力腐蚀的发生。

2.环境条件

环境条件也是影响应力腐蚀程度的重要因素之一。不同介质中含有不

同种类和浓度的化学物质，在不同温度下对金属材料产生不同程度的

影响。例如，含有氯离子和硫酸根离子的介质中容易发生应力腐蚀，

而在缺乏氧气的环境下则不容易发生应力腐蚀。

3.材料性能

材料的化学成分、晶体结构、组织状态以及表面形貌等都会对应力腐

蚀产生影响。例如，具有高强度和低延展性的材料容易发生应力腐蚀，

而具有良好抗氢能力的材料则不容易发生应力腐蚀。

四、防治措施

1.选择合适材料

在设计工业设备和结构时，应该根据实际情况选择合适的金属材料。

例如，在含有氯离子和硫酸根离子等强氧化剂的介质中使用具有良好

耐蚀性能的不锈钢或镍基合金等材料可以有效地防止应力腐蚀的发生。

2.控制环境条件

在实际工作过程中，可以通过控制介质中化学物质浓度、温度以及通

风换气等方式来减少环境对金属材料的腐蚀作用，从而达到防止应力

腐蚀的目的。

3.减少应力集中

在金属表面存在缺陷时，可以通过对缺陷进行修复或者采用合适的加

工工艺来减少应力集中，从而减少应力腐蚀的发生。

4.消除氢源

在含有氢离子等氢源的介质中，可以通过控制介质中化学物质浓度、

温度以及采用合适的防止氢吸附和氢解反应的方法来消除氢源，从而

减少氢脆和应力腐蚀的发生。

五、结论

应力腐蚀是金属材料一种重要破坏形式，其机理主要包括应力集中作

用、电化学反应和氢脆等方面。影响应力腐蚀程度的因素主要包括外

加应力水平、环境条件以及材料性能等方面。为了防止应力腐蚀的发

生，可以采取选择合适材料、控制环境条件、减少应力集中和消除氢

源等措施。