金屬常見的腐蝕形態(tài)及防護(hù)措施

1、金屬常見的腐蝕形態(tài)及防護(hù)措施金屬常見的腐蝕形態(tài)及防護(hù)措施 全面腐蝕 在整個金屬表面上進(jìn)行的腐蝕，又稱均相腐蝕或均勻腐蝕。 局部腐蝕 金屬表面局部區(qū)域的腐蝕破壞比其余表面大得多，從而形成坑洼、溝槽、分層、穿孔、破裂等破壞形態(tài)。 不同特征 全面腐蝕 -陰極和陽極尺寸非常微小且緊密靠攏，很難分辨 局部腐蝕 -陰極和陽極截然分開，易于區(qū)分。通常陽極面積很小，陰極面積相對很大。金屬局部腐蝕溶解速度比全面腐蝕溶解速度大得多。局部腐蝕危害性復(fù)雜性 集中性 (1) 突發(fā)性 電偶腐蝕 點蝕(孔蝕)縫隙腐蝕(絲狀腐蝕) 晶間腐蝕 選擇性腐蝕 應(yīng)力腐蝕開裂腐蝕疲勞 磨損腐蝕剝蝕 氫損傷 局部腐蝕主要類型發(fā)生局部腐蝕

2、的條件(1) 金屬方面或溶液方面存在較大的電化學(xué)不均一性不均一性，因而形成了可以明確區(qū)分明確區(qū)分的陽極區(qū)和陰極區(qū)。(2) 陽極區(qū)和陰極區(qū)的電化學(xué)條件差異差異在腐蝕過程中一直保持保持下去，不會減弱，甚至還會不斷強(qiáng)化強(qiáng)化，使某些局部區(qū)域的陽極溶解速度陽極溶解速度一直保持高于高于其余表面。這是局部腐蝕能夠持續(xù)進(jìn)行(發(fā)展)的條件。 全面腐蝕與局部腐蝕的比較1 電偶腐蝕電偶腐蝕 當(dāng)兩種不同電位的金屬相互接觸，并浸入電解液中可以發(fā)現(xiàn)，電位較負(fù)的金屬的腐蝕速度加大，而電位較正的金屬腐蝕速度減緩而受到保護(hù)，該現(xiàn)象被稱為電偶腐蝕發(fā)生電偶腐蝕的幾種情況異金屬部件(包括導(dǎo)電的非金屬材料，如石墨) 組合。 金屬鍍層。

3、 金屬表面的導(dǎo)電性非金屬膜。 (1) 氣流或液流帶來的異金屬沉積。異金屬部件(包括導(dǎo)電的非金屬材料，如石墨) 組合氣流或液流帶來的異金屬沉積電偶腐蝕原理 當(dāng)兩種不同電位的金屬相互接觸，并浸入電解液中可以發(fā)現(xiàn)，電位較負(fù)的金屬的腐蝕速度加大，而電位較正的金屬腐蝕速度減緩而受到保護(hù)。（1）腐蝕電位差（2）環(huán)境因素（3）陰陽面積比例電偶腐蝕的影響因素 （1）腐蝕電位差表示電偶腐蝕的傾向 兩種金屬在使用環(huán)境中的腐蝕電位相差愈大，陽極金屬受到腐蝕破壞的可能性愈大。電偶序(galvanic series)將各種金屬材料在某種環(huán)境中的腐蝕電位測量出來，并把它們從低到高排列注意：同一種電偶組合在不同環(huán)境條件中不

4、僅腐蝕電位差的數(shù)值不一樣，甚至可能發(fā)生極性反轉(zhuǎn)。一些工業(yè)金屬和合金在海水中的電偶序鉑金石墨鈦銀Chlorimet 3(62Ni,18Cr ,18Mo)Hastelloy C (62Ni,17Cr ,15Mo)18-8Mo不銹鋼(鈍態(tài))18-8不銹鋼(鈍態(tài))1130%Cr不銹鋼(鈍態(tài))Inconel(80Ni,13Cr ,7Fe)(鈍態(tài))鎳(鈍態(tài))銀焊藥Monel(70Ni,32Cu)銅鎳合金(6090Cu,4011Ni)青銅銅黃銅陰極性陽極性Chlorimet2(66Ni,32Mo,1Fe)Hastelloy B (60Ni,30Mo,6Fe,1Mn)Inconel(活態(tài))鎳(活態(tài))錫鉛鉛-錫

5、焊藥18-8鉬不銹鋼(活態(tài))18-8不銹鋼(活態(tài))高鎳鑄鐵13%Cr不銹鋼鑄鐵鋼或鐵2024鋁(4.5Cu,1.5Mg,0.6Mu)鎘工業(yè)純鋁(1100)鋅鎂和鎂合金(2) 環(huán)境因素 - 介質(zhì)的組成 水中錫對于鐵是陰極，而在多數(shù)有機(jī)酸中，錫對于鐵是陽極，所以在食品工業(yè)中常使用鍍錫鐵鍍錫鐵(Fe-Sn)(2) 環(huán)境因素- 電解質(zhì)電阻(3)陰陽面積比例大陽極，小陰極，電解質(zhì)導(dǎo)電良好大陽極，小陰極，電解質(zhì)導(dǎo)電良好大陽極，小陰極，電解質(zhì)導(dǎo)電性能差大陽極，小陰極，電解質(zhì)導(dǎo)電性能差小陽極，大陰極小陽極，大陰極避免材料相互接觸(2) 注意陽極部件的選擇與設(shè)計(3) 避免大陰極小陽極的組合(4) 施工時在接觸

6、處采用絕緣措施(5) 采用涂層保護(hù)(6) 采用電化學(xué)方法(7) 在封閉系統(tǒng),添加緩蝕劑電偶腐蝕控制措施 2. 點蝕點蝕點蝕，又稱孔蝕，是一種腐蝕集中于金屬表面很小范圍內(nèi)，并深入到金屬內(nèi)部的腐蝕形態(tài)。點蝕的形態(tài)點蝕發(fā)生的條件點蝕發(fā)生的條件點蝕發(fā)生的條件點蝕的形成可分為成核和生長(發(fā)展)兩個階段。第一階段： 點蝕成核（發(fā)生）鈍化膜破壞（成相膜和吸附理論）敏感形核位置孕育期點蝕機(jī)理第二階段：點蝕的生長（發(fā)展）影響點蝕的因素-（1）材料因素（2）環(huán)境因素能夠鈍化的金屬容易發(fā)生點蝕，故不銹鋼比碳鋼對點蝕的敏感性高。金屬鈍態(tài)愈穩(wěn)定，抗孔蝕性能愈好?？孜g最容易發(fā)生在鈍態(tài)不穩(wěn)定的金屬表面。 對不銹鋼，Cr、M

7、o和N有利于提高抗點蝕能力。另外，S、P、C等元素不利于提高抗孔蝕能力。 表面狀態(tài)：表面光滑和清潔不易發(fā)生點腐蝕 熱處理狀態(tài)：生成沉淀相，易發(fā)生點腐蝕 （1）材料因素NMoCrwwwPRE163 . 3（2）環(huán)境因素 活性離子能破壞鈍化膜，引發(fā)點蝕。 一般認(rèn)為，金屬發(fā)生點蝕需要Cl- 濃度達(dá)到某個最低值(臨界氯離子濃度)。這個臨界濃度可以作為比較金屬材料耐蝕性能的一個指標(biāo)，臨界濃度高，金屬耐點蝕性能好 。 緩蝕性陰離子 緩蝕性陰離子可以抑制點蝕的發(fā)生。 OH- NO3- SO42- ClO4- pH值 在較寬的pH值范圍內(nèi)，點蝕電位Eb與溶液pH值關(guān)系不大。當(dāng)pH10，隨pH值升高，點蝕電位增

8、大，即在堿性溶液中，金屬點蝕傾向較小。 溫度 溫度升高，金屬的點蝕傾向增大。當(dāng)溫度低于某個溫度，金屬不會發(fā)生點蝕。這個溫度稱為臨界點蝕溫度(CPT) ，CPT愈高，則金屬耐點蝕性能愈好。溶液流速 介質(zhì)處于流動狀態(tài)，點蝕速率比介質(zhì)靜止時小 （2）環(huán)境因素控制點蝕的措施（1）選擇耐蝕合金近年來發(fā)展了很多含有高含量Cr、Mo 及 N 以及低含量 S 和 C雜質(zhì)的奧氏體不銹鋼雙相鋼和高純鐵素體不銹鋼抗點蝕性能良好Ti 和Ti 合金具有最好的耐點蝕性能（2）改善介質(zhì)條件降低Cl-含量降低介質(zhì)溫度增加介質(zhì)流速控制點蝕的措施（3）電化學(xué)保護(hù)（4）緩蝕劑的應(yīng)用在循環(huán)體系中可以添加緩蝕劑，如磷酸鹽、鉻酸鹽等4.

9、5 縫隙腐蝕 縫隙種類 機(jī)器和設(shè)備上的結(jié)構(gòu)縫隙 固體沉積(泥沙、腐蝕產(chǎn)物等)與金屬基體形成的縫隙。 金屬表面的保護(hù)模 (如瓷漆、清漆、磷化層、金屬涂層)與金屬基體之間形成的縫隙?？p隙腐蝕特征 縫隙腐蝕機(jī)理 縫隙腐蝕機(jī)理 縫隙腐蝕機(jī)理 縫隙腐蝕機(jī)理 縫隙腐蝕機(jī)理 縫隙腐蝕機(jī)理 縫隙腐蝕機(jī)理 eeeeeeeeo2OH-OH-M+M+o2Na+Na+Na+Cl-M+o2OH-o2OH-M+o2OH-M+Cl-Na+eeeo2OH-OH-o2M(OH)2M+M+M+M+M+M+Cl-M+M+Cl-M+M+M+Cl-Cl-M+Cl-Cl-Na+o2Cl-o2o2OH-初期階段后期階段金屬在海水中（中性氯

10、化物溶液）縫隙腐蝕影響因素 影響因素 影響因素 縫隙腐蝕控制措施 合理設(shè)計 孔蝕和縫隙腐蝕的比較 孔蝕和縫隙腐蝕的比較 3. 晶間腐蝕晶間腐蝕 發(fā)生晶間腐蝕的電化學(xué)條件（1）內(nèi)因晶粒和晶界區(qū)的組織不同，電化學(xué)性質(zhì)存在顯著差異。（2）外因晶粒和晶界的差異要在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境下才能顯露出來。晶間腐蝕的特點 晶間腐蝕的原因 晶間腐蝕機(jī)理 貧鉻區(qū)(Fe,Cr)23C61. 貧Cr理論晶界碳化物析出為什么Ni-Cr不銹鋼敏化處理后出現(xiàn)嚴(yán)重的晶間腐蝕？敏化處理（427-816度保溫緩冷）晶界析出連續(xù)的M23C6的碳化物，使晶界產(chǎn)生嚴(yán)重的貧Cr區(qū)。貧鉻區(qū)(Fe,Cr)23C61. 貧Cr理論晶界碳化物析出貧鉻區(qū)(

11、Fe,Cr)23C61. 貧Cr理論晶界碳化物析出1. 貧Cr理論晶界碳化物析出2. 陽極相理論晶界相析出并溶解3. 吸附理論雜原子在晶界吸附C和P對14Cr-4Ni鋼在5 mol/L HNO3+4g/L Cr6+溶液中腐蝕速度的影響Si對14Cr-4Ni鋼在5 mol/L HNO3+4g/L Cr6+溶液中腐蝕速度的影響 晶間腐蝕趨勢源于第二相沉淀時產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。 具有巨大內(nèi)應(yīng)力的畸變區(qū)在腐蝕介質(zhì)中顯示為優(yōu)先溶解的陽極行為。 快冷和退火處理可以減少第二相的生成，從而抑制了晶間腐蝕4. 應(yīng)力論影響因素影響因素影響因素控制措施控制措施不銹鋼焊縫腐蝕不銹鋼刀線腐蝕剝蝕概念 剝蝕又稱層蝕，腐蝕沿平行

12、于表面的平面（晶界）萌生，逐步發(fā)展，最終使金屬剝落基體，呈現(xiàn)層狀形貌。原理 金屬具有層狀晶粒結(jié)構(gòu)，由于腐蝕體積膨脹效應(yīng)，沿晶界產(chǎn)生壓應(yīng)力，隨著應(yīng)力增加，使片狀晶粒膨脹鼓起，最終使表面剝落。產(chǎn)生剝蝕的條件（1）合金具有晶間腐蝕傾向（2）合金具有一定的層狀結(jié)構(gòu)（3）適當(dāng)?shù)母g介質(zhì)，如氨類、NO3-、H2O2等剝蝕的控制方法（1）改用沒有層蝕的合金（2）使用熱處理方法，減小晶間腐蝕（3）采用表面保護(hù)措施（4）采用犧牲陽極的陰極保護(hù)方法4.9 剝蝕4. 選擇性腐蝕 黃銅脫鋅 表 面 斷 面(a) 層狀脫鋅(b) 帶狀脫鋅(c) 栓狀脫鋅銅栓腐蝕產(chǎn)物穿孔黃 銅 脫 鋅 類 型影響因素 (根據(jù)抗拉強(qiáng)度下降

13、算出)腐蝕深度mpy120100 80 60 40 20 020406080100120溫度,0攝氏度(根據(jù)Fontana)溫度對三種黃銅腐蝕的影響 (在2N NaCl溶液中,經(jīng)24天水線試驗)紅黃銅(15%Zn)海革黃銅(37%Zn)蒙茨黃銅(40%Zn)機(jī)理解釋 （1）鋅的選擇性溶解 這種理論認(rèn)為，黃銅表面的鋅原子發(fā)生選擇性溶解，留下空位，稍里面的鋅原子通過擴(kuò)散到發(fā)生腐蝕的位置，繼續(xù)發(fā)生溶解，結(jié)果留下疏松多孔的銅層。（2）溶解沉積 這種理論認(rèn)為銅和鋅以金屬離子形式一起進(jìn)入溶液，銅離子再發(fā)生還原以純銅的形式沉積出來(稱為回鍍)。防止脫鋅的措施 改善環(huán)境 脫氧或陰極保護(hù) 選用對脫鋅不敏感的黃銅

14、 紅黃銅（含Zn小于15%） 在a黃銅中假如抑制脫鋅元素 砷、銻、磷石墨化腐蝕 氫損傷概念金屬材料中由于氫的存在或氫與金屬相互作用,造成材料力學(xué)性能變壞的總稱分類(1)氫鼓泡(2)氫脆(3)脫碳(4)氫蝕氫鼓泡氫鼓泡機(jī)理氫鼓泡防止方法 除去致氫的毒素 選用無空穴的鎮(zhèn)靜鋼 采用氫不易滲透的奧氏體不銹鋼或鎳襯里或非金屬襯里 加入緩蝕劑氫脆(一) 可逆氫脆含氫金屬在變形過程中的初期階段，氫濃度較抵，且尚未形成裂紋前，去除載荷，靜置一段時間后高速變形，材料的塑性可以的恢復(fù)，這種應(yīng)力去除后脆性消失可逆氫脆。*通常含氫金屬在高速變形時并不顯示脆性(二) 不可逆氫脆 含氫金屬隨著應(yīng)力作用，氫向應(yīng)力集中處富積

15、，當(dāng)氫濃度超出臨界值時沉淀出氫化物； 應(yīng)力誘發(fā)氫化物相變。只在低應(yīng)變速率下出現(xiàn)，并導(dǎo)致脆性斷裂； 一旦出現(xiàn)氫化物，即使卸載除氫，塑性也不能恢復(fù)不可逆氫脆氫脆特點1. 時間上屬于延遲斷裂;2. 對氫含量敏感;3. 對缺口敏感;4. 室溫下敏感;5. 發(fā)生在低應(yīng)變速率下6. 裂紋擴(kuò)展的不連續(xù)性7. 裂紋源一般不在表面,裂紋較少有分支現(xiàn)象氫脆機(jī)理仍不十分清楚1. 氫分子積聚造成巨大內(nèi)壓;2. 吸附氫后使表面能降低;3. 影響原子鍵結(jié)合力,促進(jìn)位錯運動;4. 生成脆性氫化物；5. 高溫下,氫還能造成脫碳?xì)浯喾雷o(hù)措施:1. 在容易發(fā)生氫脆的環(huán)境下,避免使用高強(qiáng)鋼,可用Ni、Cr合金鋼2. 焊接時采用低氫

16、焊條，保持環(huán)境干燥3. 酸洗液中加入緩蝕劑4. 氫進(jìn)入金屬后，可進(jìn)行低溫烘烤驅(qū)氫，如鋼一般在90-150度下脫氫6. 應(yīng)力腐蝕應(yīng)力腐蝕 應(yīng)力腐蝕條件應(yīng)力腐蝕條件 (1) 主要是合金發(fā)生SCC，純金屬極少發(fā)生 (2) 對環(huán)境的選擇性形成了所謂“SCC的材料環(huán)境組合”(3) 只有拉應(yīng)力才引起SCC，壓應(yīng)力反而會阻止或延緩SCC的發(fā)生。(4) 裂縫方向宏觀上和拉引力垂直，其形態(tài)有晶間型，穿晶型，混合型。(5) SCC有孕育期，因此SCC的破斷時間tf可分為孕育期，發(fā)展期和快斷期三部分。 (6) 發(fā)生SCC的合金表面往往存在鈍化膜或其他保護(hù)膜，在大多數(shù)情況下合金發(fā)生SCC時均勻腐蝕速度很小，因此金屬失

17、重甚微。 應(yīng)力腐蝕特征應(yīng)力腐蝕特征 金屬或合金腐 蝕 介 質(zhì)碳鋼和低合金鋼奧氏體不銹鋼銅和銅合金鎳和鎳合金蒙乃爾合金鋁合金鉛鎂42%MgCl2溶液, HCNNaClO溶液, 海水,H2S水溶液氯化物溶液,高溫高壓蒸餾水氨蒸氣, 汞鹽溶液, 含SO2大氣NaOH水溶液,HF酸, 氟硅酸溶液熔融NaCl, NaCl水溶液,海水,水蒸氣,含SO2大氣, Pb(AC)2溶液海洋大氣, 蒸餾水,KCl-K2CrO4溶液產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕破裂的材料-介質(zhì)組合 (局部腐蝕)SCC是典型的滯后性破壞SCC是典型的滯后性破壞SCC裂紋形態(tài)SCC裂紋形態(tài)SCC機(jī)理SCC機(jī)理分類：陽極溶解型機(jī)理 如：奧氏體不銹鋼氫致開裂

18、型機(jī)理 如：高強(qiáng)度鋼在水介質(zhì)中的開裂陽極溶解與氫致開裂的聯(lián)合作用 如：鋁合金的應(yīng)力腐蝕陽極溶解機(jī)理A. 膜局部破裂導(dǎo)致裂紋形核A. 膜局部破裂導(dǎo)致導(dǎo)致裂紋形核B. 裂尖定向溶解導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展C. 裂紋拓展到斷裂奧氏體不銹鋼SCC機(jī)理奧氏體不銹鋼SCC機(jī)理奧氏體不銹鋼SCC機(jī)理奧氏體不銹鋼SCC機(jī)理奧氏體不銹鋼SCC機(jī)理奧氏體不銹鋼SCC機(jī)理影響SCC的因素 環(huán)境因素影響SCC的因素 環(huán)境因素電位活化鈍化過渡電位區(qū)鈍化過電位區(qū)影響SCC的因素 環(huán)境因素影響SCC的因素防止SCC的措施防止SCC的措施防止SCC的措施腐蝕疲勞定義腐蝕疲勞特點腐蝕疲勞特點腐蝕疲勞機(jī)理腐蝕疲勞機(jī)理腐蝕疲勞機(jī)理腐蝕疲勞機(jī)理腐蝕疲勞機(jī)理腐蝕疲勞影響因素力學(xué)因素 方波、負(fù)鋸齒波影響小，正弦波、三角波或正鋸齒波影響大環(huán)境因素材料因素 細(xì)化晶粒有利于提高腐蝕疲勞強(qiáng)度腐蝕疲勞控制4.13. 磨損腐蝕磨損腐蝕 (erosion-corrosion)定義 高速流動的腐蝕介質(zhì)(氣體或液體)對金屬材料造成的腐蝕破壞 是流體的沖刷和腐蝕協(xié)同作用的結(jié)果主要形式湍流腐蝕沖擊腐蝕空泡腐蝕(4) 摩振腐蝕其中(2)是磨損腐