腐蝕 第5章 局部腐蝕

1、第第5章章 局部腐蝕局部腐蝕5.1 電偶腐蝕電偶腐蝕 (galvanic corrosion)5.1.1 概述概述電偶腐蝕（接觸腐蝕）：由于同電極電位較正的金屬接電偶腐蝕（接觸腐蝕）：由于同電極電位較正的金屬接觸而引起腐蝕速度增大的現象。觸而引起腐蝕速度增大的現象。 電動序：由熱力學公式計算出，按金屬的標準電極電動序：由熱力學公式計算出，按金屬的標準電極電位的高低排列成的次序表。電位的高低排列成的次序表。 一般說來兩種金屬的電極電位差愈大，電偶腐蝕愈一般說來兩種金屬的電極電位差愈大，電偶腐蝕愈嚴重。嚴重。 電偶的實際電位差乃是產出電偶腐蝕的必要條件，電偶的實際電位差乃是產出電偶腐蝕的必要條件，

2、標志著電偶腐蝕的熱力學可能性，但它不能決定腐蝕電標志著電偶腐蝕的熱力學可能性，但它不能決定腐蝕電偶的效率。偶的效率。 何種金屬作為陽極、何種金屬作為陰極，不能根據它們標何種金屬作為陽極、何種金屬作為陰極，不能根據它們標準電極電位的相對高低作為判斷的依據。準電極電位的相對高低作為判斷的依據。 標準電位標準電位 海水中電位海水中電位Al -1.66V -0.60VZn -0.762V -0.83V 當兩種不同的金屬在同一電解液中組成電偶時，兩者都當兩種不同的金屬在同一電解液中組成電偶時，兩者都發(fā)生極化，它們各自重新以一種新的腐蝕速度進行腐蝕。其發(fā)生極化，它們各自重新以一種新的腐蝕速度進行腐蝕。其腐

3、蝕電位、極化參數和腐蝕速度是變化的。腐蝕電位、極化參數和腐蝕速度是變化的。 例如：觀察兩塊表面積相同的金屬例如：觀察兩塊表面積相同的金屬M1、M2放在同一酸性介放在同一酸性介質中電偶腐蝕前后極化情況。可以看出電位較負的陽極性金質中電偶腐蝕前后極化情況?？梢钥闯鲭娢惠^負的陽極性金屬腐蝕速度增大，而陰極性金屬腐蝕速度減小。屬腐蝕速度增大，而陰極性金屬腐蝕速度減小。5.1.2 電偶腐蝕原理電偶腐蝕原理igEgEg M1是陽極，是陽極，M2是陰極。如果不考慮濃度極化，而是陰極。如果不考慮濃度極化，而且如果溶液的電阻很小，且如果溶液的電阻很小，M1和和M2 短接后都極化到同一短接后都極化到同一電位電位E

4、g。 M2作為陰極的極化電流密度作為陰極的極化電流密度M1作為陽極的極化電流密度作為陽極的極化電流密度1、忽略、忽略M1上的陰極電流上的陰極電流接觸腐蝕效應接觸腐蝕效應p72 越大，腐蝕越嚴重越大，腐蝕越嚴重2、M1上的陰極電流不能忽略上的陰極電流不能忽略1、大陰極小陽極、大陰極小陽極2、避免大陰極小陽極、避免大陰極小陽極5.1.3 宏觀腐蝕電池對微觀腐蝕電池的影響宏觀腐蝕電池對微觀腐蝕電池的影響 差異效應：宏觀電偶腐蝕電池（陽極外電流）使微差異效應：宏觀電偶腐蝕電池（陽極外電流）使微觀腐蝕電池（自腐蝕）電流發(fā)生變化的效應。觀腐蝕電池（自腐蝕）電流發(fā)生變化的效應。 正差異效應：宏觀電偶腐蝕電池

5、（陽極外電流）使正差異效應：宏觀電偶腐蝕電池（陽極外電流）使微觀腐蝕電池（自腐蝕）電流微觀腐蝕電池（自腐蝕）電流減少減少的效應。的效應。 負差異效應：宏觀電偶腐蝕電池（陽極外電流）使負差異效應：宏觀電偶腐蝕電池（陽極外電流）使微觀腐蝕電池（自腐蝕）電流微觀腐蝕電池（自腐蝕）電流增加增加的效應。的效應。出現負差數效應的可能的原因有三個：出現負差數效應的可能的原因有三個：第一，由于金屬的陽極極化，使金屬的表面狀況同極化前相比有了第一，由于金屬的陽極極化，使金屬的表面狀況同極化前相比有了劇烈的改變，而這種改變又恰好能使金屬的自腐蝕速度劇烈增加，劇烈的改變，而這種改變又恰好能使金屬的自腐蝕速度劇烈增加

6、，這時就出現負差數效應。這時就出現負差數效應。Al、Mg在中性含在中性含Cl-的溶液中。的溶液中。第二，有些金屬在一定的條件下陽極極化時，除了陽極溶解外，還第二，有些金屬在一定的條件下陽極極化時，除了陽極溶解外，還同時有未溶解的金屬微小晶?；蚍蹓m狀粒子脫落。同時有未溶解的金屬微小晶?；蚍蹓m狀粒子脫落。第三，據認為有些金屬在一些溶液中陽極溶解的直接產物是低價離第三，據認為有些金屬在一些溶液中陽極溶解的直接產物是低價離子，然后溶于溶液中的低價離子通過化學反應的途徑被氧化為價數子，然后溶于溶液中的低價離子通過化學反應的途徑被氧化為價數更高的最終產物。在這情況下，如果按形成最終產物的價數來應用更高的最

7、終產物。在這情況下，如果按形成最終產物的價數來應用法拉第定律從外測陽極電流密度計算金屬的陽極溶解速度，就會得法拉第定律從外測陽極電流密度計算金屬的陽極溶解速度，就會得出金屬的實際失重遠大于按法拉第定律計算所得到的失重的結果，出金屬的實際失重遠大于按法拉第定律計算所得到的失重的結果，從而得到表觀上看起來是負的差數效應。從而得到表觀上看起來是負的差數效應。1、電偶序、電偶序2、環(huán)境因素的影響、環(huán)境因素的影響 A、介質的組成及其侵蝕性：它在很大的程度上決定電偶腐、介質的組成及其侵蝕性：它在很大的程度上決定電偶腐蝕的程度。蝕的程度。 B、溫度：溫度不僅影響著電偶腐蝕速度，有時還可能改變、溫度：溫度不僅

8、影響著電偶腐蝕速度，有時還可能改變金屬表面膜或腐蝕產物的結構，從而使電偶電位發(fā)生逆轉。金屬表面膜或腐蝕產物的結構，從而使電偶電位發(fā)生逆轉。5.1.4 影響電偶腐蝕的因素影響電偶腐蝕的因素 C、電解液電阻：它的大小會影響腐蝕過程中離子的傳導、電解液電阻：它的大小會影響腐蝕過程中離子的傳導過程，導電性高的介質中，電偶腐蝕重，而且腐蝕的分布過程，導電性高的介質中，電偶腐蝕重，而且腐蝕的分布也大些。也大些。 D、溶液、溶液pH值；可能會改變電極反應，也有可能改變值；可能會改變電極反應，也有可能改變電偶金屬的極性。電偶金屬的極性。 E、攪拌電解液：加速電偶腐蝕速度。甚至可能改變、攪拌電解液：加速電偶腐蝕

9、速度。甚至可能改變電偶的極性。電偶的極性。 F、腐蝕產物、腐蝕產物3、陰、陽極面積比例的影響：增加陽極面積可以降低腐蝕率，、陰、陽極面積比例的影響：增加陽極面積可以降低腐蝕率，對于電偶腐蝕來說，大陰極小陽極的狀況是極為有害的。對于電偶腐蝕來說，大陰極小陽極的狀況是極為有害的。5.1.5 電偶腐蝕的控制電偶腐蝕的控制1、避免由異種金屬或合金相互接觸形成電偶；規(guī)定不、避免由異種金屬或合金相互接觸形成電偶；規(guī)定不同金屬相接觸時，金屬間的電位差在同金屬相接觸時，金屬間的電位差在0.25V以下時允許以下時允許組合。組合。2、增大電偶反應的阻力；、增大電偶反應的阻力；3、避免大陰極和小陽極面積比的組合。、

10、避免大陰極和小陽極面積比的組合。4、施工中不同金屬的聯接處或接觸面采取絕緣措施，、施工中不同金屬的聯接處或接觸面采取絕緣措施，如墊圈或墊片等。如墊圈或墊片等。5、選用容易更換的陽極部件。、選用容易更換的陽極部件。6、采用電化學保護方法。、采用電化學保護方法。7、加入緩蝕劑。、加入緩蝕劑。5.2 點腐蝕點腐蝕 （pitting corrosion） 5.2.1 點腐蝕概述點腐蝕概述 金屬材料在某此環(huán)境介質中，經過一定的時間后，大部分金屬材料在某此環(huán)境介質中，經過一定的時間后，大部分表面不發(fā)生腐蝕或腐蝕很輕微，但在表面的微小區(qū)域內，出表面不發(fā)生腐蝕或腐蝕很輕微，但在表面的微小區(qū)域內，出現蝕孔或麻點

11、，且隨著時間的推移，蝕孔不斷向縱深方向發(fā)現蝕孔或麻點，且隨著時間的推移，蝕孔不斷向縱深方向發(fā)展，形成小孔狀腐蝕坑。這種現象稱為點腐蝕，亦稱為點蝕、展，形成小孔狀腐蝕坑。這種現象稱為點腐蝕，亦稱為點蝕、小孔腐蝕、孔蝕。小孔腐蝕、孔蝕。 點蝕通常發(fā)生在點蝕通常發(fā)生在易鈍化金屬或合金易鈍化金屬或合金中，同時往往在有中，同時往往在有侵蝕侵蝕性陰離子性陰離子與與氧化劑氧化劑共存的條件下。例如，不銹鋼、鋁及鋁合共存的條件下。例如，不銹鋼、鋁及鋁合金、鈦及鈦合金，在含氯離子的水溶液或其它特定介質中。金、鈦及鈦合金，在含氯離子的水溶液或其它特定介質中。 點蝕是一種由小陽極大陰極腐蝕電池引起的陽極區(qū)高度集點蝕是

12、一種由小陽極大陰極腐蝕電池引起的陽極區(qū)高度集中的局部腐蝕形式。中的局部腐蝕形式。 銅的孔蝕不銹鋼的點蝕1、在某一給定的金屬、在某一給定的金屬-介質體系中，存在一特定的陽極極化介質體系中，存在一特定的陽極極化電位門檻值，低于此電位時，不會發(fā)生點蝕，高于此電位電位門檻值，低于此電位時，不會發(fā)生點蝕，高于此電位則發(fā)生點蝕。該電位以往多稱之為則發(fā)生點蝕。該電位以往多稱之為擊穿電位（擊穿電位（Eb）或點蝕）或點蝕電位。電位。2、點蝕多發(fā)生在表面生成、點蝕多發(fā)生在表面生成氧化膜或鈍化膜的金屬材料氧化膜或鈍化膜的金屬材料上，上，或有陰極性鍍層的金屬上?；蛴嘘帢O性鍍層的金屬上。3、點蝕發(fā)生在有、點蝕發(fā)生在有特

13、殊離子的介質特殊離子的介質中，即有氧化劑和同時有中，即有氧化劑和同時有活性陰離子存在的鈍化性溶液中。活性陰離子是發(fā)生點蝕活性陰離子存在的鈍化性溶液中?；钚躁庪x子是發(fā)生點蝕的必要條件。的必要條件。 點腐蝕的重要特征點腐蝕的重要特征 點蝕的發(fā)生、發(fā)展或終止與點蝕的電化學特性（點蝕電點蝕的發(fā)生、發(fā)展或終止與點蝕的電化學特性（點蝕電位、點蝕保護電位）有關。位、點蝕保護電位）有關。 要評定材料的耐點蝕性能，不能只考慮要評定材料的耐點蝕性能，不能只考慮Eb，必須同時考慮，必須同時考慮Eb和和Ep兩個參數。兩個參數。 點蝕的發(fā)生、發(fā)展或終止點蝕的發(fā)生、發(fā)展或終止點蝕經過三個階段：點蝕經過三個階段：1、蝕孔發(fā)

14、生成核的初始階段；、蝕孔發(fā)生成核的初始階段；2、蝕孔的生長階段；、蝕孔的生長階段；3、蝕孔的再鈍化階段。、蝕孔的再鈍化階段。 1、初始階段：鈍化膜破壞機理認為，蝕孔是由于腐蝕性陰、初始階段：鈍化膜破壞機理認為，蝕孔是由于腐蝕性陰離子在鈍化膜表面吸附，并離子在鈍化膜表面吸附，并穿過鈍化膜穿過鈍化膜而形成可溶性化合物而形成可溶性化合物所致。吸附機理認為點蝕的發(fā)生是由于活性所致。吸附機理認為點蝕的發(fā)生是由于活性Cl-離子和氧的離子和氧的競爭吸附競爭吸附結果所造成的。由于腐蝕性陰離子的溶解作用，使結果所造成的。由于腐蝕性陰離子的溶解作用，使金屬基體金屬在特定點上生成小蝕孔，這些小蝕孔稱為點蝕金屬基體金

15、屬在特定點上生成小蝕孔，這些小蝕孔稱為點蝕核，也可理解為蝕孔生成的活化中心。核，也可理解為蝕孔生成的活化中心。5.2.2 點蝕的機理點蝕的機理2、蝕孔的生長階段：化學和電化學共同作用的結果。點蝕、蝕孔的生長階段：化學和電化學共同作用的結果。點蝕通過腐蝕逐漸形成閉塞電池，而引起蝕孔內酸化自催化的通過腐蝕逐漸形成閉塞電池，而引起蝕孔內酸化自催化的過程。過程。閉塞電池：由于幾何因素及腐蝕產物覆蓋使溶液物質傳閉塞電池：由于幾何因素及腐蝕產物覆蓋使溶液物質傳遞受阻，因而構成的濃差電池或活化遞受阻，因而構成的濃差電池或活化-鈍化電池。鈍化電池。3、蝕孔的再鈍化階段：實際的點蝕過程常發(fā)現有大量的蝕、蝕孔的再

16、鈍化階段：實際的點蝕過程常發(fā)現有大量的蝕孔在蝕穿金屬截面以前便變?yōu)榉腔钚缘模袋c蝕發(fā)展到一定孔在蝕穿金屬截面以前便變?yōu)榉腔钚缘?，即點蝕發(fā)展到一定深度后不再發(fā)展了。深度后不再發(fā)展了。 可能原因：可能原因：1）消除了金屬表面某些結構，如晶間沉淀物等。）消除了金屬表面某些結構，如晶間沉淀物等。2）蝕孔內電位向負移動并低于點蝕保護電位。）蝕孔內電位向負移動并低于點蝕保護電位。3）點蝕生長時，蝕孔內的歐姆電壓降逐漸增大，使蝕孔內）點蝕生長時，蝕孔內的歐姆電壓降逐漸增大，使蝕孔內電位轉移到鈍化區(qū)，發(fā)生再鈍化。電位轉移到鈍化區(qū)，發(fā)生再鈍化。環(huán)境因素：環(huán)境因素：1、鹵素離子及其它陰離子：在氯化物中，鐵、鎳、鋁

17、、鈦、鹵素離子及其它陰離子：在氯化物中，鐵、鎳、鋁、鈦、鋯以及它們的合金均可能產生點蝕。鋅、銅和鈦在含氯離鋯以及它們的合金均可能產生點蝕。鋅、銅和鈦在含氯離子的溶液中，也可遭受鈍態(tài)的破壞。子的溶液中，也可遭受鈍態(tài)的破壞。 其它陰離子有對點蝕起加速作用，如漂白劑中的次氯酸其它陰離子有對點蝕起加速作用，如漂白劑中的次氯酸根。根。 很多含氧的非侵蝕性陰離子，例如很多含氧的非侵蝕性陰離子，例如NO3-、CrO42-、SO42-、OH-、CO32-等，添加到含等，添加到含Cl-的溶液中，都可起到點蝕緩蝕的溶液中，都可起到點蝕緩蝕劑的作用。劑的作用。5.2.3 影響點蝕的因素：影響點蝕的因素：緩蝕效果按順

18、序減小：緩蝕效果按順序減?。?04不銹鋼：不銹鋼：OH-NO3-Ac-SO42-ClO4-鋁：鋁：NO3-CrO42-Ac-苯甲酸鹽苯甲酸鹽SO42-2、溶液中的陽離子和氣體物質：腐蝕介質中，金屬陽離子、溶液中的陽離子和氣體物質：腐蝕介質中，金屬陽離子與侵蝕性鹵化物陰離子共存時，氧化性金屬離子，如與侵蝕性鹵化物陰離子共存時，氧化性金屬離子，如Fe3+、Cu2+和和Hg2+對點蝕起促進作用。因為這些高價陽離子能被還對點蝕起促進作用。因為這些高價陽離子能被還原成金屬或低價離子。這些反應的氧化還原電位往往高于點原成金屬或低價離子。這些反應的氧化還原電位往往高于點蝕電位，可起到有效的去極化作用而促進點

19、蝕。蝕電位，可起到有效的去極化作用而促進點蝕。 3、溶液的、溶液的pH值：在溶液值：在溶液pH值低于值低于9-10時，對二價金屬，如時，對二價金屬，如鐵、鎳、鎘鋅和鈷等，其點蝕電位與鐵、鎳、鎘鋅和鈷等，其點蝕電位與pH幾乎無關，高于此幾乎無關，高于此pH值時，其點蝕電位變正。值時，其點蝕電位變正。 對三價金屬，例如鋁，發(fā)生點蝕的對三價金屬，例如鋁，發(fā)生點蝕的條件及點蝕電位都不受溶液條件及點蝕電位都不受溶液pH值的影響，這是由鋁離子水解值的影響，這是由鋁離子水解的各步驟的緩沖作用所致。的各步驟的緩沖作用所致。 4、環(huán)境溫度：對鐵及其合金而言，點蝕電位通常隨溫、環(huán)境溫度：對鐵及其合金而言，點蝕電位

20、通常隨溫度升高而降低，然而超過度升高而降低，然而超過200后，其點蝕電位又向正后，其點蝕電位又向正方向移動，即點蝕敏感性反而降低。方向移動，即點蝕敏感性反而降低。 5、介質流速：溶液的流動對抑止點蝕起一定的有益作用。、介質流速：溶液的流動對抑止點蝕起一定的有益作用。 1、金屬的本性、金屬的本性純金屬的耐點蝕性：純金屬的耐點蝕性：250.1 MNaOH中中的點蝕電位大?。旱狞c蝕電位大小：Al(-0.45V)FeNiZrCrTi (1.2V) 95%，腐蝕表現為起泡。，腐蝕表現為起泡。5.3.6 影響絲狀腐蝕的因素影響絲狀腐蝕的因素B、溫度影響：試驗證明，溫濕度聯合作用的交互影響，、溫度影響：試驗

21、證明，溫濕度聯合作用的交互影響，對產生絲狀腐蝕，比單一的濕度作用更為顯著，其中以溫對產生絲狀腐蝕，比單一的濕度作用更為顯著，其中以溫度為度為40、RH為為70%和溫度為和溫度為20、RH為為95%兩種組兩種組合情況，是最適宜產生絲狀腐蝕的環(huán)境。合情況，是最適宜產生絲狀腐蝕的環(huán)境。C、氧濃度的影響：有人認為大氣中氧含量、氧濃度的影響：有人認為大氣中氧含量21%是產生絲是產生絲狀腐蝕的最低濃度，狀腐蝕的最低濃度，50%左右的氧含量是最有效地促進絲左右的氧含量是最有效地促進絲狀腐蝕。狀腐蝕。 D、活性離子的影響：、活性離子的影響：Cl-、Fe3+離子促進絲狀腐蝕的產離子促進絲狀腐蝕的產生。生。3、涂

22、層的影響：幾乎所有的鋼殼涂層，無論是溶劑漆、涂層的影響：幾乎所有的鋼殼涂層，無論是溶劑漆、水性漆、清漆或色漆以及金屬涂層幾乎都發(fā)生絲狀腐水性漆、清漆或色漆以及金屬涂層幾乎都發(fā)生絲狀腐蝕。酚醛樹脂和烴系涂層絲狀腐蝕少，而乙烯樹脂系蝕。酚醛樹脂和烴系涂層絲狀腐蝕少，而乙烯樹脂系涂層的絲狀腐蝕特別嚴重。涂層的絲狀腐蝕特別嚴重。4、表面處理的影響：有人認為磷酸鹽處理有延緩絲狀、表面處理的影響：有人認為磷酸鹽處理有延緩絲狀腐蝕的效果。腐蝕的效果。 5、基體金屬的影響：如鋁是產生絲狀腐蝕最敏感的、基體金屬的影響：如鋁是產生絲狀腐蝕最敏感的金屬之一，但鋁中的銅含量超過金屬之一，但鋁中的銅含量超過12%時，就

23、能有效地時，就能有效地抑制這類腐蝕。抑制這類腐蝕。 1、降低使用環(huán)境中的相對濕度。、降低使用環(huán)境中的相對濕度。2、消除空氣中或磷化工藝帶來的引發(fā)劑介質，提高磷化膜的、消除空氣中或磷化工藝帶來的引發(fā)劑介質，提高磷化膜的質量。質量。3、合理選用漆種，發(fā)展透水率很低的涂漆層。、合理選用漆種，發(fā)展透水率很低的涂漆層。4、改進基體金屬對絲狀腐蝕的耐蝕性，從根本上控制或抑制、改進基體金屬對絲狀腐蝕的耐蝕性，從根本上控制或抑制絲狀腐蝕。絲狀腐蝕。 5.3.7 絲狀腐蝕的控制方法：絲狀腐蝕的控制方法：5.4.1 概述概述一、定義：一、定義： 晶間腐蝕：金屬材料在特定的腐蝕介質中沿晶界發(fā)生晶間腐蝕：金屬材料在特

24、定的腐蝕介質中沿晶界發(fā)生的一種局部選擇性腐蝕。這種腐蝕從金屬表面開始，沿晶的一種局部選擇性腐蝕。這種腐蝕從金屬表面開始，沿晶界向內部發(fā)展，嚴重時整個金屬強度幾乎完全喪失。界向內部發(fā)展，嚴重時整個金屬強度幾乎完全喪失。 晶粒邊界比晶粒本體腐蝕快得多，危害性大。晶間腐晶粒邊界比晶粒本體腐蝕快得多，危害性大。晶間腐蝕在宏觀上不易察覺，金屬甚至保持光澤，但強度可完全蝕在宏觀上不易察覺，金屬甚至保持光澤，但強度可完全消失。不銹鋼，消失。不銹鋼，Al，Ni，Cu合金等易發(fā)生晶間腐蝕。合金等易發(fā)生晶間腐蝕。 5.4 晶間腐蝕晶間腐蝕 晶間腐蝕的特征是在金屬表面還看不出破壞時，晶粒之晶間腐蝕的特征是在金屬表面

25、還看不出破壞時，晶粒之間已喪失了結合力，若掉在地上，也失去了金屬的輕脆聲，間已喪失了結合力，若掉在地上，也失去了金屬的輕脆聲，嚴重時只要輕輕敲打就會破碎成粉末。嚴重時只要輕輕敲打就會破碎成粉末。 二、晶界腐蝕特征：二、晶界腐蝕特征：產生晶間腐蝕的條件：產生晶間腐蝕的條件：(1) 金屬或合金中含有雜質，或者有第二相沿晶界析出。金屬或合金中含有雜質，或者有第二相沿晶界析出。(2) 晶界與晶粒內化學成分的差異，在適宜的介質中形成腐晶界與晶粒內化學成分的差異，在適宜的介質中形成腐蝕的電池，晶界為陽極，晶粒為陰極，晶界產生選擇性溶蝕的電池，晶界為陽極，晶粒為陰極，晶界產生選擇性溶解。解。(3) 有特定的

26、腐蝕介質存在。在某些合金有特定的腐蝕介質存在。在某些合金-介質體系中，往往介質體系中，往往產生嚴重的晶間腐蝕。例如奧氏體不銹鋼在氧化性或弱氧產生嚴重的晶間腐蝕。例如奧氏體不銹鋼在氧化性或弱氧化性介質（如充氣海水）或強氧化性介質（如濃硝酸）的化性介質（如充氣海水）或強氧化性介質（如濃硝酸）的特定腐蝕介質中，可能產生嚴重的晶間腐蝕。特定腐蝕介質中，可能產生嚴重的晶間腐蝕。 影響晶界行為的原因：影響晶界行為的原因：(1) 合金元素貧乏化；合金元素貧乏化；(2) 晶界析出不耐蝕的陽極相；晶界析出不耐蝕的陽極相；(3) 雜質或溶質原子在晶界區(qū)偏析；雜質或溶質原子在晶界區(qū)偏析；(4) 晶界處因相鄰晶粒間的

27、晶向不同，刃型位錯和空位在晶界處因相鄰晶粒間的晶向不同，刃型位錯和空位在 該該處富集。處富集。(5) 由于新相析出或轉變，造成晶界處具有較大的內應力。由于新相析出或轉變，造成晶界處具有較大的內應力。 由上述原因，使晶界行為發(fā)生了顯著的變化。造成晶界、由上述原因，使晶界行為發(fā)生了顯著的變化。造成晶界、晶界附近和晶粒之間很大的電化學不均勻性。一旦遇到合適晶界附近和晶粒之間很大的電化學不均勻性。一旦遇到合適的腐蝕介質，這種電化學不均勻性就會引起金屬晶界和晶粒的腐蝕介質，這種電化學不均勻性就會引起金屬晶界和晶粒本體的不等速溶解，引起晶間腐蝕。本體的不等速溶解，引起晶間腐蝕。 晶間腐蝕是由于晶界易析出第

28、二相，造成晶界某一成晶間腐蝕是由于晶界易析出第二相，造成晶界某一成分的貧乏化。分的貧乏化。5.4.2 晶間腐蝕機理：晶間腐蝕機理：貧化理論、晶間貧化理論、晶間 相析出理論、晶界吸附理論。相析出理論、晶界吸附理論。一、熱處理溫度與時間的影響：一、熱處理溫度與時間的影響： 不銹鋼在能夠產生晶間腐蝕的電位區(qū)，是否產生晶不銹鋼在能夠產生晶間腐蝕的電位區(qū)，是否產生晶間腐蝕以及腐蝕程度如何，都由鋼的熱處理制度對晶間間腐蝕以及腐蝕程度如何，都由鋼的熱處理制度對晶間腐蝕的敏感性所決定，即取決于受熱的程度、時間及冷腐蝕的敏感性所決定，即取決于受熱的程度、時間及冷卻速度。卻速度。 5.4.3 影響晶間腐蝕的因素：

29、影響晶間腐蝕的因素：二、合金成分的影響：二、合金成分的影響：（1）碳：碳對晶間腐蝕有重大影響，隨著含碳量增高，晶間）碳：碳對晶間腐蝕有重大影響，隨著含碳量增高，晶間腐蝕傾向愈嚴重。不僅使產生晶間腐蝕傾向的加熱溫度和時間腐蝕傾向愈嚴重。不僅使產生晶間腐蝕傾向的加熱溫度和時間范圍擴大，而且晶間腐蝕程度加重、固溶溫度升高。范圍擴大，而且晶間腐蝕程度加重、固溶溫度升高。（2）鉻、鎳、鉬、硅：）鉻、鎳、鉬、硅：Cr、Mo含量增高，可降低含量增高，可降低C的活度，的活度，有利于減弱晶腐蝕傾向；有利于減弱晶腐蝕傾向；Ni、Si等是不形成碳化物的元素，會等是不形成碳化物的元素，會提高提高C的活度、降低的活度、

30、降低C在奧氏體中的溶解度，促進碳化物的析出。在奧氏體中的溶解度，促進碳化物的析出。（3）鈦、鈮：對于抗晶間腐蝕是有益的，因為它們同）鈦、鈮：對于抗晶間腐蝕是有益的，因為它們同C的親和的親和力大于力大于Cr同同C的親和力。的親和力。（4）硼、氮：加入）硼、氮：加入0 0040 005%B，減少了碳、磷在晶界的偏，減少了碳、磷在晶界的偏析。氮對晶間腐蝕起促進作用。析。氮對晶間腐蝕起促進作用。（1）降低或消除有害雜質。如降低）降低或消除有害雜質。如降低C、N、S等雜質的含量。等雜質的含量。（2）加入穩(wěn)定化元素或晶界吸附元素。如在不銹鋼中加入）加入穩(wěn)定化元素或晶界吸附元素。如在不銹鋼中加入Ti、Nb或

31、或B。（3）適當的熱處理工藝。必須避免不銹鋼在敏化區(qū)間加熱。）適當的熱處理工藝。必須避免不銹鋼在敏化區(qū)間加熱。對焊接件要求進行焊接后進行固溶處理或快速冷卻，避免在對焊接件要求進行焊接后進行固溶處理或快速冷卻，避免在敏化溫度、時間內停留。敏化溫度、時間內停留。（4）采用雙相鋼。在奧氏體鋼中有）采用雙相鋼。在奧氏體鋼中有1020%的鐵素體的鋼稱的鐵素體的鋼稱為雙相鋼。為雙相鋼。5.4.4 晶間腐蝕的控制方法：晶間腐蝕的控制方法：5.4.5 不銹鋼焊接晶間腐蝕：焊縫腐蝕、刀線腐蝕不銹鋼焊接晶間腐蝕：焊縫腐蝕、刀線腐蝕 奧氏體不銹鋼雖然是一種焊接性能非常優(yōu)良的鋼種，奧氏體不銹鋼雖然是一種焊接性能非常優(yōu)

32、良的鋼種，但它在焊接時，相對于焊接熱影響區(qū)的母材再一次加熱，但它在焊接時，相對于焊接熱影響區(qū)的母材再一次加熱，所以在熔合線附近，引起碳化物的析出，導致嚴重的晶所以在熔合線附近，引起碳化物的析出，導致嚴重的晶間腐蝕。間腐蝕。5.5 應力作用下的腐蝕應力作用下的腐蝕5.5.1 應力腐蝕斷裂應力腐蝕斷裂 Stress Corrosion Cracking一、定義一、定義 應力腐蝕斷裂，簡稱應力腐蝕斷裂，簡稱SCC，是指金屬材料在，是指金屬材料在固定固定拉應力拉應力和某種和某種特定腐蝕介質特定腐蝕介質中發(fā)生的脆性斷裂。所謂中發(fā)生的脆性斷裂。所謂固定拉應力是指方向一定，大小可變的拉伸應力。應固定拉應力是

33、指方向一定，大小可變的拉伸應力。應力腐蝕斷裂危害極大，人們稱為力腐蝕斷裂危害極大，人們稱為“災難性腐蝕災難性腐蝕”。 二、不同情況引起的應力腐蝕斷裂二、不同情況引起的應力腐蝕斷裂1、由于彎曲殘余應力引起的、由于彎曲殘余應力引起的 該裂紋多為縱向形式該裂紋多為縱向形式2、從粗大的裂紋壁上所產生的穿、從粗大的裂紋壁上所產生的穿晶應力腐蝕裂紋晶應力腐蝕裂紋 3、從點蝕底部產生的應力腐蝕裂紋、從點蝕底部產生的應力腐蝕裂紋 4、從縫隙腐蝕產生的潰瘍底部引起的應力腐蝕裂紋、從縫隙腐蝕產生的潰瘍底部引起的應力腐蝕裂紋 5、由腐蝕產物體積膨脹應力引起的應力腐蝕裂紋、由腐蝕產物體積膨脹應力引起的應力腐蝕裂紋 6

34、、加工殘余應力引起的應力腐蝕裂紋、加工殘余應力引起的應力腐蝕裂紋 7、其它、其它 1、產生應力腐蝕斷裂必須同時具備三個基本條件，即、產生應力腐蝕斷裂必須同時具備三個基本條件，即敏感的金屬材料，足夠大的拉伸應力和特定的腐蝕介質。敏感的金屬材料，足夠大的拉伸應力和特定的腐蝕介質。 二、應力腐蝕斷裂的特征二、應力腐蝕斷裂的特征 2、發(fā)生應力腐蝕斷裂的主要是合金，純金屬不發(fā)生，、發(fā)生應力腐蝕斷裂的主要是合金，純金屬不發(fā)生，幾乎所有金屬的合金在特定的環(huán)境中都有一定的應力腐幾乎所有金屬的合金在特定的環(huán)境中都有一定的應力腐蝕敏感性。曾有報導純度達蝕敏感性。曾有報導純度達99 99%的銅在含氨介質中不的銅在含

35、氨介質中不會腐蝕斷裂，但含有會腐蝕斷裂，但含有0 04%磷或磷或0 01%銻時，則發(fā)生開裂。銻時，則發(fā)生開裂。 材料因素材料因素力學因素力學因素環(huán)境因素環(huán)境因素SCC 3、特定的金屬和合金只有在特定的腐蝕環(huán)境中才產生、特定的金屬和合金只有在特定的腐蝕環(huán)境中才產生SCC。如表。如表7-1所示這種特定的腐蝕介質在含量較少時也會所示這種特定的腐蝕介質在含量較少時也會造成應力腐蝕。造成應力腐蝕。 4、只有拉應力（張應力）才能引起應力腐蝕斷裂。拉應、只有拉應力（張應力）才能引起應力腐蝕斷裂。拉應力愈大，斷裂時間愈短。壓應力力愈大，斷裂時間愈短。壓應力 不發(fā)生應力腐蝕，應力腐不發(fā)生應力腐蝕，應力腐蝕裂紋走

36、向宏觀上與拉應力方向垂直。蝕裂紋走向宏觀上與拉應力方向垂直。 5、應力腐蝕斷裂是一種典型的低應力滯后斷裂，這種滯、應力腐蝕斷裂是一種典型的低應力滯后斷裂，這種滯后破壞過程可分三個階段：第一階段為后破壞過程可分三個階段：第一階段為裂紋孕育期裂紋孕育期，這個，這個階段占斷裂總時間的階段占斷裂總時間的90%；第二階段為；第二階段為裂紋擴展期裂紋擴展期；第三；第三階段為階段為快速斷裂期快速斷裂期。整個斷裂時間與材料、應力和環(huán)境有。整個斷裂時間與材料、應力和環(huán)境有關，短的幾分鐘，長的達幾年。關，短的幾分鐘，長的達幾年。 6、應力腐蝕裂紋形態(tài)應力腐蝕裂紋形態(tài)有三種：晶間型、穿晶型和混合型。有三種：晶間型、

37、穿晶型和混合型。 晶間型是指裂紋沿晶界擴展，如軟鋼、鋁合金、銅合金、晶間型是指裂紋沿晶界擴展，如軟鋼、鋁合金、銅合金、鎳合金等。鎳合金等。 目前關于應力腐蝕斷裂機理已達十幾種，帕金斯于目前關于應力腐蝕斷裂機理已達十幾種，帕金斯于1964年提出年提出“應力腐蝕譜應力腐蝕譜”的觀點，把各種的觀點，把各種SCC類型及類型及其機理排列起來構成一個連續(xù)的譜，如表其機理排列起來構成一個連續(xù)的譜，如表7-3所示。所示。 四、應力腐蝕斷裂的機理四、應力腐蝕斷裂的機理 根據應力腐蝕斷裂的現代觀念比較集中的有三種理論，即根據應力腐蝕斷裂的現代觀念比較集中的有三種理論，即陽極溶解機理（陽極溶解起控制作用）、氫脆機理

38、（陰極過程陽極溶解機理（陽極溶解起控制作用）、氫脆機理（陰極過程放出氫原子進入基體，導致材料脆斷）、陽極溶解和氫脆共同放出氫原子進入基體，導致材料脆斷）、陽極溶解和氫脆共同作用的機理。作用的機理。 1、陽極溶解機理認為：應力腐蝕斷裂主要是指金屬材料、陽極溶解機理認為：應力腐蝕斷裂主要是指金屬材料在靜拉應力與腐蝕介質共同作用下，由于裂紋尖端區(qū)陽極溶解在靜拉應力與腐蝕介質共同作用下，由于裂紋尖端區(qū)陽極溶解過程控制引起脆斷（過程控制引起脆斷（APC-SCC）。屬于這類機理的有低碳鋼、）。屬于這類機理的有低碳鋼、鋁合金和銅合金的鋁合金和銅合金的SCC。 溶液中的銅氯絡離子溶液中的銅氯絡離子Cu(NH3

39、)n2+的存在是的存在是 黃銅氯脆所必黃銅氯脆所必需條件，它是由于溶解在溶液中的氨氣、氧氣與銅反應生需條件，它是由于溶解在溶液中的氨氣、氧氣與銅反應生成的。成的。Cu + nNH3 + 1/2 O2 + H2O Cu(NH3)n2+ + 2OH- 黃銅在成膜溶液中（含黃銅在成膜溶液中（含Cu2 +和和NH4+離子溶液，離子溶液，pH=6 47 3中生成一層中生成一層Cu2O膜）膜） 主要是晶間斷裂。主要是晶間斷裂。 在成膜溶液中的沿晶界斷裂機理：在銅合金表面存在在成膜溶液中的沿晶界斷裂機理：在銅合金表面存在Cu2O膜，韌性差；在應力作用下發(fā)生脆性破裂。膜，韌性差；在應力作用下發(fā)生脆性破裂。 在

40、不成膜溶液中（在不成膜溶液中（ pH=7 811 2 時，銅合金處于活性溶時，銅合金處于活性溶解），在應力的作用引起露頭的位錯優(yōu)先溶解，因而裂紋解），在應力的作用引起露頭的位錯優(yōu)先溶解，因而裂紋沿著位錯密度最高的途徑擴展。沿著位錯密度最高的途徑擴展。1）黃銅的）黃銅的SCC機理機理2）奧氏體不銹鋼的）奧氏體不銹鋼的SCC機理機理：（滑移：（滑移-溶解溶解-斷裂機理）斷裂機理） 該理論至少包括四個過程：表面膜的形成、應力作用下該理論至少包括四個過程：表面膜的形成、應力作用下金屬產生滑移引起表面膜的破裂、裸露金屬的陽極溶解、金屬產生滑移引起表面膜的破裂、裸露金屬的陽極溶解、裸露金屬再鈍化。裸露金屬

41、再鈍化。 在應力作用下，位錯沿著滑移面運動至金屬表面，在在應力作用下，位錯沿著滑移面運動至金屬表面，在表面產生滑移臺階，使表面膜產生局部破裂并暴露出活潑表面產生滑移臺階，使表面膜產生局部破裂并暴露出活潑的的“新鮮新鮮”金屬。有膜和無膜金屬及缺陷處形成鈍化金屬。有膜和無膜金屬及缺陷處形成鈍化-活活化微電池。伴隨陽極溶解產生陽極極化，使陽極周圍鈍化，化微電池。伴隨陽極溶解產生陽極極化，使陽極周圍鈍化，在蝕坑即裂紋尖端周邊重新生成鈍化膜，隨后在拉應力繼在蝕坑即裂紋尖端周邊重新生成鈍化膜，隨后在拉應力繼續(xù)作用下，蝕坑底部即裂紋尖端處造成應力集中，而使鈍續(xù)作用下，蝕坑底部即裂紋尖端處造成應力集中，而使鈍

42、化膜再次破裂，造成新的活性陽極區(qū)，如此反復，造成縱化膜再次破裂，造成新的活性陽極區(qū)，如此反復，造成縱深穿晶的裂紋。深穿晶的裂紋。 3）鋁合金的）鋁合金的SCC機理機理 鋁合金在大氣或微量氧的水溶液中生成氧化膜，但鋁合金在大氣或微量氧的水溶液中生成氧化膜，但由于應力作用或鹵素離子作用造成局部氧化膜破壞，由于應力作用或鹵素離子作用造成局部氧化膜破壞，形成蝕坑或裂紋源。裂紋在拉應力作用下沿晶界擴展形成蝕坑或裂紋源。裂紋在拉應力作用下沿晶界擴展直至斷裂。進行腐蝕電池反應是：直至斷裂。進行腐蝕電池反應是： 陽極：陽極：Al Al3+ + 3e 陰極：陰極：O2+2H2O+4e 4OH- 當絮狀的當絮狀的

43、Al(OH)3沉淀，在蝕口堆積形成一個閉塞電沉淀，在蝕口堆積形成一個閉塞電池時，構成自催化腐蝕環(huán)境。如圖所示：池時，構成自催化腐蝕環(huán)境。如圖所示： 2、氫脆機理、氫脆機理 該機理認為：金屬材料在拉應力該機理認為：金屬材料在拉應力 和腐蝕介質共同作用和腐蝕介質共同作用下，由于陰極還原反應產生的氫原子擴散到裂紋尖端的金下，由于陰極還原反應產生的氫原子擴散到裂紋尖端的金屬內部引起并控制脆斷。這種應力腐蝕稱為氫脆型屬內部引起并控制脆斷。這種應力腐蝕稱為氫脆型SCC（HE-SCC）。這一機理也稱為氫的滯后開裂。）。這一機理也稱為氫的滯后開裂。 五、影響應力腐蝕斷裂的因素 應力來源：應力來源：1）工作應力

44、：設備和部件在工作條件下所承受的外加）工作應力：設備和部件在工作條件下所承受的外加載荷。載荷。2）殘余應力：金屬材料在生產過程和加工過程中，在）殘余應力：金屬材料在生產過程和加工過程中，在材料內部產生的應力。如冷軋、冷拔、冷彎、冷作、機械材料內部產生的應力。如冷軋、冷拔、冷彎、冷作、機械加工、加工、焊接焊接、熱處理過程中產生的殘余應力。、熱處理過程中產生的殘余應力。3）熱應力：由于溫度變化而引起的殘余應力。）熱應力：由于溫度變化而引起的殘余應力。4）結構應力：由于設備、部件的安裝與裝配而引起的）結構應力：由于設備、部件的安裝與裝配而引起的應力。應力。外加應力愈大材料斷裂時間愈短。如圖所示。外加

45、應力愈大材料斷裂時間愈短。如圖所示。 1、應力、應力2、界面電位電位狀況的影響：大量實驗研究證明，、界面電位電位狀況的影響：大量實驗研究證明，SCC只只有在一定的電位范圍內才能發(fā)生。現發(fā)現合金的陽極極化曲有在一定的電位范圍內才能發(fā)生?，F發(fā)現合金的陽極極化曲線有三個易產生線有三個易產生SCC的區(qū)域。這些區(qū)域都是過渡區(qū)。如圖所的區(qū)域。這些區(qū)域都是過渡區(qū)。如圖所示。示。 在不銹鋼中加入在不銹鋼中加入Si、Co有利于提有利于提高抗高抗SCC性能。但含有周期表第性能。但含有周期表第V類類元素元素N、P、As、Sb、Bi有有害的。有有害的。Mo 4%能提高抗能提高抗SCC性能。性能。 對鈦合金，降低它的含

46、氧量和對鈦合金，降低它的含氧量和Al量，同時加入適量的量，同時加入適量的Nb、Ta、V有利有利于提高抗于提高抗SCC性能。性能。 對黃銅，少量對黃銅，少量Fe、Sn、Mn、Si、Al、Cd、Pb可促進應力腐蝕?？纱龠M應力腐蝕。 3、合金成分的影響、合金成分的影響六、應力腐蝕斷裂的控制措施六、應力腐蝕斷裂的控制措施 1、降低和消除應力：、降低和消除應力： 在結構設計時首先要降低設計應力，盡量在結構設計時首先要降低設計應力，盡量避免或減少局部應力集中避免或減少局部應力集中。 加工和裝配過程中，應盡量避免產生殘余應力，可采用熱處理退火方加工和裝配過程中，應盡量避免產生殘余應力，可采用熱處理退火方法。

47、法。 機械方法消除內應力，在受應力的合金表面進行噴丸、奔砂、錘敲等處機械方法消除內應力，在受應力的合金表面進行噴丸、奔砂、錘敲等處理，使表面層處于壓應力狀態(tài)，以提高抗理，使表面層處于壓應力狀態(tài)，以提高抗SCC性能。性能。 2、控制環(huán)境、控制環(huán)境 改善使用條件，除去危害性大的介質成分。如水中的氧和氯化物。改善使用條件，除去危害性大的介質成分。如水中的氧和氯化物。減少內外溫差。減少內外溫差。 升高升高pH值。值。 采用添加適當的緩蝕劑或采用涂、鍍層的辦法控制環(huán)境。采用添加適當的緩蝕劑或采用涂、鍍層的辦法控制環(huán)境。 采用陰、陽極電化學保護方法，采用陰、陽極電化學保護方法，避免進入三個避免進入三個SC

48、C敏感的電位區(qū)敏感的電位區(qū)，以防，以防止止SCC的發(fā)生。的發(fā)生。 3、改善材質、改善材質較抗較抗SCC性能的不銹鋼：性能的不銹鋼：高鎳奧氏體、高純奧氏體鋼、雙相不銹鋼高鎳奧氏體、高純奧氏體鋼、雙相不銹鋼；較抗；較抗SCC性能的鋁合金：包鋁性能的鋁合金：包鋁LD10、包鋁的、包鋁的LY12、LF21、ZL101；較抗；較抗SCC性能的鈦合金：性能的鈦合金：Ti-10V-2Fe-3Al、Ti-2Al-4Mo-4Zr。 5.2.2 氫損傷氫損傷 一、定義一、定義 金屬材料中由于氫的存在或與氫反應引起材料力學金屬材料中由于氫的存在或與氫反應引起材料力學性能變壞的現象。性能變壞的現象。 可分為：可分為：

49、氫鼓泡、氫脆、脫炭、氫腐蝕氫鼓泡、氫脆、脫炭、氫腐蝕。 二、氫損傷特征二、氫損傷特征 1、氫損傷導致金屬材料的韌性和塑性性能下降，易使材、氫損傷導致金屬材料的韌性和塑性性能下降，易使材料開裂或脆斷。料開裂或脆斷。 2、氫損傷是氫與材料交互作用引起的一種現象、氫損傷是氫與材料交互作用引起的一種現象 3、氫損傷和應力腐蝕斷裂在產生原因和機理上是有區(qū)別、氫損傷和應力腐蝕斷裂在產生原因和機理上是有區(qū)別的。應力腐蝕裂紋的擴展是由于裂紋的陽極溶解，其陰極的。應力腐蝕裂紋的擴展是由于裂紋的陽極溶解，其陰極對裂紋的擴展并不產生直接的影響。而氫損傷是由于合金對裂紋的擴展并不產生直接的影響。而氫損傷是由于合金中在

50、陽極區(qū)吸收了陽極反應產物氫原子誘導脆性而產生和中在陽極區(qū)吸收了陽極反應產物氫原子誘導脆性而產生和擴展的。擴展的。 如下圖所示：如下圖所示： 1、氫的來源、氫的來源內氫：冶煉、鑄造、內氫：冶煉、鑄造、電鍍、電鍍、酸洗、酸洗、焊接、焊接、陰極充氫等工藝過陰極充氫等工藝過程中引入的。程中引入的。 外氫：材料使用過程中，由外界環(huán)境引入的。外氫：材料使用過程中，由外界環(huán)境引入的。 1）H2吸附分解成原子氫。吸附分解成原子氫。 2）腐蝕析氫在金屬表面分解成原子氫。）腐蝕析氫在金屬表面分解成原子氫。 3）含氫物質與金屬表面發(fā)生反應放出氫。）含氫物質與金屬表面發(fā)生反應放出氫。2、氫的存在形式、氫的存在形式 氫

51、可以氫可以H-、H、H+、H2、金屬氫化物、固溶體、碳氫化合、金屬氫化物、固溶體、碳氫化合物等形式存在于金屬中，也可與位錯結合形成氣團而存在。物等形式存在于金屬中，也可與位錯結合形成氣團而存在。 三、氫的來源與存在形式與傳輸三、氫的來源與存在形式與傳輸1、氫腐蝕機理（高溫氫腐蝕）、氫腐蝕機理（高溫氫腐蝕）Hydrogen Corrsion 氫腐蝕氫腐蝕是指在高溫是指在高溫200以上，高壓條件下，氫進入金屬，以上，高壓條件下，氫進入金屬，產生合金組分與氫化學反應生成氫化物等物質，導致合金強度產生合金組分與氫化學反應生成氫化物等物質，導致合金強度下降以至下降以至沿晶界開裂沿晶界開裂的現象，簡稱的現

52、象，簡稱HC。 機理：機理：C+2H2 CH4 Fe3C+2H2 3Fe+CH4 或或4H + Fe3C 3Fe+CH4 反應生成高壓氣體，在高壓、高溫、含氫條件下氫分子擴散到反應生成高壓氣體，在高壓、高溫、含氫條件下氫分子擴散到鋼中，并生成甲烷，甲烷在鋼中的擴散能力很低，這樣甲烷量鋼中，并生成甲烷，甲烷在鋼中的擴散能力很低，這樣甲烷量不斷增多，形成局部高壓，造成應力集中使該處發(fā)展為裂紋。不斷增多，形成局部高壓，造成應力集中使該處發(fā)展為裂紋。四、氫損傷類型及其機理四、氫損傷類型及其機理2、氫鼓泡、氫鼓泡Hydrogen Blistering 氫鼓泡是指過飽和的氫原子在缺陷位置（如夾雜、氣孔、氫

53、鼓泡是指過飽和的氫原子在缺陷位置（如夾雜、氣孔、微縫隙處）析出后，形成氫分子，在局部區(qū)域造成高氫壓，微縫隙處）析出后，形成氫分子，在局部區(qū)域造成高氫壓，引起表面鼓泡或形成內部裂紋，使鋼材撕裂開來的現象，引起表面鼓泡或形成內部裂紋，使鋼材撕裂開來的現象，稱氫誘發(fā)開裂（稱氫誘發(fā)開裂（HIC）或氫鼓泡（）或氫鼓泡（HB）。）。3、氫脆、氫脆Hyrogen Embrittlement 氫脆（氫脆（HE）是指由于氫擴散到金屬中以固溶態(tài)（氫以）是指由于氫擴散到金屬中以固溶態(tài)（氫以H-、H、H+的形態(tài)，固溶于金屬中）存在或生成氫化物而導致的形態(tài)，固溶于金屬中）存在或生成氫化物而導致材料斷裂的現象。材料斷裂的

54、現象。 氫脆機理主要有以下幾種：氫脆機理主要有以下幾種： 1）氫壓理論：）氫壓理論：該理論認為當點陣中氫超過固溶度時，金屬中過飽和的一該理論認為當點陣中氫超過固溶度時，金屬中過飽和的一部分氫就會在晶界、孔洞或其他缺陷處析出，再結合成氫部分氫就會在晶界、孔洞或其他缺陷處析出，再結合成氫分子，結果分子，結果 在這些地方形成很高的氫氣壓，當壓力超過材在這些地方形成很高的氫氣壓，當壓力超過材料的破壞應力時就會產生裂紋，導致脆性開裂。料的破壞應力時就會產生裂紋，導致脆性開裂。 2）點陣脆化理論（弱鍵理論）：氫溶入過渡族金屬后，）點陣脆化理論（弱鍵理論）：氫溶入過渡族金屬后，由于過渡元素的由于過渡元素的3

55、d層電子未填滿，由于氫原子的電子的進入層電子未填滿，由于氫原子的電子的進入使得使得3d電子層電子密度增加，提高了原子間的斥力，即降低電子層電子密度增加，提高了原子間的斥力，即降低了點陣間的結合力，造成金屬脆化。了點陣間的結合力，造成金屬脆化。 3）吸附氫降低表面能理論：該理論認為當裂紋尖端有氫）吸附氫降低表面能理論：該理論認為當裂紋尖端有氫吸附在表面時，使表面能下降，因而使斷裂應力下降。吸附在表面時，使表面能下降，因而使斷裂應力下降。 4）原子氫與位錯的交互作用理論（氫釘扎理論）：該理）原子氫與位錯的交互作用理論（氫釘扎理論）：該理論認為氫脆是由于金屬中溶解的氫對位錯移動的干擾論認為氫脆是由于

56、金屬中溶解的氫對位錯移動的干擾“釘扎釘扎”作用的結果。氫在應力作用下向缺陷或裂紋前緣的應力集中作用的結果。氫在應力作用下向缺陷或裂紋前緣的應力集中擴散，阻礙了該地區(qū)的位錯運動，從而造成局部加工硬化，擴散，阻礙了該地區(qū)的位錯運動，從而造成局部加工硬化，晶體變脆，產生脆斷。晶體變脆，產生脆斷。 1、氫含量影響、氫含量影響 隨著鋼中氫濃度的增隨著鋼中氫濃度的增加，鋼的臨界應力下降，加，鋼的臨界應力下降，延伸率減小，對氫的敏延伸率減小，對氫的敏感性下降。如圖所示。感性下降。如圖所示。 五、影響氫損傷的因素五、影響氫損傷的因素2、溫度的影響、溫度的影響氫脆一般發(fā)生在氫脆一般發(fā)生在30+30范圍內。溫度高

57、于范圍內。溫度高于65，一般不產，一般不產生氫脆。這是由于隨著溫度的升高，氫的擴散加快，鋼中含氫生氫脆。這是由于隨著溫度的升高，氫的擴散加快，鋼中含氫量下降，不容易在裂紋尖端富集的緣故。量下降，不容易在裂紋尖端富集的緣故。 3、溶液、溶液pH值的影響值的影響 隨著隨著pH值降低，斷裂值降低，斷裂時間縮短，當時間縮短，當pH值值9時，時，未發(fā)現斷裂。未發(fā)現斷裂。 4、應變速率的影響、應變速率的影響 5、合金成分的影響、合金成分的影響 一般一般Cr、Mo、W、Ti、V、Nb等碳化物形成元素，能細化等碳化物形成元素，能細化晶粒，提高鋼的韌性，對降低氫損傷敏感性是有利的。而晶粒，提高鋼的韌性，對降低氫

58、損傷敏感性是有利的。而Mn由于使由于使KISCC降低，故加入鋼中是有害的。降低，故加入鋼中是有害的。 1、選用耐氫脆性合金。、選用耐氫脆性合金。2、減小內氫措施：、減小內氫措施：1）改進冶煉技術）改進冶煉技術2）焊接時采用低氫焊接時采用低氫3）電鍍時需使用低氫脆工藝，提高電鍍的電流效率，減小腐）電鍍時需使用低氫脆工藝，提高電鍍的電流效率，減小腐蝕率。蝕率。4）酸洗時合理選用緩蝕劑、減小腐蝕率。）酸洗時合理選用緩蝕劑、減小腐蝕率。5）除氫處理除氫處理 六、氫損傷的控制措施六、氫損傷的控制措施3、控制外氫進入金屬、控制外氫進入金屬 1）造成氫直接障礙：可采取在基體上施以低氫擴散性和低）造成氫直接障

59、礙：可采取在基體上施以低氫擴散性和低氫溶解度的鍍涂層。如覆蓋氫溶解度的鍍涂層。如覆蓋Cu、Mo、Al、Ag、Au、W等金等金屬鍍層和有機涂層。屬鍍層和有機涂層。 2）造成氫間接障礙：可采取加入某種合金元素延緩腐蝕反）造成氫間接障礙：可采取加入某種合金元素延緩腐蝕反應或生成的產物具有抵制氫進入基體的作用。如含應或生成的產物具有抵制氫進入基體的作用。如含Cu鋼在鋼在H2S水介質中，生成水介質中，生成Cu2S致密產物，降低了氫誘發(fā)的開裂傾致密產物，降低了氫誘發(fā)的開裂傾向。向。 3）降低外氫的活性降低外氫的活性：例如在氣相：例如在氣相H2S、H2氣中，加入氣中，加入0 60 8%的氧作為抵制劑，可有效

60、地抵制裂紋的擴展。的氧作為抵制劑，可有效地抵制裂紋的擴展。 腐蝕疲勞是指金屬材料在循環(huán)應力或脈動應力和腐蝕介質腐蝕疲勞是指金屬材料在循環(huán)應力或脈動應力和腐蝕介質共同下產生脆性斷裂。共同下產生脆性斷裂。 循環(huán)應力表現的形式是多樣的，其中以交變的張應力和壓循環(huán)應力表現的形式是多樣的，其中以交變的張應力和壓應力的循環(huán)應力最為常見。應力的循環(huán)應力最為常見。 產生腐蝕疲勞的金屬材料中有碳鋼、低合金鋼、奧氏體不產生腐蝕疲勞的金屬材料中有碳鋼、低合金鋼、奧氏體不銹鋼，以及鎳基合金和其他非鐵合金等。疲勞失效約占機械銹鋼，以及鎳基合金和其他非鐵合金等。疲勞失效約占機械失效的失效的80%。 5.5 3 腐蝕疲勞腐