廈門(mén)大學(xué)材料表面工程第三

1、 第三章 材料表面強(qiáng)度 1 3-1 疲勞載荷下的表面強(qiáng)度 3-1-1 疲勞裂紋萌生于表面 在載荷的反復(fù)作用下，任何材料都會(huì)產(chǎn)生疲勞問(wèn)題。據(jù)統(tǒng)計(jì)約有5090的機(jī)械結(jié)構(gòu)的破壞是屬于疲勞破壞。引起疲勞破壞的原因很多，但表面的影響是最大的，幾乎所有的疲勞開(kāi)裂都自表面(或表面層)開(kāi)始。 2疲勞破壞主要包括裂紋的萌生和發(fā)展兩個(gè)階段。從原始表面到產(chǎn)生0.076mm長(zhǎng)裂紋的過(guò)程即為裂紋的萌生。 疲勞裂紋總是在應(yīng)力最高、強(qiáng)度最弱的機(jī)件表面上形成。機(jī)件表面上機(jī)械加工的切削紋、表面擦傷、結(jié)構(gòu)上的內(nèi)圓角及亞表面的夾雜物等應(yīng)力集中處，均易于造成局部高應(yīng)力，是疲勞裂紋萌生的首發(fā)地區(qū)。 3 疲勞裂紋萌生的三種主要形式：1滑

2、移帶開(kāi)裂 在循環(huán)應(yīng)力的作用下，塑性應(yīng)變的滑移局限于某些晶粒內(nèi)，首先在試樣表面形成，然后逐漸向內(nèi)部擴(kuò)展，形成“駐留滑移帶”。表面駐留滑移帶形成后，由于不可逆的反復(fù)變形，便在表面形成“擠出帶”和“侵入溝”(右圖)，其中的侵入溝將發(fā)展為疲勞裂紋。 42晶界開(kāi)裂滑移帶到達(dá)晶界時(shí)，在晶界上受阻。隨著滑移的繼續(xù)進(jìn)行，位錯(cuò)在晶界旁塞積。當(dāng)位錯(cuò)塞積造成的應(yīng)力達(dá)到材料的強(qiáng)度極限時(shí)，在晶界處會(huì)產(chǎn)生開(kāi)裂形成微裂紋。材料的晶粒尺寸愈大，晶界上的應(yīng)變量愈大，位錯(cuò)塞積愈嚴(yán)重，所產(chǎn)生的應(yīng)力就愈高，裂紋就愈易形成。因此，以晶粒細(xì)化來(lái)防止晶界的開(kāi)裂和推遲裂紋的萌生是很有效的。 53夾雜物界面的開(kāi)裂 材料中的夾雜物一般是不可避免

3、的，有時(shí)還起著彌散強(qiáng)化的作用。但是處在表面或次表面的夾雜物如果尺寸較大，也可以引起疲勞裂紋的萌生。其原因有: (1)夾雜在應(yīng)力作用下發(fā)生斷裂，形成微裂紋； (2)雜質(zhì)和基體的界面結(jié)合一般不理想，雜質(zhì)堆積的 結(jié)果引起界面處的開(kāi)裂。 63-1-2 影響疲勞強(qiáng)度的因素 1表面的機(jī)械處理 噴丸、冷滾壓等機(jī)械處理，在服役的表面形成有殘余壓應(yīng)力的薄層，對(duì)提高疲勞抗力是行之有效的表面強(qiáng)化方法。表層壓應(yīng)力的存在，降低了外加交變應(yīng)力中容易造成損傷的拉應(yīng)力分量，從而可大幅度提高疲勞裂紋的萌生壽命。72表面的腐蝕腐蝕作用使金屬表面變?yōu)榇植冢纬筛g坑等應(yīng)力集中點(diǎn)，在交變應(yīng)力的作用下，裂紋萌生的壽命很短，使疲勞強(qiáng)度大

4、大降低。一般說(shuō)來(lái)，在較強(qiáng)的腐蝕環(huán)境下，材料對(duì)于腐蝕疲勞的基本抗力主要取決于材料對(duì)腐蝕的抗力，即增加材料對(duì)腐蝕的抗力比增加其疲勞強(qiáng)度更為重要。殘余壓應(yīng)力可以減慢侵蝕介質(zhì)向物體內(nèi)的浸透，減慢腐蝕損傷即疲勞裂紋源的形成和發(fā)展。采用金屬和非金屬涂層保護(hù)層，并在表面上制造合適的壓應(yīng)力，對(duì)于抑制腐蝕損傷具有重大的意義。83其它表面處理方法表面處理的方法是多種多樣的，各種處理方法對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響還有待于人們進(jìn)一步的研究。任何一種處理都會(huì)影響到表面對(duì)疲勞的抗力，但是究竟是增加還是減少，增加或減少的程度如何，比較復(fù)雜。因?yàn)榧词箤?duì)于同一種處理方法，例如電鍍，鍍層的種類(lèi)可達(dá)上百種，各種鍍層特性不可能相同，因而會(huì)得出

5、不同的結(jié)果。93-2 表面膜層的應(yīng)力以覆膜的方法對(duì)材料進(jìn)行表面強(qiáng)化，在表面工程中占有很大的比重。一般情況下膜層與基體材料的成分和結(jié)構(gòu)是不一樣的，因此難免在界面上產(chǎn)生應(yīng)力，應(yīng)力的存在將對(duì)膜層的強(qiáng)度產(chǎn)生重大的影響。 幾乎所有薄膜都存在著巨大的應(yīng)力，它對(duì)薄膜的性能，特別是結(jié)合力產(chǎn)生很大的威脅。 10薄膜應(yīng)力通常分為張應(yīng)力和壓應(yīng)力，習(xí)慣上把張應(yīng)力取正號(hào)，壓應(yīng)力取負(fù)號(hào)。在張應(yīng)力作用下，薄膜本身有收縮趨勢(shì)，如果膜層的張應(yīng)力超過(guò)薄膜的彈性限度，薄膜就會(huì)破裂，破裂時(shí)離開(kāi)基板而翹起。在壓應(yīng)力作用下，薄膜有向表面擴(kuò)張的趨勢(shì)，在極限情況下，壓應(yīng)力使薄膜向基板內(nèi)側(cè)卷曲。113-2-1 薄膜應(yīng)力的起因 薄膜應(yīng)力是由表面

6、張力S、熱應(yīng)力T和內(nèi)應(yīng)力I 三部分組成的。表面張力也是一種應(yīng)力，如果膜層上表面的表面張力為1，膜層與基板表面的張力為2，薄膜厚度為d，則由此產(chǎn)生的表面張力: S = (1 +2)d 熱應(yīng)力是由于膜層與基板之間的熱膨脹系數(shù)不同而引起的，可表示為: TS 和TM分別為沉積和測(cè)量時(shí)的基板溫度；f和s分別為薄膜和基板的熱膨脹系數(shù)；Ef為薄膜的楊氏模量。 12如果Ef，f和s不隨溫度而變化，則上式改寫(xiě)成 T = (f s) Ef T 式中T= TS TM。金屬的熱膨脹系數(shù)范圍為(1020)106，玻璃的熱膨脹系數(shù)約為8106，若以玻璃為基體，f s 0；在室溫下測(cè)定高溫時(shí)沉積于玻璃上的金屬膜，T0，因此

7、T 0，即金屬膜的熱應(yīng)力是張應(yīng)力。反之，堿金屬鹵化物的熱膨脹系數(shù)約為(3040)106，金屬沉積在堿金屬鹵化物基板上時(shí)， f s 0，當(dāng)T0時(shí)，T 0，即金屬膜的熱應(yīng)力為壓應(yīng)力。13通過(guò)選擇基板材料和沉積溫度可以調(diào)節(jié)熱應(yīng)力的大小和性質(zhì)。不過(guò)沉積溫度的可調(diào)范圍一般是有限的。一般是調(diào)節(jié)膜層和基板材料的熱膨脹系數(shù)。14內(nèi)應(yīng)力又稱(chēng)本征應(yīng)力，它主要取決于薄膜的微觀結(jié)構(gòu)和缺陷等因素。 產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力的主要原因包括：（1）沉積時(shí)真空室中的殘余氣體或者濺射時(shí)的工作氣體進(jìn)入薄 膜，薄膜晶格結(jié)構(gòu)偏離于塊狀材料；（2）薄膜晶格常數(shù)與基板晶格常數(shù)失配；（3）薄膜中的再結(jié)晶；宏觀微孔和薄膜相變等。 153-2-2 沉積工藝

8、對(duì)應(yīng)力的影響(1)基板溫度：基板溫度既影響熱應(yīng)力，又影響內(nèi)應(yīng)力。 隨著基板溫度升高，內(nèi)應(yīng)力減小，熱應(yīng)力增加。 16(2)真空度：真空室中殘余氧、氮和水氣對(duì)應(yīng)力都有影響。在沉積SiO時(shí)，隨著水氣分壓升高，其應(yīng)力從張應(yīng)力逐漸變?yōu)閴簯?yīng)力。在沉積Al膜時(shí)，若真空度低于102 Pa，則A1膜由通常的張應(yīng)力變?yōu)閴簯?yīng)力，其它金屬也有類(lèi)似現(xiàn)象。這是因?yàn)闅怏w滲入金屬晶格，從而抑制了金屬晶格的膨脹。 17(3)沉積速率：沉積速率對(duì)應(yīng)力的影響缺乏規(guī)律性。根據(jù)Hoffman模型，內(nèi)應(yīng)力將隨沉積速度增大而增大。但有些薄膜的內(nèi)應(yīng)力卻相反變化，即隨沉積速率增大而減小。 18 (4)膜厚：有些薄膜的應(yīng)力與膜厚的關(guān)系是一個(gè)N形

9、。19(5)熱處理：薄膜在空氣中烘烤對(duì)于消除缺陷、減小應(yīng)力有著重要的 作用。在低溫退火時(shí)，原子主要通過(guò)晶格振動(dòng)交換能量，使位于畸變位置的原子得到恢復(fù)；在較高溫度下，產(chǎn)生體內(nèi)和界面擴(kuò)散，發(fā)生再結(jié)晶，使晶粒增大，晶界減小，應(yīng)力降低。(6)時(shí)效：隨著薄膜吸潮，應(yīng)力可減小。對(duì)MgF2單層膜，應(yīng)力可降低 50左右。 (7)混合膜和多層膜：用具有壓應(yīng)力和張應(yīng)力兩種材料混合的單層膜 或由它們組成的多層膜可顯著降低薄膜應(yīng)力。 203-3 表面活性介質(zhì)對(duì)力學(xué)性能的影響 3-3-1 Rebingry效應(yīng) 固體的機(jī)械性能，諸如強(qiáng)度、塑性、耐磨性等都可能受到與其表面接觸的氣體和液體的影響而產(chǎn)生顯著變化。在許多情況下，

10、這些環(huán)境介質(zhì)的作用會(huì)使固體強(qiáng)度大大降低。因環(huán)境介質(zhì)物理、化學(xué)的影響及表面自由能減小而導(dǎo)致固體表面強(qiáng)度降低的現(xiàn)象，稱(chēng)為Rebingry效應(yīng)。任何固體存在這種效應(yīng)。例如，玻璃和石膏吸附水蒸氣后，其強(qiáng)度明顯下降。銅表面覆蓋熔融的鉍薄膜后，會(huì)使銅原來(lái)的高塑性喪失，在遠(yuǎn)比空氣中拉伸低得多的應(yīng)力下發(fā)生脆性破壞。 21從熱力學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看，固體表面和環(huán)境介質(zhì)的作用可分兩類(lèi)：一類(lèi)是不可逆的，一類(lèi)是可逆的。腐蝕屬于前者，是不可逆的， 腐蝕會(huì)使表面出現(xiàn)腐蝕坑，產(chǎn)生應(yīng)力集中，削弱機(jī)件的表面強(qiáng)度。Rebingry效應(yīng)屬于后者，是可逆的，該效應(yīng)也可以顯著地改變材料表面的機(jī)械性能。 22Rebingry效應(yīng)最普遍最重要的表

11、現(xiàn)形式有兩點(diǎn)：使塑性增加降低屈服極限和硬化指數(shù)。使脆性增加塑性和強(qiáng)度急劇降低。這種效應(yīng)一般是分子性質(zhì)與該固體分子相近的液體所引起。對(duì)于金屬來(lái)說(shuō)，與其相近的金屬熔體就可產(chǎn)生此種效應(yīng)。如黃銅和鋅有水銀時(shí)就變脆(圖3-14)。熔鹽可劇烈降低離子晶體的強(qiáng)度和塑性，熔融的堿金屬和鋁對(duì)石墨有顯著影響，而有機(jī)固體則對(duì)有機(jī)液體十分敏感。 23 Rebingry效應(yīng)具有以下特點(diǎn)： 環(huán)境介質(zhì)的影響有明顯的化學(xué)特征，即并非任何液體金屬都會(huì)改變某一固體的金屬性能，只有一定的對(duì)該固體表面具有活性的液體金屬才有上述的效果。如水銀可降低鋅的強(qiáng)度和塑性，但對(duì)同族元素鎘的機(jī)械性能無(wú)影響，盡管鎘與鋅的點(diǎn)陣類(lèi)型也一樣。 溶解和腐蝕

12、需要大量的介質(zhì)，而Rebingri效應(yīng)只需少量的表面活性物質(zhì)即可。在固體金屬的表面僅需微米數(shù)量級(jí)的液體金屬薄膜就可導(dǎo)致金屬的脆性破壞。在個(gè)別情況下，試樣表面有幾滴表面活性的熔融金屬潤(rùn)濕，就可引起低應(yīng)力脆斷。24 表面活性熔融物質(zhì)的作用十分迅速。例如，對(duì)固體進(jìn)行切削和磨削加工，雖然加工速度達(dá)幾十米每秒，活性物質(zhì)的影響仍然十分顯著。 影響可逆，即從固體表面去除活性物質(zhì)后，其表面機(jī)械性能一般可以恢復(fù)。 拉應(yīng)力和表面活性物質(zhì)同時(shí)存在作用更明顯。253-3-2 影響Rebingry效應(yīng)的因素1固體和液體金屬的本質(zhì) 降低固體和環(huán)境介質(zhì)界面的表面自由能對(duì)出現(xiàn)Rebingry效應(yīng)有關(guān)鍵的作用。固體和使表面能強(qiáng)

13、烈降低的介質(zhì)接觸，引起的后果之一就是急劇改變其表面的機(jī)械性能。 26液體金屬在固體中的溶解度越小，則在相應(yīng)的界面上表面能的降低越強(qiáng)烈。與形成共晶體的金屬接觸時(shí)，會(huì)使強(qiáng)度降低；而與形成金屬間化合物的金屬接觸時(shí)，強(qiáng)度則不會(huì)降低。因此，若熔融物可和固態(tài)金屬形成共晶體，不形成金屬間化合物，且在固相中溶解度較小(不高于百分之幾)，則這樣的熔融物可能使固態(tài)金屬的強(qiáng)度和塑性強(qiáng)烈下降。272溫度和變形速度溫度和變形速度對(duì)Rebingry效應(yīng)的出現(xiàn)有很大影響。3固態(tài)金屬的結(jié)構(gòu) 固態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)對(duì)存在液體金屬時(shí)的脆性的發(fā)生也有很大的影響。一般來(lái)說(shuō)，原始材料塑性愈差，則在相應(yīng)的熔融物的影響下愈易由塑性斷裂變?yōu)榇嘈詳嗔?/p>

14、。所以像加工硬化、時(shí)效、輻照、缺口等一切降低塑性的因素，往往會(huì)促進(jìn)有熔融金屬存在時(shí)脆性的發(fā)生。283-3-4 Rebingry效應(yīng)的利用及防止利用吸附性降低強(qiáng)度的這種特性，為固體的順利加工提供了廣泛的 可能性。例如降低強(qiáng)度引起脆性可利于精磨。使材料表面增塑，會(huì)有利于金屬壓力加工，諸如拔長(zhǎng)，軋制，模鍛，拉絲等等。表面活性介質(zhì)強(qiáng)烈影響磨削過(guò)程。用易熔金屬做金鋼石砂輪的填料 可以大大提高加工金屬陶瓷、硬質(zhì)合金和特殊鋼的速度，也使砂輪的耐磨性提高幾倍，并顯著提高磨削生產(chǎn)率。磨削過(guò)程能這樣獲得顯著改善，是由于粘結(jié)在砂輪內(nèi)的易熔金屬， 在切削時(shí)的高溫作用下被熔化了，從而促進(jìn)被加工材料表面斷裂。 而且，微量

15、活性金屬提高磨削生產(chǎn)率，并不影響被磨零件以后的機(jī) 械壽命。 29 在大部分情況下，Rebingry效應(yīng)都是有害的固體金屬和金屬熔融物接觸是生產(chǎn)中最常見(jiàn)的情況。金屬釬焊和焊接、軸承熔化，用液體金屬作潤(rùn)滑劑、原子反應(yīng)堆、火箭裝置、內(nèi)燃機(jī)等均有這種接觸。要減少其危害，可根據(jù)各種具體情況選用敏感性小的材料或低活性的熔融物，或求出機(jī)件運(yùn)轉(zhuǎn)的極限許用應(yīng)力。在某些情況下，金屬經(jīng)某些表面處理，如涂覆結(jié)合牢固的氧化物、碳化物和氮化物層等等，可保證固體金屬件不被熔融物浸潤(rùn)，從而阻止吸附引起的強(qiáng)度降低。 303-4 表面抗磨強(qiáng)度與固體物質(zhì)接觸并發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的機(jī)件表面都要承受摩擦磨損，提高機(jī)件的抗磨強(qiáng)度是表面工程技術(shù)

16、的重要目標(biāo)之一。 在摩擦面之間加潤(rùn)滑劑是減少磨損的有效方法。潤(rùn)滑劑減少磨損的主要機(jī)理是：流體膜潤(rùn)滑即流體膜把兩金屬隔開(kāi)，把磨損減到最低限度；固體潤(rùn)滑即在固體表面采取固體潤(rùn)滑劑或使用的添加劑能與金屬的表面發(fā)生反應(yīng)生成厚為40400nm的氧化物或硫化物，可以避免金屬與金屬之間的接觸。 31要提高機(jī)件的耐磨壽命，最重要的有兩點(diǎn)：一是工程上的合理設(shè)計(jì)； 二是耐磨件的表面強(qiáng)化。 1耐磨設(shè)計(jì) 耐磨性是由多個(gè)獨(dú)立的理化或機(jī)械性質(zhì)綜合作用決定的，并不完全依靠材料的某一種內(nèi)在性質(zhì)。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對(duì)零件的重要性、維修難易程度、產(chǎn)品成本、使用特點(diǎn)、環(huán)境特點(diǎn)等預(yù)先進(jìn)行綜合考察。 322抗磨材料的選擇在選擇抗磨材料時(shí)必須查清

17、影響產(chǎn)品壽命的基本因素和磨損過(guò)程是否始終以同樣的磨損機(jī)理進(jìn)行等情況，然后進(jìn)行選材。 (1)確定材料在使用方面是否存在限制: 這些限制包括工藝性能、使用環(huán)境、機(jī)械性能、理化性能等。 (2)確定負(fù)荷限制: 考察材料是否能經(jīng)受住運(yùn)行中的載荷而不變形或無(wú)過(guò)分變形。 33(3)確定溫度范圍: 溫度對(duì)于一些滑動(dòng)系統(tǒng)有強(qiáng)烈影響，溫度升高會(huì)導(dǎo)致材料的軟化，使咬合加劇。因此確定摩擦溫度的范圍對(duì)于選材是十分重要的。 溫度的升高與摩擦生熱有關(guān)，由此產(chǎn)生的溫升T可用下式求得： 式中為摩擦系數(shù)；W為施加載荷，N；為滑動(dòng)速度，m/s；1與2為材料的熱傳導(dǎo)率W(mK)；a為與滑動(dòng)零件之間廣泛分布的接觸點(diǎn)有關(guān)的量。34(4)

18、確定p極限值: 其中p是平均接觸壓力；是滑動(dòng)速度。 材料允許的最大載荷和滑動(dòng)速度，通常以p形式給出。(5)確定機(jī)件工作循環(huán)特性: 載荷交變的程度及機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的 間斷性都會(huì)影響磨損。 (6)確定容許的磨損失效形式和機(jī)械表面的損傷程度。 353薄膜硬度及耐磨表面處理從材料表面來(lái)研究提高耐磨性問(wèn)題一般從兩個(gè)方面著手：一是具有良好的機(jī)械特性；二是設(shè)法形成具有非金屬性質(zhì)的摩擦面。在機(jī)械性能中，最重要的是硬度，在大多數(shù)情況下磨損率都會(huì)隨硬度的提高而降低。非金屬性質(zhì)的摩擦面則是通過(guò)物理或化學(xué)的作用來(lái)減小磨損的。36對(duì)于鋼材，一般通過(guò)各種表面技術(shù)如滲硫、氧、氮化、氧碳氮共滲、熱噴涂層中加MoS2、物理氣相沉積、

19、化學(xué)氣相沉積及離子注入等，使材料表面形成氮化物、氧化物、硫化物、碳化物以及它們的復(fù)合化合物的表面層。這些表面層可以抑制摩擦過(guò)程中摩擦副兩個(gè)零件之間的粘附、熔附以及由此引起的金屬轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，從而提高其耐磨性。373-5 表面抗腐蝕強(qiáng)度腐蝕對(duì)材料表面的損害是眾所周知的，它可以使表面的尺寸減小，使表面失去光潔度，更多的情況是使表面產(chǎn)生局部缺陷而造成應(yīng)力集中，從而導(dǎo)致機(jī)件的斷裂。可以說(shuō)全部的腐蝕破壞都是從損壞材料的表面強(qiáng)度開(kāi)始的。同Rebingry效應(yīng)所不同的是：一是損害的程度更加嚴(yán)重；二是不可逆的。表面工程的一個(gè)重要內(nèi)容就是設(shè)法提高材料表面的抗腐蝕強(qiáng)度。 381腐蝕可能發(fā)生的環(huán)境及影響腐蝕的主要因素

20、392金屬表面膜若能在金屬表面上生成或制成一層膜，把金屬表面遮蓋起來(lái)，從而防止或降低金屬的腐蝕，這層膜即為表面保護(hù)膜。很多金屬與空氣中的氧作用，會(huì)在表面上形成一層氧化物的薄膜。膜的厚度取決于金屬的性質(zhì)、表面狀態(tài)、氧化溫度和介質(zhì)種類(lèi)。 40 金屬表面膜作為保護(hù)層的條件 表面膜要具有保護(hù)作用，首先必須是緊密完整的。以氧化膜為例，膜是否完整的必要條件是氧化物的體積要大于所消耗金屬的體積，即: M/xD A/d 式中A為金屬相對(duì)原子質(zhì)量；M為對(duì)應(yīng)氧化物的相對(duì)分子質(zhì)量；d為金屬密度；D為對(duì)應(yīng)氧化物的密度；x為一個(gè)分子氧化物中金屬原子的個(gè)數(shù)。整理上式得: Md/xDA 1 41比值過(guò)大且質(zhì)地較脆的膜沒(méi)有保

21、護(hù)作用；一般認(rèn)為1 Md/xDA (2.53)時(shí)，具有較好的保護(hù)性。由于硫化膜的MdxDA較大，保護(hù)性能一般不如氧化膜。 42 化學(xué)表面膜的形成過(guò)程 金屬表面由于介質(zhì)的氧化或腐蝕作用會(huì)生成氧化膜，膜的加厚過(guò)程實(shí)際上是金屬原子和介質(zhì)原子通過(guò)已形成的表面膜進(jìn)行擴(kuò)散的過(guò)程。擴(kuò)散有以下三種方式： 1)金屬原子和介質(zhì)原子同時(shí)通過(guò)已 形成的膜向相反的方向擴(kuò)散，在 膜的某一部位相遇而生長(zhǎng)(a)； 2)僅是介質(zhì)原子通過(guò)膜向內(nèi)擴(kuò)散， 使膜在金屬-膜界面處生長(zhǎng)(b)； 3)僅是金屬原子通過(guò)膜向外擴(kuò)散， 使膜在膜-介質(zhì)面處生長(zhǎng)(c)。 43 金屬氧化膜的形成規(guī)律：如果膜的Md/xDA1的條件，且與形成條件及膜的性質(zhì)

22、有關(guān)。形成條件可影響膜的內(nèi)應(yīng)力大小。 由于氧化物的體積大于金屬的體積，隨著膜的成長(zhǎng)，膜的體積會(huì)不斷地膨脹，因而在膜中便產(chǎn)生沿平行金屬表面方向的內(nèi)應(yīng)力；在某些局部同時(shí)會(huì)產(chǎn)生力圖使保護(hù)膜脫離金屬的拉壓力，拉應(yīng)力方向垂直于金屬表面。 46由于溫度的變化，膜的膨脹系數(shù)如果與基體不一樣，界面處則會(huì)產(chǎn)生剪切內(nèi)應(yīng)力，以致使兩者分離，膜脫落。把高溫氧化的鋼件突然冷卻時(shí)，氧化皮很快脫落便是一例。膜的破裂會(huì)造成金屬腐蝕量的增加圖3-32為銅在500氧化時(shí)由于膜中產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力的氧化曲線。此曲線由幾段拋的線段組成，表面膜在成長(zhǎng)過(guò)程中曾多次因內(nèi)應(yīng)力而遭受破壞。 如果膜有足夠的韌性，內(nèi)應(yīng)力不足以使其脫落，則膜的成長(zhǎng)自始至終

23、按某一規(guī)律變化，如銅在800的氧化只遵循拋物線規(guī)律。 473控制腐蝕的途徑(1)防蝕方法的分類(lèi) 根據(jù)金屬腐蝕原理，控制腐蝕的主要途徑如下： 提高材料熱力學(xué)穩(wěn)定性的防蝕方法:材料的熱力學(xué)穩(wěn)定性是由整個(gè)腐蝕體系決定的，要提高其穩(wěn)定性可以從兩個(gè)方面著手：一是材料本身采用或加入電位較正的合金元素；二是降低介質(zhì)的腐蝕性，除去有害的物質(zhì)乃至用涂層隔絕腐蝕介質(zhì)。 48 增強(qiáng)陽(yáng)極極化的防蝕方法: 主要是采用防腐蝕合金，即在金屬中加入容易鈍化的元素，使金屬元素易于鈍化(如不銹鋼)，此外，也包括向腐蝕介質(zhì)中加入陽(yáng)極性緩蝕劑或?qū)饘龠M(jìn)行陽(yáng)極保護(hù)。 49 增強(qiáng)陰極極化的防蝕方法: 這種方法主要包括陰極性緩蝕劑的使用；減少和改善合金中陰極性雜質(zhì)的數(shù)量和分布；用外加電流或犧牲性陽(yáng)極進(jìn)行陰極保護(hù)等。50(2) 防蝕涂層 涂層的保護(hù)機(jī)理: 一般認(rèn)為涂層是從下列三個(gè)方面對(duì)金屬進(jìn)行保護(hù)的。 a)屏蔽作用: 即把金屬和介