金属常见的腐蚀形态及防护措施.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,金属常见的腐蚀形态及防护措施,全面腐蚀,在整个金属表面上进行的腐蚀，又称均相腐蚀或均匀腐蚀。,局部腐蚀,金属表面局部区域的腐蚀破坏比其余表面大得多，从而形成坑洼、沟槽、分层、穿孔、破裂等破坏形态。,1,不同特征,全面腐蚀,-阴极和阳极尺寸非常微小且紧密靠拢，很难分辨,局部腐蚀,-阴极和阳极截然分开，易于区分。通常阳极面积很小，阴极面积相对很大。,金属局部腐蚀溶解速度比全面腐蚀溶解速度大得多。,局部腐蚀危害性,复杂性,集中性,突发性,2,电偶腐蚀 点蚀(孔蚀)缝隙腐蚀(丝状腐蚀)晶间腐蚀 选择性腐蚀 应力腐蚀开裂腐蚀疲劳 磨损腐蚀剥蚀 氢损伤,局部腐蚀主要类型,3,发生局部腐蚀的条件,(1)金属方面或溶液方面存在较大的电化学,不均一性,，因而形成了可以,明确区分,的,阳,极区和,阴,极区。,(2)阳极区和阴极区的电化学条件,差异,在腐蚀过程中一直,保持,下去，不会减弱，甚至还会不断,强化,，使某些局部区域的,阳极溶解速度,一直保持,高于,其余表面。这是局部腐蚀能够持续进行(发展)的条件。,4,全面腐蚀与局部腐蚀的比较,5,1 电偶腐蚀,当两种不同电位的金属相互接触，并浸入电解液中可以发现，电位较负的金属的腐蚀速度加大，而电位较正的金属腐蚀速度减缓而受到保护，该现象被称为电偶腐蚀,6,发生电偶腐蚀的几种情况,异金属部件,(,包括导电的非金属材料，如石墨,),组合。,金属镀层。,金属表面的导电性非金属膜。,气流或液流带来的异金属沉积。,7,异金属部件(包括导电的非金属材料，如石墨)组合,8,气流或液流带来的异金属沉积,9,10,电偶腐蚀原理,当两种不同电位的金属相互接触，并浸入电解液中可以发现，电位较负的金属的腐蚀速度加大，而电位较正的金属腐蚀速度减缓而受到保护。,11,（1）腐蚀电位差,（2）环境因素,（3）阴阳面积比例,电偶腐蚀的影响因素,12,（1）腐蚀电位差,表示电偶腐蚀的倾向,两种金属在使用环境中的腐蚀电位相差愈大，阳极金属受到腐蚀破坏的可能性愈大。,电偶序(galvanic series),将各种金属材料在某种环境中的腐蚀电位测量出来，并把它们从低到高排列,注意：同一种电偶组合在不同环境条件中不仅腐蚀电位差的数值不一样，甚至可能发生极性反转。,13,14,一些工业金属和合金在海水中的电偶序,铂,金,石墨,钛,银,Chlorimet 3(62Ni,18Cr,18Mo),Hastelloy C(62Ni,17Cr,15Mo),18-8Mo不锈钢(钝态),18-8不锈钢(钝态),1130%Cr不锈钢(钝态),Inconel(80Ni,13Cr,7Fe)(钝态),镍(钝态),银焊药,Monel(70Ni,32Cu),铜镍合金(6090Cu,4011Ni),青铜,铜,黄铜阴极性,阳极性,Chlorimet2(66Ni,32Mo,1Fe),Hastelloy B(60Ni,30Mo,6Fe,1Mn),Inconel(活态),镍(活态),锡,铅,铅-锡焊药,18-8钼不锈钢(活态),18-8不锈钢(活态),高镍铸铁,13%Cr不锈钢,铸铁,钢或铁,2024铝(4.5Cu,1.5Mg,0.6Mu),镉,工业纯铝(1100),锌,镁和镁合金,15,(2)环境因素,-,介质的组成,水中锡对于铁是阴极，而在多数有机酸中，锡对于铁是阳极，所以在食品工业中常使用,镀锡铁,(Fe-Sn),16,(2)环境因素,-,电解质电阻,17,(3)阴阳面积比例,大阳极，小阴极，电解质导电良好,大阳极，小阴极，电解质导电性能差,小阳极，大阴极,18,避免材料相互接触,(2),注意阳极部件的选择与设计,(3),避免大阴极小阳极的组合,(4),施工时在接触处采用绝缘措施,(5),采用涂层保护,(6),采用电化学方法,(7),在封闭系统,添加缓蚀剂,电偶腐蚀控制措施,19,20,21,22,2.点蚀,点蚀，又称孔蚀，是一种腐蚀集中于金属表面很小范围内，并深入到金属内部的腐蚀形态。,23,点蚀的形态,24,点蚀发生的条件,25,点蚀发生的条件,26,点蚀发生的条件,27,点蚀的形成可分为成核和生长(发展)两个阶段。,第一阶段：点蚀成核（发生）,钝化膜破坏（成相膜和吸附理论）,敏感形核位置,孕育期,点蚀机理,28,29,30,31,32,第二阶段：点蚀的生长（发展）,33,34,35,36,37,38,39,影响点蚀的因素-,（1）材料因素,（2）环境因素,40,能够钝化的金属容易发生点蚀，故不锈钢比碳钢对点蚀的敏感性高。金属钝态愈稳定，抗孔蚀性能愈好。孔蚀最容易发生在钝态不稳定的金属表面。,对不锈钢，,Cr、Mo,和,N,有利于提高抗点蚀能力。,另外，,S、P、C,等元素不利于提高抗孔蚀能力。,表面状态：表面光滑和清洁不易发生点腐蚀,热处理状态：生成沉淀相，易发生点腐蚀,（1）材料因素,41,（2）环境因素,活性离子能破坏钝化膜，引发点蚀。,一般认为，金属发生点蚀需要Cl浓度达到某个最低值(临界氯离子浓度)。这个临界浓度可以作为比较金属材料耐蚀性能的一个指标，临界浓度高，金属耐点蚀性能好。,缓蚀性阴离子,缓蚀性阴离子可以抑制点蚀的发生。,OH,-,NO,3,-,SO,4,2-,ClO,4,-,42,pH值,在较宽的pH值范围内，点蚀电位E,b,与溶液pH值关系不大。当pH10，随pH值升高，点蚀电位增大，即在碱性溶液中，金属点蚀倾向较小。,温度,温度升高，金属的点蚀倾向增大。当温度低于某个温度，金属不会发生点蚀。这个温度称为临界点蚀温度(CPT)，CPT愈高，则金属耐点蚀性能愈好。,溶液流速,介质处于流动状态，点蚀速率比介质静止时小,（2）环境因素,43控制点蚀的措施,（1）选择耐蚀合金,近年来发展了很多含有高含量Cr、Mo 及 N 以及低含量,S 和 C杂质,的奥氏体不锈钢,双相钢和高纯铁素体不锈钢抗点蚀性能良好,Ti 和Ti 合金具有最好的耐点蚀性能,（2）改善介质条件,降低Cl,-,含量,降低介质温度,增加介质流速,44,控制点蚀的措施,（3）电化学保护,（4）缓蚀剂的应用,在循环体系中可以添加缓蚀剂，如磷酸盐、铬酸盐等,45,4.5 缝隙腐蚀,46,缝隙种类,机器和设备上的结构缝隙,固体沉积(泥沙、腐蚀产物等)与金属基体形成的缝隙。,金属表面的保护模(如瓷漆、清漆、磷化层、金属涂层)与金属基体之间形成的缝隙。,47,缝隙腐蚀特征,48,缝隙腐蚀机理,49,缝隙腐蚀机理,50,缝隙腐蚀机理,51,缝隙腐蚀机理,52,缝隙腐蚀机理,53,缝隙腐蚀机理,54,缝隙腐蚀机理,55,e,e,e,e,e,e,e,e,o,2,OH,-,OH,-,M,+,M,+,o,2,Na,+,Na,+,Na,+,Cl,-,M,+,o,2,OH,-,o,2,OH,-,M,+,o,2,OH,-,M,+,Cl,-,Na,+,e,e,e,o,2,OH,-,OH,-,o,2,M,(OH),2,M,+,M,+,M,+,M,+,M,+,M,+,Cl,-,M,+,M,+,Cl,-,M,+,M,+,M,+,Cl,-,Cl,-,M,+,Cl,-,Cl,-,Na,+,o2,Cl,-,o,2,o,2,OH,-,初期阶段,后期阶段,金属在海水中（中性氯化物溶液）缝隙腐蚀,56,影响因素,57,影响因素,58,影响因素,59,缝隙腐蚀控制措施,60,合理设计,61,62,孔蚀和缝隙腐蚀的比较,63,孔蚀和缝隙腐蚀的比较,64,3.晶间腐蚀,发生晶间腐蚀的电化学条件,（1）内因,晶粒和晶界区的组织不同，电化学性质存在显著差异。,（2）外因,晶粒和晶界的差异要在适当的环境下才能显露出来。,65,晶间腐蚀的特点,66,晶间腐蚀的原因,67,晶间腐蚀机理,贫铬区,(Fe,Cr),23,C,6,1.贫Cr理论晶界碳化物析出,为什么Ni-Cr不锈钢敏化处理后出现严重的晶间腐蚀？,敏化处理（427-816度保温缓冷）,晶界析出连续的M,23,C,6,的碳化物，使晶界产生严重的贫Cr区。,68,贫铬区,(Fe,Cr),23,C,6,1.贫Cr理论晶界碳化物析出,69,贫铬区,(Fe,Cr),23,C,6,1.贫Cr理论晶界碳化物析出,70,1.贫Cr理论晶界碳化物析出,71,2.阳极相理论晶界,相析出并溶解,72,3.吸附理论杂原子在晶界吸附,C和P对14Cr-4Ni钢在5 mol/L HNO,3,+4g/L Cr,6+,溶液中腐蚀速度的影响,Si对14Cr-4Ni钢在5 mol/L HNO,3,+4g/L Cr,6+,溶液中腐蚀速度的影响,73,晶间腐蚀趋势源于第二相沉淀时产生的内应力。,具有巨大内应力的畸变区在腐蚀介质中显示为优先溶解的阳极行为。,快冷和退火处理可以减少第二相的生成，从而抑制了晶间腐蚀,4.应力论,74,影响因素,75,影响因素,76,影响因素,77,控制措施,78,控制措施,79,不锈钢焊缝腐蚀,80,不锈钢刀线腐蚀,81,剥蚀,概念,剥蚀又称层蚀，腐蚀沿平行于表面的平面（晶界）萌生，逐步发展，最终使金属剥落基体，呈现层状形貌。,原理,金属具有层状晶粒结构，由于腐蚀体积膨胀效应，沿晶界产生压应力，随着应力增加，使片状晶粒膨胀鼓起，最终使表面剥落。,82,产生剥蚀的条件,（1）合金具有晶间腐蚀倾向,（2）合金具有一定的层状结构,（3）适当的腐蚀介质，如氨类、NO,3,-,、H,2,O,2,等,剥蚀的控制方法,（1）改用没有层蚀的合金,（2）使用热处理方法，减小晶间腐蚀,（3）采用表面保护措施,（4）采用牺牲阳极的阴极保护方法,4.9 剥蚀,83,4.选择性腐蚀,84,黄铜脱锌,85,表 面,断 面,(a)层状脱锌,(b)带状脱锌,(c)栓状脱锌,铜栓,腐蚀产物,穿孔,黄 铜 脱 锌 类 型,86,影响因素,87,(根据抗拉强度下降算出),腐蚀深度mpy,120,100,80,60,40,20,0,20,40,60,80,100,120,温度,0摄氏度,(根据Fontana),温度对三种黄铜腐蚀的影响,(在2N NaCl溶液中,经24天水线试验),红黄铜(,15%Zn),海革黄铜(,37%Zn),蒙茨黄铜(,40%Zn,),88,机理解释,（1）锌的选择性溶解,这种理论认为，黄铜表面的锌原子发生选择性溶解，留下空位，稍里面的锌原子通过扩散到发生腐蚀的位置，继续发生溶解，结果留下疏松多孔的铜层。,89,（2）溶解沉积,这种理论认为铜和锌以金属离子形式一起进入溶液，铜离子再发生还原以纯铜的形式沉积出来(称为回镀)。,90,防止脱锌的措施,改善环境,脱氧或阴极保护,选用对脱锌不敏感的黄铜,红黄铜（含Zn小于15%）,在a黄铜中假如抑制脱锌元素,砷、锑、磷,91,石墨化腐蚀,92,氢损伤,概念,金属材料中由于氢的存在或氢与金属相互作用,造成材料力学性能变坏的总称,分类,(1)氢鼓泡(2)氢脆(3)脱碳(4)氢蚀,93,94,氢鼓泡,95,氢鼓泡机理,96,氢鼓泡防止方法,除去致氢的毒素,选用无空穴的镇静钢,采用氢不易渗透的奥氏体不锈钢或镍衬里或非金属衬里,加入缓蚀剂,97,氢脆,(一)可逆氢脆,含氢金属在变形过程中的初期阶段，氢浓度较抵，且尚未形成裂纹前，去除载荷，静置一段时间后高速变形，材料的塑性可以的恢复，这种应力去除后脆性消失可逆氢脆。,*通常含氢金属在高速变形时并不显示脆性,(二)不可逆氢脆,含氢金属随着应力作用，氢向应力集中处富积，当氢浓度超出临界值时沉淀出氢化物；,应力诱发氢化物相变。只在低应变速率下出现，并导致脆性断裂；,一旦出现氢化物，即使卸载除氢，塑性也不能恢复,不可逆氢脆,98,氢脆,特点,1.时间上属于延迟断裂;,2.对氢含量敏感;,3.对缺口敏感;,4.室温下敏感;,5.发生在低应变速率下,6.裂纹扩展的不连续性,7.裂纹源一般不在表面,裂纹较少有分支现象,99,氢脆,机理仍,不十分清楚,1.氢分子积聚造成巨大内压;,2.吸附氢后使表面能降低;,3.影响原子键结合力,促进位错运动;,4.生成脆性氢化物；,5.高温下,氢还能造成脱碳,100,氢脆,防护措施:,1.在容易发生氢脆的环境下,避免使用高强钢,可用,Ni、Cr,合金钢,2.焊接时采用低氢焊条，保持环境干燥,3.酸洗液中加入缓蚀剂,4.氢进入金属后，可进行低温烘烤驱氢，如钢一般在90-150度下脱氢,101,6.应力腐蚀,102,应力腐蚀条件,103,(1),主要是合金发生SCC，纯金属极少发生,(2),对环境的选择性形成了所谓“SCC的材料环境组合”,(3),只有拉应力才引起SCC，压应力反而会阻止或延缓SCC的发生。,(4),裂缝方向宏观上和拉引力垂直，其形态有晶间型，穿晶型，混合型。,(5)SCC,有孕育期，因此SCC的破断时间t,f,可分为孕育期，发展期和快断期三部分。,(6),发生SCC的合金表面往往存在钝化膜或其他保护膜，在大多数情况下合金发生SCC时均匀腐蚀速度很小，因此金属失重甚微。,应力腐蚀特征,104,金属或合金,腐 蚀 介 质,碳钢和低合金钢,奥氏体不锈钢,铜和铜合金,镍和镍合金,蒙乃尔合金,铝合金,铅,镁,42%MgCl,2,溶液,HCN,NaClO溶液,海水,H,2,S水溶液,氯化物溶液,高温高压蒸馏水,氨蒸气,汞盐溶液,含SO,2,大气,NaOH水溶液,HF酸,氟硅酸溶液,熔融NaCl,NaCl水溶液,海水,水蒸气,含SO,2,大气,Pb(AC),2,溶液,海洋大气,蒸馏水,KCl-K,2,CrO,4,溶液,产生应力腐蚀破裂的材料-介质组合,(局部腐蚀),105,SCC是典型的滞后性破坏,106,SCC是典型的滞后性破坏,107,SCC裂纹形态,108,SCC裂纹形态109,SCC机理,SCC机理分类：阳极溶解型机理,如：奥氏体不锈钢,氢致开裂型机理,如：高强度钢在水介质中的开裂,阳极溶解与氢致开裂的联合作用,如：铝合金的应力腐蚀,110,阳极溶解机理,111,A.膜局部破裂导致裂纹形核,112,A.膜局部破裂导致导致裂纹形核,113,B.裂尖定向溶解导致裂纹扩展,114,C.裂纹拓展到断裂,115,奥氏体不锈钢SCC机理,116,奥氏体不锈钢SCC机理,117,奥氏体不锈钢SCC机理,118,奥氏体不锈钢SCC机理,119,奥氏体不锈钢SCC机理,120,奥氏体不锈钢SCC机理,121,影响SCC的因素,环境因素,122,影响SCC的因素,环境因素,电位,活化钝化过渡电位区,钝化过电位区,123,影响SCC的因素,环境因素,124,影响SCC的因素,125,防止SCC的措施,126,防止SCC的措施,127,防止SCC的措施,128,腐蚀疲劳,定义,129,腐蚀疲劳特点,130,腐蚀疲劳特点,131,腐蚀疲劳机理,132,腐蚀疲劳机理,133,腐蚀疲劳机理,134,腐蚀疲劳机理,135,腐蚀疲劳机理,136,腐蚀疲劳影响因素,137,力学因素,方波、负锯齿波影响小，正弦波、三角波或正锯齿波影响大,138,环境因素,139,材料因素,细化晶粒有利于提高腐蚀疲劳强度,140,腐蚀疲劳控制,141,4.13.磨损腐蚀,(erosion-corrosion),定义,高速流动的腐蚀介质(气体或液体)对金属材料造成的腐蚀破坏,是流体的冲刷和腐蚀协同作用的结果,主要形式,湍流腐蚀,冲击腐蚀,空泡腐蚀,(4),摩振腐蚀,其中,(2),是磨损腐蚀的主要形式,(1),和,(2),有时合称为冲刷腐蚀,142,冲刷腐蚀的形态,143,冲刷腐蚀的机理,144,冲刷对腐蚀的加速作用,145,防止冲刷腐蚀的措施,146,空泡腐蚀,(cavitation erosion),147,空泡的形成与破灭,148,（1）形成气泡 （2）气泡破灭，膜破坏 （3）重新成膜,（4）形成新气泡 （5）气泡破灭，膜毁坏 （6）重新成膜,空泡腐蚀各步骤示意图,149,防止空泡腐蚀的措施,改进设计，减小流程中流体动压差,选用较耐空蚀的材料或精磨表面,用弹性保护层或阴极保护也有效,150,摩振腐蚀,承受载荷、互相接触的两表面由于振动和滑动，以及与周围介质发生的化学或电化学腐蚀的共同作用，导致表层材料流失的现象。,151,摩振腐蚀机理,152,摩振腐蚀机理,153,摩振腐蚀机理,154,摩振腐蚀防止措施,155,