过程腐蚀与防护

第四讲主讲人：高红鹰过程装备腐蚀与防护第二章影响腐蚀的结构因素2.1力学因素2.2表面状态与几何因素2.3异种金属组合因素2.4焊接因素2.1力学因素2.1.1应力腐蚀破裂(StressCorrosionCracking)金属结构在拉应力和特定腐蚀环境共同作用下引起的破裂应力腐蚀产生的条件应力腐蚀是应力与腐蚀介质综合作用的结果应力必须是拉应力环境因素：黄铜-氨溶液；奥氏体不锈钢-CI-溶液；碳钢-OH-溶液等2.应力腐蚀破裂速度与裂纹形貌SCC过程的三个阶段：I：腐蚀引起裂纹或蚀坑的阶段（潜伏期或诱导期）II：裂纹扩展阶段III：破裂期SCC断裂速度约为0.01~3mm/h裂纹的形貌：应力腐蚀机理解释SCC机理的学说很多：电化学阳极溶解理论氢脆理论膜破裂理论化学脆化-机械破裂两阶段理论腐蚀产物楔入理论应力吸附破裂理论电化学阳极溶解理论：腐蚀沿“活性途径”，在阳极侵蚀处形成狭小的裂纹或蚀坑↓裂纹内部与金属表面构成腐蚀电池↓活性阴离子进入裂纹或蚀坑内部↓浓缩的电解质溶液水解酸化↓裂纹尖端的阳极快速溶解↓裂纹不断扩展直至破裂防止和减轻应力腐蚀的途径：消除环境、应力和冶金三个方面的一切有害因素（1）降低设计应力，使最大有效应力或应力强度降低到临界值以下；防止和减轻应力腐蚀的途径：（2）合理设计与加工，减少局部应力集中。选用大的曲率半径采用流线型设计关键部位适当增厚（或改变结构型式）焊接接构采用对接等等具体示例防止和减轻应力腐蚀的途径：（3）采用合理的热处理方法消除残余应力，或改善合金的组织结构以降低对SCC的敏感性采用退火处理消除内应力对高强度铝合金，通过时效处理，改善合金的微观结构，避免晶间偏析物的形成，提高SCC的敏感性（4）其他方法合理选材去除介质中的有害成分添加缓蚀剂采用阴极保护2.1.2腐蚀疲劳1、腐蚀疲劳的概念：腐蚀介质和变动负荷联合作用而引起金属的断裂破坏2、腐蚀疲劳的特点：没有腐蚀介质的限定裂纹多为穿晶型，分枝较少断面大部分被腐蚀产物所覆盖，小部分呈粗糙的碎裂状3、影响因素：pH值；含氧量；温度；变动负荷的性质；交变应力的幅度、频率等4、2.1.2腐蚀疲劳4、腐蚀疲劳机理：腐蚀疲劳是一个力学-电化学过程。5、防护方法：通过改变设计和正确的热处理方法降低部件的应力镀层（锌、镉）加缓蚀剂表面处理阴极保护2.1.3磨损腐蚀1、定义腐蚀性流体与金属构件以较高速度做相对运动而引起的金属腐蚀损坏2、分类湍流腐蚀；空泡腐蚀；微振腐蚀3、防护合理的结构设计正确的选择材料适当的涂层阴极保护湍流腐蚀机理高速流体击穿了紧贴金属表面的边界液膜，加速了去极剂的供应和阴、阳极腐蚀产物的迁移，使阴、阳极的极化作用减小；高速湍流对金属表面产生了附加的剪切力，空泡腐蚀机理流速足够高时，液体的静压力将低于液体的蒸汽压，使液体蒸发在低压区形成气泡，高压区压过来的流体使气泡崩溃，产生的冲击波强烈的锤击金属表面，破坏表面膜，使膜下金属的晶粒产生龟裂和剥落。2.2表面状态与几何因素2.2.1孔蚀孔蚀的电化学测量方法孔蚀电位自钝化电位电位孔蚀电位时：发生孔蚀孔蚀电位电位自钝化电位：不产生新的蚀核，原有蚀孔点继续发展电位自钝化电位：保持钝态防止孔蚀的方法降低材料的有害杂质的含量加入适量的能提高抗孔蚀能力的合金元素改善热处理温度降低介质中活性阴离子浓度结构设计时消除死区防止溶液中有害物质浓缩阴极保护2.1.2缝隙腐蚀1、原理：当金属与金属或金属与非金属之间存在很小的缝隙时,缝内介质不易流动而形成滞留状态,促使缝隙内的金属加速腐蚀2.1.2缝隙腐蚀2、缝隙腐蚀的防止方法：结构设计：在结构设计上避免形成缝隙和能造成表面沉积的几何构形尽量避免积液和死区结构能够妥善排流，有利于沉积物及时清除（或采用固体填充，将缝隙填实）选材：采用耐缝隙腐蚀的材料其他：采用阴极保护2.3异种金属组合因素2.3.1电偶腐蚀的原理2.3.2面积比与“有效距离”SK/SA↑，阳极金属的腐蚀速度↑有效距离：阳极腐蚀主要集中在接合处附近，离接合处越远则，腐蚀电流越小，超过一定范围，电偶效应几乎为零。有效距离与腐蚀电池的电动势、溶液的电导率、接合处的几何形状有关2.3.3防止电偶腐蚀的途径选择相容性材料电偶序中相隔距离比较近的材料，相容性较好合理的结构设计尽量避免小阳极大阴极的结构不同金属的部件彼此绝缘插入第三种金属（或采用镀层过渡）阳极部件易更换，或适当增厚2.4焊接因素2.4.1焊接缺陷与腐蚀1、焊接缺陷：焊瘤；咬边；飞溅；电弧熔坑2.4.1焊接缺陷与腐蚀2、异种金属焊接在腐蚀环境中，由于存在电位差，构成电偶腐蚀。选用比母材电位更高的金属做焊条3、焊接残余应力4、焊接热影响区当金属中含有大量合金元素时，易发生焊缝晶间腐蚀在焊接过程中，焊件体积变化受阻产生高温区金属内部产生残余拉应力，低温区金属内部产生残余压应力焊接应力仅是局部效应（降低焊接残余应力，防止应力腐蚀破裂）2.4.2焊缝晶间腐蚀1、特点由微电池作用引起的局部破坏现象。金属材料在特定的腐蚀介质中沿着材料晶间产生的腐蚀2、晶间腐蚀机理在腐蚀性介质中，晶间贫铬区相对于碳化物和固溶体其他部分，形成小阳极大阴极的微电池，发生晶间腐蚀影响因素：化学成分。温度、时间表面观察不到晶粒间结合强度丧失区域较窄（热影响区熔合线附近）2.4.2焊缝晶间腐蚀3、防止晶间腐蚀的方法：固溶处理稳定化退火超低碳法合金化法焊缝形成双相组织思考题1.影响腐蚀的结构因素有哪些？2.了解应力腐蚀、腐蚀疲劳、磨损腐蚀、孔蚀、缝隙腐蚀、电偶腐蚀、焊缝晶间腐蚀的概念及机理，它们产生的条件是什么？防护的方法有哪些？3.什么是接触腐蚀效应？什么是阴极保护效应？什么是面积比？如何应用？4.焊接表面缺陷对腐蚀有什么影响？如何根据母材选择焊接材料？为什么？5.用贫铬理论阐述不锈钢的腐蚀机理。如何防止不锈钢的晶间腐蚀？