应力作用下的腐蚀培训课件.ppt

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1、应力作用下的腐蚀培训应力作用下的腐蚀培训机械应力：拉伸应力、交变应力、摩擦力、振动力机械应力：拉伸应力、交变应力、摩擦力、振动力腐蚀腐蚀-机械破坏：腐蚀破裂、腐蚀疲劳、腐蚀磨损机械破坏：腐蚀破裂、腐蚀疲劳、腐蚀磨损主要应力腐蚀破裂主要应力腐蚀破裂 处在侵蚀性溶液或气氛下的工程材料，在机械应处在侵蚀性溶液或气氛下的工程材料，在机械应力和腐蚀介质共同作用下，在远低于屈服强度的条件力和腐蚀介质共同作用下，在远低于屈服强度的条件下发生突然的、没有形变预兆的腐蚀破坏，称为下发生突然的、没有形变预兆的腐蚀破坏，称为低应低应力脆断。力脆断。第一节第一节 应力腐蚀破裂应力腐蚀破裂定义：只在定义：只在固定固定拉

2、应力和腐蚀介质的同时作用下产生的破拉应力和腐蚀介质的同时作用下产生的破 裂。裂。SCC（Stress Corrosion Cracking)危害：导致轮船和桥梁的破裂、锅炉和液化石油气的爆炸危害：导致轮船和桥梁的破裂、锅炉和液化石油气的爆炸一、应力腐蚀破裂特征一、应力腐蚀破裂特征1、具备三项条件：特定的合金成分结构，足够大的拉应力、具备三项条件：特定的合金成分结构，足够大的拉应力及特定的腐蚀介质及特定的腐蚀介质2、特定金属及合金只有在特定的环境中产生应力腐蚀破裂、特定金属及合金只有在特定的环境中产生应力腐蚀破裂奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢SCC分类：分类：热浓氯化物开裂：热浓氯化物开裂：42%Mg

3、Cl2溶液溶液热浓碱溶液开裂热浓碱溶液开裂高温水开裂高温水开裂硫化物开裂：连多硫酸引起的，采用碱洗防止。硫化物开裂：连多硫酸引起的，采用碱洗防止。3、材料和环境的交互作用反映在电位上。活化、材料和环境的交互作用反映在电位上。活化-阴阴极保护过渡区、活化极保护过渡区、活化-钝化电位过渡区、钝化钝化电位过渡区、钝化-过钝化电位区过钝化电位区4、只有拉应力能引起应力腐蚀破裂，拉应力越大，断裂时只有拉应力能引起应力腐蚀破裂，拉应力越大，断裂时 间越短。破裂方向与拉应力垂直。间越短。破裂方向与拉应力垂直。5、纯金属不发生应力腐蚀破裂、纯金属不发生应力腐蚀破裂6、有一个长或短的潜伏期，为滞后断裂，包括三个

4、阶段：、有一个长或短的潜伏期，为滞后断裂，包括三个阶段：裂纹的孕育期、扩展区、裂纹失稳的裂纹的孕育期、扩展区、裂纹失稳的 纯力学扩展区纯力学扩展区7、应力腐蚀破裂断口呈现脆性断裂型貌：晶间型、穿晶型、应力腐蚀破裂断口呈现脆性断裂型貌：晶间型、穿晶型 和混合型。主干裂纹延伸的同时，还有若干分支同时扩展。和混合型。主干裂纹延伸的同时，还有若干分支同时扩展。二、应力腐蚀破裂的机理应力腐蚀破裂的机理1、电化学快速溶解理论电化学快速溶解理论金属组织结构上存在缺陷，钝化膜存在不连续的薄弱点，且电金属组织结构上存在缺陷，钝化膜存在不连续的薄弱点，且电位比其他部位负，是个活性点，所以在应力作用下引起破坏或位比

5、其他部位负，是个活性点，所以在应力作用下引起破坏或减弱，暴露出新鲜表面，成为阳极，完整的表面膜为阴极。减弱，暴露出新鲜表面，成为阳极，完整的表面膜为阴极。阳极比阴极面积小很多，阳极电流密度很大，被腐蚀成沟状裂阳极比阴极面积小很多，阳极电流密度很大，被腐蚀成沟状裂纹，由于该尖端处应力集中，使附近区域发生变形屈服，加速纹，由于该尖端处应力集中，使附近区域发生变形屈服，加速阳极溶解，阻止膜的再钝化阳极溶解，阻止膜的再钝化裂纹两侧及整个金属表面是阴极，裂纹尖端作为有效阳极，在裂纹两侧及整个金属表面是阴极，裂纹尖端作为有效阳极，在应力不断作用下，强化了电化学过程，裂纹继续发展传播，导应力不断作用下，强化

6、了电化学过程，裂纹继续发展传播，导致金属发生破裂。致金属发生破裂。2、滑移、滑移-溶解溶解-断裂理论断裂理论金属在应力作用下，位错沿着滑移面移动至金属表面，在金属在应力作用下，位错沿着滑移面移动至金属表面，在表面产生滑移台阶，使表面膜破裂，露出活泼的新鲜金属表面产生滑移台阶，使表面膜破裂，露出活泼的新鲜金属有膜与无膜金属以及缺陷处形成微电池，促进局部地区的有膜与无膜金属以及缺陷处形成微电池，促进局部地区的电化学溶解，产生遂洞电化学溶解，产生遂洞表面膜伴随阳极溶解产生阳极极化，使阳极周围钝化，在表面膜伴随阳极溶解产生阳极极化，使阳极周围钝化，在蚀坑周边重新生成钝化膜蚀坑周边重新生成钝化膜在应力继

7、续作用下，蚀坑底部由于应力集中造成突破表面在应力继续作用下，蚀坑底部由于应力集中造成突破表面膜再次破裂，造成新的活性阳极区，加速溶解膜再次破裂，造成新的活性阳极区，加速溶解四个过程：表面膜的形成、金属在应力作用产生滑移、表四个过程：表面膜的形成、金属在应力作用产生滑移、表面膜破裂和裸金属的阳极溶解、裸金属再钝化面膜破裂和裸金属的阳极溶解、裸金属再钝化三三、应力腐蚀破裂的影响因素与控制措施、应力腐蚀破裂的影响因素与控制措施1、应力因素、应力因素工作应力：工作条件下所承受的外加载荷。工作应力：工作条件下所承受的外加载荷。残余应力残余应力：金属材料在生产过程和加工过程中，在材料内：金属材料在生产过程

8、和加工过程中，在材料内 部产生的应力。部产生的应力。热应力：由于淬火、周期性的加热和冷却引起的应力。热应力：由于淬火、周期性的加热和冷却引起的应力。结构应力：由于设备部件的安装和装配引起的应力。结构应力：由于设备部件的安装和装配引起的应力。特点：产生应力腐蚀破裂的应力值低于材料的屈服点，存在一个临界特点：产生应力腐蚀破裂的应力值低于材料的屈服点，存在一个临界应力值。当应力值低于该临界值，不会产生应力腐蚀破裂。应力值。当应力值低于该临界值，不会产生应力腐蚀破裂。临界应力应力作用：应力作用：1)引起塑性变形，阻止裂纹尖端生成保护膜，或使裂纹尖端膜不断引起塑性变形，阻止裂纹尖端生成保护膜，或使裂纹尖

9、端膜不断破裂破裂2)使产生的裂纹向纵深处发展使产生的裂纹向纵深处发展3)使晶界晶粒脱离开裂，裂缝沿着与拉应力垂直的方向向内延伸。使晶界晶粒脱离开裂，裂缝沿着与拉应力垂直的方向向内延伸。4)使弹性性能集中于局部，使腐蚀裂缝以脆化方式发展。使弹性性能集中于局部，使腐蚀裂缝以脆化方式发展。2、介质因素、介质因素特殊阴离子浓度、特殊阴离子浓度、PH值、温度、界面电位状况值、温度、界面电位状况1）在一定应力作用下，有一个最敏感的浓度范围，如图。）在一定应力作用下，有一个最敏感的浓度范围，如图。2）存在临界应力腐蚀破裂温度）存在临界应力腐蚀破裂温度温度升高，容易发生温度升高，容易发生SCC；但温度过高，全

10、面腐蚀抑制了应力腐蚀但温度过高，全面腐蚀抑制了应力腐蚀3）PH：PH值升高，减缓值升高，减缓SCC67，18-8钢对钢对SCC最敏感。最敏感。18-8不锈钢在沸腾不锈钢在沸腾氯化镁溶液中最敏氯化镁溶液中最敏感的质量分数为：感的质量分数为：42-45%3、合金成分、合金成分1）Ni:奥氏体不锈钢，提高镍含量，可以使临界破裂电位移至腐蚀电位以上。奥氏体不锈钢，提高镍含量，可以使临界破裂电位移至腐蚀电位以上。含镍含镍8%不锈钢，对不锈钢，对SCC最敏感最敏感C：18-8不锈钢含碳不锈钢含碳0.2%以上，合金具有免疫力以上，合金具有免疫力Cr:含镍含镍10%不锈钢，不锈钢，wCr5-12%之内，不产生

11、，之内，不产生，15%Cr25%，加速加速Mo:2.5%在高浓度氯化物中，在高浓度氯化物中，对应力腐蚀破裂性能有害应力腐蚀破裂性能有害Si:硅显著提高不锈钢的耐应力腐蚀破裂性能硅显著提高不锈钢的耐应力腐蚀破裂性能N、P、S、Mn对应力腐蚀破裂不利对应力腐蚀破裂不利2）钛合金：降低含氧量和）钛合金：降低含氧量和Al、Sn，加入加入Nb、Ta、V有利于提高抗有利于提高抗SCC性能，性能，3）铝合金：加入少量铝合金：加入少量Cr、Mn、Zr、Ti、V、Ni、Li减低减低SCC敏感性。敏感性。4）黄铜：加入）黄铜：加入Fe、Sn、Mn、Si、Al、Cd、Pd促进。促进。B C N四、应力腐蚀破裂的控制

12、因素四、应力腐蚀破裂的控制因素1、降低和消除应力、降低和消除应力1）改进结构设计，避免局部应力集中。）改进结构设计，避免局部应力集中。2）退火热处理：奥式体不锈钢）退火热处理：奥式体不锈钢900附近进行退火处理或附近进行退火处理或1050-1150固容热处理。固容热处理。2、控制环境、控制环境去除介质中的氧和氯化物，降低环境温度，控制去除介质中的氧和氯化物，降低环境温度，控制PH值，避免反复加值，避免反复加热、冷却；热、冷却；使用缓蚀剂、涂盖防腐涂层；使用缓蚀剂、涂盖防腐涂层；电化学保护，避免进入三个敏感电位区间电化学保护，避免进入三个敏感电位区间3、正确选择材料、正确选择材料铁素体不锈钢（体

13、新立方结构）比奥式体不锈钢抗氯化物性能优越铁素体不锈钢（体新立方结构）比奥式体不锈钢抗氯化物性能优越第二节第二节 氢损伤氢损伤氢损伤氢损伤:由于氢的存在或氢与材料的作用，引起材料脆化。导致材由于氢的存在或氢与材料的作用，引起材料脆化。导致材料力学性能变坏，使材料易于开裂和断裂的总称。氢脆料力学性能变坏，使材料易于开裂和断裂的总称。氢脆一、氢损伤的特征一、氢损伤的特征SCC：裂纹的扩展是由于裂纹尖端的阳极溶解，阴极过程对裂纹裂纹的扩展是由于裂纹尖端的阳极溶解，阴极过程对裂纹 的扩展不产生直接的作用。的扩展不产生直接的作用。氢损伤：合金在阴极区吸收了阴极反应产物氢原子，诱导脆性而氢损伤：合金在阴极

14、区吸收了阴极反应产物氢原子，诱导脆性而产生开裂和扩展的，阳极过程仅仅是提供电子产生开裂和扩展的，阳极过程仅仅是提供电子图8-11 应力腐蚀与氢脆模型二、金属中氢的进入与存在形式二、金属中氢的进入与存在形式1、氢的进入、氢的进入内氢：冶炼、铸造、酸洗、电镀、焊接、阴极充氢内氢：冶炼、铸造、酸洗、电镀、焊接、阴极充氢外氢：使用过程中，外界环境引起的外氢：使用过程中，外界环境引起的1)H2、H2S与金属接触，氢分子通过物理和化学吸附在金与金属接触，氢分子通过物理和化学吸附在金属表面上，发生分解产生活化氢原子属表面上，发生分解产生活化氢原子2)水溶液腐蚀时阴极析出氢，水溶液腐蚀时阴极析出氢，H3O+在

15、金属表面分解成原子在金属表面分解成原子氢氢3)含氢的物质与金属表面发生反应放出氢含氢的物质与金属表面发生反应放出氢2、氢的存在形式、氢的存在形式化合物：化合物：1)氢分子，氢含量超过固溶度，析出氢气，易在晶界、氢分子，氢含量超过固溶度，析出氢气，易在晶界、相界、微裂纹等内部缺陷处聚集，使金属产生鼓泡、相界、微裂纹等内部缺陷处聚集，使金属产生鼓泡、白点白点2)氢化物，与稀土金属、钛、钴生成氢化物，导致塑氢化物，与稀土金属、钛、钴生成氢化物，导致塑性和韧性下降。氢与硅性和韧性下降。氢与硅 SiH4,Fe3C+H2CH4产生产生裂纹裂纹3）气团，氢原子与位错结合）气团，氢原子与位错结合固溶体固溶体氢

16、以氢以H、H+、H-形态固溶于金属中。形态固溶于金属中。氢原子的氢原子的1S电子进入金属的电子进入金属的d带，带，H+以固溶状态溶于金以固溶状态溶于金属中，当金属带添满后，以属中，当金属带添满后，以H存在。存在。三、氢损伤的类型三、氢损伤的类型第一类氢脆：在材料加载之前，内部已存在某种氢脆源第一类氢脆：在材料加载之前，内部已存在某种氢脆源第二类氢脆：在材料加载之前，内部不存在裂纹源，在应力第二类氢脆：在材料加载之前，内部不存在裂纹源，在应力与氢作用逐与氢作用逐 步形成裂纹源，最终导致脆性断裂。步形成裂纹源，最终导致脆性断裂。1、第一类氢脆：包括氢腐蚀、氢鼓泡、氢化物氢脆、第一类氢脆：包括氢腐蚀

17、、氢鼓泡、氢化物氢脆-不不可逆氢脆可逆氢脆永久性损伤，材料韧性、塑性降低，即使除氢，也不能恢复。永久性损伤，材料韧性、塑性降低，即使除氢，也不能恢复。氢腐蚀（氢腐蚀（HA）：在高温高压条件下，氢进入金属产生在高温高压条件下，氢进入金属产生化学反应，如生成化学反应，如生成CH4，导致材料脱碳及沿晶开裂，最导致材料脱碳及沿晶开裂，最终使金属失去力学性能。终使金属失去力学性能。阶段：阶段：孕育期：晶界碳化物附近有充满甲烷的鼓泡形核孕育期：晶界碳化物附近有充满甲烷的鼓泡形核腐蚀期：沿晶界形成裂纹，钢体积膨胀腐蚀期：沿晶界形成裂纹，钢体积膨胀饱和期：裂纹互相连接，碳已耗尽。饱和期：裂纹互相连接，碳已耗尽

18、。温度、压力组合条件温度、压力组合条件Nelson曲线曲线曲线上方是不安全区，下方为安全区曲线上方是不安全区，下方为安全区环境温度和氢压的升高，都将加速扩散过程，使孕育期缩短，环境温度和氢压的升高，都将加速扩散过程，使孕育期缩短，加大氢腐蚀速度。加大氢腐蚀速度。1）钢在一定氢压下，碳化物破坏有一最低温度，）钢在一定氢压下，碳化物破坏有一最低温度，T时，反时，反应极慢。应极慢。2）低于某一氢压，提高温度也不会产生氢腐蚀，只会引起）低于某一氢压，提高温度也不会产生氢腐蚀，只会引起钢的表面脱碳。钢的表面脱碳。机理：机理：CH4在钢中扩散能力低，聚集在晶在钢中扩散能力低，聚集在晶界原有的微观空隙内，反

19、应进行过界原有的微观空隙内，反应进行过程中，降低了该区域的碳浓度，其程中，降低了该区域的碳浓度，其他位置的碳原子不断补充，他位置的碳原子不断补充，CH4量量增多形成局部高压，靠近表面的夹增多形成局部高压，靠近表面的夹杂等缺陷处形成气泡，长大，造成杂等缺陷处形成气泡，长大，造成应力集中最终发展成裂纹。应力集中最终发展成裂纹。a-b 物理吸附 b-c-d化学吸附 d-e固溶到金属内部 e-f向钢内扩散氢鼓泡（氢鼓泡（HB）：）：氢扩散到金属的孔洞及缺陷处，特别是夹杂氢扩散到金属的孔洞及缺陷处，特别是夹杂与基体的交接处，形成氢分子，在局部产生很高的氢压，引与基体的交接处，形成氢分子，在局部产生很高的

20、氢压，引起表面鼓泡并形成内部裂纹，使钢材撕裂开来的现象。起表面鼓泡并形成内部裂纹，使钢材撕裂开来的现象。在含硫天然气及含硫石油运输、储存、炼制设备尤为多见。在含硫天然气及含硫石油运输、储存、炼制设备尤为多见。无外力也能发生，易发生于室温。无外力也能发生，易发生于室温。机理：机理：硫化氢夹杂对氢鼓泡裂纹的诱发起重要作用。硫化氢夹杂对氢鼓泡裂纹的诱发起重要作用。裂纹主要形成位置在金属的夹杂物处，特别是裂纹主要形成位置在金属的夹杂物处，特别是MnS夹杂，与基体膨胀系夹杂，与基体膨胀系数不同。硅酸盐、串链状氧化铝及较大的碳化物、氮化物也能成为裂纹数不同。硅酸盐、串链状氧化铝及较大的碳化物、氮化物也能成

21、为裂纹的起始位置。的起始位置。降低含硫量，降低敏感性。降低含硫量，降低敏感性。氢化物氢脆（氢化物氢脆（HE）：）：氢与氢与Ti、Zr、Nb等金属亲和力较大，等金属亲和力较大，当这些金属中的氢超过溶解度。将生成金属氢化物而导致当这些金属中的氢超过溶解度。将生成金属氢化物而导致材料脆性断裂的现象。材料脆性断裂的现象。第二类氢脆：在材料加载之前，内部不存在裂纹源第二类氢脆：在材料加载之前，内部不存在裂纹源不可逆氢脆不可逆氢脆，含有过饱和状态氢的金属在应力作用下形，含有过饱和状态氢的金属在应力作用下形成氢化物而导致脆断。实际上是成氢化物而导致脆断。实际上是氢化物氢脆。氢化物氢脆。可逆氢脆，可逆氢脆，主

22、要破坏形式主要破坏形式含氢金属在缓慢的变形过程中逐渐形成裂纹源，裂纹含氢金属在缓慢的变形过程中逐渐形成裂纹源，裂纹扩展后产生脆断。如果没有形成裂纹前去除载荷，静扩展后产生脆断。如果没有形成裂纹前去除载荷，静止一段时间再进行高速变形，裂纹的塑性得到恢复。止一段时间再进行高速变形，裂纹的塑性得到恢复。特点：特点：1）滞后破坏：在上限、下限临界应力值之间发生）滞后破坏：在上限、下限临界应力值之间发生2）含氢量的影响：氢含量增加，下限临界应力值降低，）含氢量的影响：氢含量增加，下限临界应力值降低，孕育期和孕育期和 破坏时间缩短。破坏时间缩短。3）温度：）温度：-100100，-3030 敏感性最高敏感

23、性最高4）材料强度：抗拉强度愈高，氢脆愈严重）材料强度：抗拉强度愈高，氢脆愈严重5）应变速率：应变速率愈低，氢脆愈敏感；大于某一临）应变速率：应变速率愈低，氢脆愈敏感；大于某一临界值，氢界值，氢 脆可完全消失脆可完全消失6）裂纹扩展是不连续的，且裂纹源不在表面，少有分枝）裂纹扩展是不连续的，且裂纹源不在表面，少有分枝现象，沿晶断裂现象，沿晶断裂四、氢损伤机理氢损伤机理氢压理论：内压增加氢压理论：内压增加吸附氢降低表面能理论吸附氢降低表面能理论位错理论：只能发生在一定的温度和应变速率范围内位错理论：只能发生在一定的温度和应变速率范围内 位错对位错对Cottrell气团起气团起“钉扎钉扎”作用作用

24、五、氢损伤控制措施氢损伤控制措施1、降低内氢措施、降低内氢措施加入加入Cr、Al、Ni、Mo形成致密的保护膜，阻止氢向钢内扩散形成致密的保护膜，阻止氢向钢内扩散加入低过电位金属加入低过电位金属Pt、Pd、Cu加入加入Ti、B、V、Nb等碳化物稳定因素，减少等碳化物稳定因素，减少CH4生成。生成。2）限制外氢措施限制外氢措施I.低氢扩散性和低氢溶解度的涂层，如低氢扩散性和低氢溶解度的涂层，如Cu、Mo、Al、Ag、Au、W金属金属覆盖层，有机涂层，橡胶衬里覆盖层，有机涂层，橡胶衬里II.加入一些合金元素，抑制氢进入基体。加入一些合金元素，抑制氢进入基体。Cu2SIII.降低外氢的活性降低外氢的活

25、性在气相在气相H2S、H2中加入氧或缓蚀剂，抑制阴极析氢中加入氧或缓蚀剂，抑制阴极析氢 减少钢中氢脆敏感性元素的含量，如减少钢中氢脆敏感性元素的含量，如As、P、Sn、Bi、Se在晶界析出在晶界析出控制有害夹杂物，降低环境中的氢浓度控制有害夹杂物，降低环境中的氢浓度电化学保护控制电位高于析氢电位。电化学保护控制电位高于析氢电位。第三节第三节 腐蚀疲劳腐蚀疲劳金属材料在循环应力或脉冲应力与腐蚀介质的联合作金属材料在循环应力或脉冲应力与腐蚀介质的联合作用下产生的脆性断裂用下产生的脆性断裂第四节第四节 磨损腐蚀磨损腐蚀由于腐蚀流体与金属表面间的相对运动，引起金属的由于腐蚀流体与金属表面间的相对运动，

26、引起金属的加速破坏加速破坏第三节第三节 腐蚀疲劳腐蚀疲劳定义：金属材料在循环应力或脉冲应力与腐蚀介质的联定义：金属材料在循环应力或脉冲应力与腐蚀介质的联合作用下产生的脆性断裂合作用下产生的脆性断裂.通常指在除空气以外的腐蚀介质中的疲劳行为。通常指在除空气以外的腐蚀介质中的疲劳行为。涉及部门：船舶的推进器、轴，化工用泵、叶轮、汽车涉及部门：船舶的推进器、轴，化工用泵、叶轮、汽车的弹簧和轴的弹簧和轴 材料：碳钢、低合金钢、奥氏体不锈钢、镍基合金和其材料：碳钢、低合金钢、奥氏体不锈钢、镍基合金和其他有色金属他有色金属一、腐蚀疲劳的特征一、腐蚀疲劳的特征疲劳分类：疲劳分类：按受力方式不同：弯曲疲劳、扭

27、转疲劳、冲击疲劳、拉压疲劳按受力方式不同：弯曲疲劳、扭转疲劳、冲击疲劳、拉压疲劳 按温度、介质和接触的情况：空气疲劳、腐蚀疲劳、热疲劳等按温度、介质和接触的情况：空气疲劳、腐蚀疲劳、热疲劳等 在空气中的疲劳存在疲劳极限，在腐蚀疲劳情况下已不存在疲劳极限。在空气中的疲劳存在疲劳极限，在腐蚀疲劳情况下已不存在疲劳极限。腐蚀疲劳可在很低的应力条件下发生破裂。腐蚀疲劳可在很低的应力条件下发生破裂。循环周数循环周数N=107的应力作为腐蚀疲劳强度的应力作为腐蚀疲劳强度威勒曲线（威勒曲线（-lgN曲线曲线)：描述负荷应力和循环数的曲线：描述负荷应力和循环数的曲线与应力腐蚀区别：与应力腐蚀区别：1、纯、纯金

28、金属也会发生腐蚀疲劳，不需要材料环境的特殊组属也会发生腐蚀疲劳，不需要材料环境的特殊组合合2、裂纹多起源于表面腐蚀坑或表面缺陷，成群出现，显、裂纹多起源于表面腐蚀坑或表面缺陷，成群出现，显微断口成贝壳状或有疲劳裂纹，主要是穿晶的微断口成贝壳状或有疲劳裂纹，主要是穿晶的3、腐蚀疲劳可在活化、钝化区发生。、腐蚀疲劳可在活化、钝化区发生。二、腐蚀疲劳机理二、腐蚀疲劳机理1、蚀孔应力集中理论：电化学腐蚀产生的小孔成为应力集中点，、蚀孔应力集中理论：电化学腐蚀产生的小孔成为应力集中点，在金属受拉力时该处滑移变形，产生滑移台阶，暴露的新鲜金属在金属受拉力时该处滑移变形，产生滑移台阶，暴露的新鲜金属表面产生

29、溶解。当金属受压时，即逆向滑移，表面不能复原，从表面产生溶解。当金属受压时，即逆向滑移，表面不能复原，从而形成裂纹源，交变应力往复，裂纹不断扩展而形成裂纹源，交变应力往复，裂纹不断扩展2、滑移带优先溶解理论：、滑移带优先溶解理论：应变后的金属为阳极，为变形区为阴极。应变后的金属为阳极，为变形区为阴极。3、表面膜理论：、表面膜理论：三、影响腐蚀疲劳的因素三、影响腐蚀疲劳的因素1、应力因素：应力交变频率、应力不对称系数、应力因素：应力交变频率、应力不对称系数应力交变频率大，腐蚀来不及发生，只产生机械疲劳破坏；应力交变频率大，腐蚀来不及发生，只产生机械疲劳破坏；应力交变频率小，产生应力腐蚀；应力交变

30、频率小，产生应力腐蚀；应力交变频率在某一频率范围，产生腐蚀应力交变频率在某一频率范围，产生腐蚀 疲劳，频率愈低，裂纹扩散速度愈高。疲劳，频率愈低，裂纹扩散速度愈高。2、环境因素：、环境因素：温度升高，腐蚀疲劳强度下降温度升高，腐蚀疲劳强度下降介质的腐蚀性增强，腐蚀疲劳强度下降介质的腐蚀性增强，腐蚀疲劳强度下降pH在在4以下，疲劳寿命降低；以下，疲劳寿命降低；pH=4-10，逐渐增加；逐渐增加；pH=10-12，显著增加，显著增加，pH 12与纯疲劳寿命同与纯疲劳寿命同材料因素：不锈钢比碳钢和非金属材料性能优异。材料因素：不锈钢比碳钢和非金属材料性能优异。四、腐蚀疲劳控制措施四、腐蚀疲劳控制措施

31、1、采用耐腐蚀疲劳的材料、采用耐腐蚀疲劳的材料2、表面强化处理、表面强化处理消除内应力的热处理：渗氮、渗碳、碳氮共渗、渗金属或合金消除内应力的热处理：渗氮、渗碳、碳氮共渗、渗金属或合金表面镀层和涂层，喷丸、滚压抛光表面镀层和涂层，喷丸、滚压抛光3、电化学保护、电化学保护弱酸性、中性、碱性介质：阴极保护弱酸性、中性、碱性介质：阴极保护氧化性介质：阳极保护氧化性介质：阳极保护第四节第四节 磨损腐蚀磨损腐蚀由于腐蚀流体与金属表面间的相对运动，引起金属的由于腐蚀流体与金属表面间的相对运动，引起金属的加速破坏。加速破坏。腐蚀破坏流动介质：气体、水溶液、固体颗粒、气泡腐蚀破坏流动介质：气体、水溶液、固体颗

32、粒、气泡的液体的液体一、湍流腐蚀一、湍流腐蚀二、空泡腐蚀二、空泡腐蚀三、微震腐蚀三、微震腐蚀第九章第九章 自然环境中的腐蚀与破坏自然环境中的腐蚀与破坏第一节第一节 大气腐蚀与防护大气腐蚀与防护第二节第二节 海水腐蚀与防护海水腐蚀与防护第三节第三节 土壤腐蚀与防护土壤腐蚀与防护 第四节第四节 微生物腐蚀与防护微生物腐蚀与防护第一节第一节 大气腐蚀与防护大气腐蚀与防护铁在空气中生锈，铜产生铜绿，桥梁、武器装备铁在空气中生锈，铜产生铜绿，桥梁、武器装备的破坏。的破坏。一、大气腐蚀环境分类一、大气腐蚀环境分类参与腐蚀的主要组成是：氧和水汽参与腐蚀的主要组成是：氧和水汽次要：次要：CO2氧参与电化学腐蚀

33、过程，水气在金属表面形成电解液层氧参与电化学腐蚀过程，水气在金属表面形成电解液层水膜的形成与大气的相对湿度密切相关。水膜的形成与大气的相对湿度密切相关。相对湿度相对湿度=金属腐蚀临界相对湿度：水分在金属表面形成水膜的相对湿度，金属腐蚀临界相对湿度：水分在金属表面形成水膜的相对湿度，与金属的表面状态有关，越粗糙，临界相对湿度越低。与金属的表面状态有关，越粗糙，临界相对湿度越低。铁：铁：65%，锌：，锌：70%，铝：，铝：76%，镍：，镍：70%，空气中水蒸气压空气中水蒸气压该温度下空气中的饱和水蒸气压该温度下空气中的饱和水蒸气压100%按按金属表面水气的附着程度分类金属表面水气的附着程度分类1、

34、干的大气腐蚀、干的大气腐蚀没形成连续电解液，腐蚀速度很小没形成连续电解液，腐蚀速度很小2、潮的大气腐蚀、潮的大气腐蚀膜薄氧易扩散进入界面，腐蚀速度加剧膜薄氧易扩散进入界面，腐蚀速度加剧3、湿的大气腐蚀、湿的大气腐蚀随着液膜增厚，氧扩散阻力加大，腐蚀速度降低随着液膜增厚，氧扩散阻力加大，腐蚀速度降低水膜层厚度腐蚀速度 1mm10nm大气腐蚀速度与金属表面上水膜层厚度之间的关系大气腐蚀速度与金属表面上水膜层厚度之间的关系：全浸在电解液中腐蚀情况。：全浸在电解液中腐蚀情况。二、大气腐蚀的电化学特征二、大气腐蚀的电化学特征（一）阴极过程（一）阴极过程氧去极化为主：氧去极化为主：O2+2H2O+4e4O

35、H-O2+4H+4e 2H2O随着电解液膜厚度的减薄，阴极极化曲线的斜率减小，随着电解液膜厚度的减薄，阴极极化曲线的斜率减小，阴极过程的速度急剧加速，受氧的扩散速度所控制阴极过程的速度急剧加速，受氧的扩散速度所控制（二）阳极过程二）阳极过程 M+xH2OM n+.xH2O+ne水膜减薄，阳极去极化作用减弱水膜减薄，阳极去极化作用减弱阳离子的水化作用发生困难，使阳极过程受阻阳离子的水化作用发生困难，使阳极过程受阻氧易于到达阳极表面，促进阳极钝化氧易于到达阳极表面，促进阳极钝化控制步骤：控制步骤：湿的大气腐蚀：腐蚀过程受阴极过程控制湿的大气腐蚀：腐蚀过程受阴极过程控制潮的大气腐蚀：腐蚀过程受阳极过

36、程控制潮的大气腐蚀：腐蚀过程受阳极过程控制三、大气腐蚀的影响因素三、大气腐蚀的影响因素1、大气湿度的影响、大气湿度的影响在含有不同数量污染物的大气中，金属有临界相对湿度，超过金属的临在含有不同数量污染物的大气中，金属有临界相对湿度，超过金属的临界相对湿度，腐蚀速度会突然增加界相对湿度，腐蚀速度会突然增加出现临界相对湿度，标志着金属表面产生了一层吸附的电解液膜，液膜出现临界相对湿度，标志着金属表面产生了一层吸附的电解液膜，液膜的存在使金属从化学腐蚀变成电化学腐蚀。的存在使金属从化学腐蚀变成电化学腐蚀。大多数金属和合金存在着两个临界相对湿度大多数金属和合金存在着两个临界相对湿度1）第一临界相对湿度

37、出现，是因为金属表面出现腐蚀产物）第一临界相对湿度出现，是因为金属表面出现腐蚀产物2）第二临界相对湿度取决于腐蚀产物吸收和保持水分的性能。）第二临界相对湿度取决于腐蚀产物吸收和保持水分的性能。2、温度和温差的影响、温度和温差的影响温差的影响大，温差不但影响水气的凝聚，而且影响凝聚温差的影响大，温差不但影响水气的凝聚，而且影响凝聚水膜中气体和盐类的溶解度。水膜中气体和盐类的溶解度。3、大气成分的影响、大气成分的影响1）大气中有害气体的影响）大气中有害气体的影响SO2影响最严重，影响最严重，参与阴极去极化作用，自催化效应参与阴极去极化作用，自催化效应HCL、H2SNH3对钢铁起缓蚀作用。但对有色金

38、属不利（铜、锌、镉）对钢铁起缓蚀作用。但对有色金属不利（铜、锌、镉）四、研究大气腐蚀的方法四、研究大气腐蚀的方法1、大气暴露试验、大气暴露试验2、人造大气试验、人造大气试验3、电化学法、电化学法2）酸、碱、盐的影响酸、碱、盐的影响中性盐类：增加液膜的导电性；吸湿性强，降低临界相对湿度。中性盐类：增加液膜的导电性；吸湿性强，降低临界相对湿度。3）固体颗粒、表面状态等因素的影响）固体颗粒、表面状态等因素的影响颗粒本身具有腐蚀性，如铵盐颗粒，促进腐蚀颗粒本身具有腐蚀性，如铵盐颗粒，促进腐蚀颗粒本身无腐蚀性，但能吸附腐蚀性物质间接加速腐蚀颗粒本身无腐蚀性，但能吸附腐蚀性物质间接加速腐蚀颗粒本身无腐蚀性

39、和吸附性，但由于造成毛细管凝聚缝隙，使金属表面形颗粒本身无腐蚀性和吸附性，但由于造成毛细管凝聚缝隙，使金属表面形成电解液薄膜，促进腐蚀。成电解液薄膜，促进腐蚀。粗糙表面比精磨的易腐蚀，已生锈的钢铁表面比表面光洁的腐蚀速度大。粗糙表面比精磨的易腐蚀，已生锈的钢铁表面比表面光洁的腐蚀速度大。五、大气腐蚀防护措施五、大气腐蚀防护措施1、研制和选用耐蚀材料、研制和选用耐蚀材料合金化，加入铬、镍、铜、磷合金化，加入铬、镍、铜、磷2、采用覆盖层保护、采用覆盖层保护1）长期覆盖层：电镀、喷镀、磷化、发蓝、氧化、涂）长期覆盖层：电镀、喷镀、磷化、发蓝、氧化、涂料料2）暂时性覆盖层：防锈油、脂、可剥性塑料）暂时

40、性覆盖层：防锈油、脂、可剥性塑料3、控制环境、控制环境1）充氮封存）充氮封存 2）干燥空气封存）干燥空气封存 4、缓蚀剂、缓蚀剂油溶性缓蚀剂、水溶性缓蚀剂、气相缓蚀剂、油溶性缓蚀剂、水溶性缓蚀剂、气相缓蚀剂、第二节第二节 海水腐蚀与防护海水腐蚀与防护一、海水腐蚀的特征及电化学过程海水腐蚀的特征及电化学过程主要成分：主要成分：NaCl占总盐度占总盐度77.8%，其次其次MgCl2难钝化材料，海水含氧量愈高，腐蚀速度越大难钝化材料，海水含氧量愈高，腐蚀速度越大特征特征1、氧去极化腐蚀，静止或流速不大海水，阴极过程受氧、氧去极化腐蚀，静止或流速不大海水，阴极过程受氧的扩散控制的扩散控制2、海水中含有

41、大量的卤素离子，对大多数金属，阳极阻海水中含有大量的卤素离子，对大多数金属，阳极阻滞作用较小，可破坏金属的钝化膜。滞作用较小，可破坏金属的钝化膜。3、良好导电介质，电阻较小、良好导电介质，电阻较小4、各种腐蚀类型、各种腐蚀类型.除发生全面腐蚀，还易发生局部腐蚀除发生全面腐蚀，还易发生局部腐蚀二、影响海水腐蚀因素二、影响海水腐蚀因素1、含盐量的影响、含盐量的影响盐度：盐度：1000克海水中溶解的固体盐类物质总称克海水中溶解的固体盐类物质总称氯度：氯度：1000克海水中含氯离子的克数克海水中含氯离子的克数sw=1.805aw+0.013 sw海水盐度海水盐度 sw=1.8065aw aw海水氯度海

42、水氯度 含盐量直接影响电导率和含氧量含盐量直接影响电导率和含氧量含盐量增加，水的电导率增加而含氧量降低，腐含盐量增加，水的电导率增加而含氧量降低，腐蚀速度先增后减，蚀速度先增后减，0.5mol/l腐蚀性最大腐蚀性最大在江河入海处或海港中，含盐量较低，腐蚀性却在江河入海处或海港中，含盐量较低，腐蚀性却较高，不能形成碳酸盐保护层较高，不能形成碳酸盐保护层2、溶氧量的影响、溶氧量的影响对碳钢、低合金钢等在海水中不易钝化的金属，腐蚀速度对碳钢、低合金钢等在海水中不易钝化的金属，腐蚀速度随含氧的增加而增加，但对依靠表面钝化膜而提高耐蚀性随含氧的增加而增加，但对依靠表面钝化膜而提高耐蚀性的金属，如不锈钢，

43、含氧的增加有利于钝化膜的形成和修的金属，如不锈钢，含氧的增加有利于钝化膜的形成和修补，使钝化膜稳定性提高。补，使钝化膜稳定性提高。3、构筑物所处环境的影响、构筑物所处环境的影响海洋的腐蚀环境可分为：海洋大气区、飞溅区、潮差区、海洋的腐蚀环境可分为：海洋大气区、飞溅区、潮差区、全浸区和海底泥浆区。全浸区和海底泥浆区。碳钢在飞溅区，处于干湿交替，氧供应充足，腐蚀性高。碳钢在飞溅区，处于干湿交替，氧供应充足，腐蚀性高。4、流速的影响、流速的影响5、海洋生物的影响、海洋生物的影响使氧量增加，使氧量增加，pH值降低，提高金属的腐蚀速度。值降低，提高金属的腐蚀速度。三、防止海水腐蚀的措施三、防止海水腐蚀的

44、措施1、合理选材、合理选材对于大型海洋工程结构，采用价格低廉的低碳钢对于大型海洋工程结构，采用价格低廉的低碳钢和低合金钢，再覆涂料和采取阴极保护措施。和低合金钢，再覆涂料和采取阴极保护措施。环境比较苛刻，采用耐蚀材料，铸造铜合金、铝环境比较苛刻，采用耐蚀材料，铸造铜合金、铝合金、钛合金合金、钛合金2、涂层保护、涂层保护 涂装技术涂装技术3、阴极保护、阴极保护第三节第三节 土壤腐蚀与防护土壤腐蚀与防护一、土壤腐蚀的特征一、土壤腐蚀的特征1、多相性、多相性由土粒、无机矿物质、有机物质、水、空气等组成由土粒、无机矿物质、有机物质、水、空气等组成2、多孔性、多孔性土壤的孔隙度和含水性影响土壤的透气性和

45、电导率大小土壤的孔隙度和含水性影响土壤的透气性和电导率大小3、不均匀性、不均匀性土壤的物理及化学性质，随土壤的组成及含水量而变化，土壤的物理及化学性质，随土壤的组成及含水量而变化，还与土壤的结构及紧密程度有关。还与土壤的结构及紧密程度有关。4、固定性、固定性二、土壤腐蚀的电极过程及控制因素二、土壤腐蚀的电极过程及控制因素电化学腐蚀、氧的去极化腐蚀电化学腐蚀、氧的去极化腐蚀（一）阳极过程（一）阳极过程1、阳极溶解时没有显著阳极极化的金属，镁、锌、阳极溶解时没有显著阳极极化的金属，镁、锌、铝、锰铝、锰2、阳极溶解的极化率较低，并决定于金属离子化、阳极溶解的极化率较低，并决定于金属离子化反应的过电位

46、，铁、碳钢、铜、铅反应的过电位，铁、碳钢、铜、铅3、因阳极钝化而具有高的起始极化率的金属：铬、因阳极钝化而具有高的起始极化率的金属：铬、锆、含铬镍的不锈钢锆、含铬镍的不锈钢4、不发生阳极溶解的金属，钛、铌、不发生阳极溶解的金属，钛、铌（二）阴极过程（二）阴极过程1、腐蚀决定于腐蚀微电池或距离不太长的宏观腐蚀电、腐蚀决定于腐蚀微电池或距离不太长的宏观腐蚀电池，腐蚀主要为阴极控制池，腐蚀主要为阴极控制2、在疏松、干燥的土壤中，随氧渗透率的增加、在疏松、干燥的土壤中，随氧渗透率的增加,腐蚀腐蚀转变为阳极控制。转变为阳极控制。3、对于长距离宏观电池作用下的腐蚀，土壤电阻成为、对于长距离宏观电池作用下的

47、腐蚀，土壤电阻成为主要的腐蚀控制因素，或阴极电阻混合控制。主要的腐蚀控制因素，或阴极电阻混合控制。三、土壤腐蚀的类型三、土壤腐蚀的类型1、异金属接触电池、异金属接触电池 2、氧浓差电池、氧浓差电池3、盐浓差电池、盐浓差电池4、温差电池、温差电池5、新旧管线构成的腐蚀、新旧管线构成的腐蚀 旧管线加速新管的腐蚀旧管线加速新管的腐蚀6、长距离腐蚀宏电池、长距离腐蚀宏电池7、杂散电流腐蚀、杂散电流腐蚀8、微生物腐蚀、微生物腐蚀硫化菌、厌氧菌、真菌、异养菌硫化菌、厌氧菌、真菌、异养菌是新陈代谢的间接作用，不直接参与腐蚀过程。是新陈代谢的间接作用，不直接参与腐蚀过程。电车轨道地下管道阴极区阳极区漏散电流引

48、起地下管道的腐蚀杂散电流：由原定的正常电路漏失的电流。杂散电流：由原定的正常电路漏失的电流。四、影响土壤腐蚀的因素四、影响土壤腐蚀的因素1、电阻率、电阻率越小，土壤腐蚀越严重越小，土壤腐蚀越严重2、透气性（孔隙度）、透气性（孔隙度）3、含水量、含水量含水量很高，腐蚀速度小，氧的扩散受阻，随含水量减少，含水量很高，腐蚀速度小，氧的扩散受阻，随含水量减少，氧的去极化变得容易，腐蚀速度增加氧的去极化变得容易，腐蚀速度增加10%以下，由于水分含量太少，使阳极极化和土壤电阻加以下，由于水分含量太少，使阳极极化和土壤电阻加大，腐蚀速度急剧降低。大，腐蚀速度急剧降低。4、含盐量和酸度、含盐量和酸度含盐量增加

49、，土壤的腐蚀性增加。含盐量增加，土壤的腐蚀性增加。pH降低，土壤的腐蚀性增加。降低，土壤的腐蚀性增加。当土壤含有大量有机酸，当土壤含有大量有机酸，pH接近中性，但腐蚀性很强。接近中性，但腐蚀性很强。五、土壤腐蚀性评价五、土壤腐蚀性评价1、单项评价指标、单项评价指标根据土壤的某种理化性能的差别来判断土壤的腐蚀性，如土根据土壤的某种理化性能的差别来判断土壤的腐蚀性，如土壤电导率、含水量、壤电导率、含水量、PH 值、氧化还原电位、含盐量等值、氧化还原电位、含盐量等2、综合评价指标、综合评价指标选则某些对金属腐蚀影响比较严重的土壤理化性质进行综合选则某些对金属腐蚀影响比较严重的土壤理化性质进行综合考虑

50、，得出的评价指标，先把土壤有关因素分项作出评价，考虑，得出的评价指标，先把土壤有关因素分项作出评价，并给出评价指数，然后再将这些评价指数累计起来，再给出并给出评价指数，然后再将这些评价指数累计起来，再给出一个腐蚀性评价等级。一个腐蚀性评价等级。六、防止土壤腐蚀的措施六、防止土壤腐蚀的措施（一）涂层保护（一）涂层保护石油沥青、煤焦油沥青、环氧煤沥青，加入填料或用石棉、石油沥青、煤焦油沥青、环氧煤沥青，加入填料或用石棉、玻璃纤维缠绕加固玻璃纤维缠绕加固聚乙烯塑料带、环氧树脂喷涂聚乙烯塑料带、环氧树脂喷涂涂层要求涂层要求1、与基体金属的结合力要好，涂层完整、与基体金属的结合力要好，涂层完整2、具有良