常见的金属腐蚀形态及防护措施(三)
金属常见的腐蚀形态主要有全面腐蚀和局部腐蚀，局部腐蚀主要类型
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
防止SCC的措施
1.选票
.根据材料的具体使用环境，尽量避免使用对SCC敏感的材料。
2.消除应力
.改进结构设计，减小应力集中和避免腐蚀介质的积存
.在部件的加工、制造和装配过程中尽量避免产生较大的残余应力
.可通过热处理、表面喷丸等方法消除残余应力
3.涂层
.使用有机涂层可将材料表面与环境分开
.使用对环境不敏感的金属作为敏感材料的镀层
4.改善介质环境
.控制或降低有害的成分
.有腐蚀介质中加入缓蚀剂
.通过改变电位、促进成膜、阻止氢或有害物质的吸附等，影响电化学反应动力学而起到缓蚀作用，改变环境的敏感性质
5.电化学保护
.应力腐蚀开裂发生在活化-钝化和钝化-过钝化两个敏感电位区间
.可以通过控制电位进行阴极保护或阳极保护防止SCC的发生
十、腐蚀疲劳
——定义
.材料或构件在交变应力与腐蚀环境的共同作用下产生的脆性断裂
.腐蚀疲劳——空气以外的腐蚀环境中的疲劳行为
☆ 腐蚀疲劳>单纯疲劳
☆ 腐蚀疲劳>单纯腐蚀
☆ 腐蚀环境不需要有明显的侵蚀性
☆ 腐蚀——疲劳裂纹萌生所需时间减少 循环周次明显减少 裂纹扩展速度增大
腐蚀疲劳特点
1.不存在疲劳极限
2.纯金属也会发生腐蚀疲劳
-不需要材料-环境的特殊组合
-钝态，活化态均可
-腐蚀介质+交变应力
3.腐蚀疲劳强度与耐蚀性
☆ 耐蚀材料的腐蚀疲劳强度随抗拉强度的提高而提高
☆ 耐蚀性差的材料腐蚀疲劳强度与抗拉强度无关
4.腐蚀疲劳裂纹起源
☆ 多起源于表面腐蚀坑或缺陷
☆ 裂纹源数量较多
5.腐蚀疲劳裂纹
☆ 主要是穿晶裂纹
☆ 随腐蚀发展裂纹变宽
6.脆性断裂
☆ 没有明显的宏观塑性变形
☆ 断口有腐蚀的特征
腐蚀坑、腐蚀产物、二次裂纹等
☆ 断口有疲劳特征，疲劳辉纹
腐蚀疲劳机理
★ 交变应力与腐蚀介质共同作用的结果
★ 纯疲劳机理与电化学腐蚀作用（借助应力腐蚀或氢致开裂的机理）的结合
A.滑移带优先溶解模型：
在交变应力作用下次生驻留滑移带
挤出、挤入处由于位错密度高，或杂质在滑移带没和积使原子具有较高的活性，受到优先腐蚀
腐蚀疲劳裂纹形核
变形区为阳极，未变形区为阴极
在交变应力作用下促进了裂纹的扩展。
B.蚀孔应力集中模型:
.腐蚀疲劳 VS. SCC
腐蚀疲劳易于形核：应力状态不同
交变应力 → 滑移具有累积效应 → 表面膜更容易遭到破坏 → 腐蚀疲劳裂纹形核
静拉伸应力 → 滑移台阶产生相对困难
→ 滑移台阶溶解速度 → 再钝化速度 → SCC裂纹扩展
.腐蚀疲劳 VS. 纯疲劳裂纹
腐蚀疲劳更易形核和扩展：腐蚀介质的作用
纯疲劳，交变应力低时
→ 纯疲劳裂纹形核核困难，存在疲劳极限
→ 提高抗拉强度可以提高疲劳极限
交变应力低+腐蚀介质：裂纹形核容易
一旦形核 → 不断扩展 → 不存在疲劳极限
强度对裂纹形核影响小 → 疲劳强度与抗拉强度无关
腐蚀疲劳影响因素
.力学因素
应力循环参数、疲劳加载方式、应力循环波形、应力集中
.环境因素
温度、介质的腐蚀性、外加电流
.材料因素
耐蚀性、组织结构、表面状态
—力学因素
■ 应力循环参数
.应力交变频率高，腐蚀作用不明显，机械疲劳为主
.应力交变频率低，与净拉伸作用相似
.只有在某一交变频率下最容易发生腐蚀疲劳，频率越低，裂纹扩展速度越快
■ 疲劳加载方式
.扭转疲劳 > 旋转弯曲疲劳 > 拉压疲劳
■ 应力循环波形
.方波、负锯齿波影响小，正弦波、三角波或正锯齿波影响大
—环境因素
.温度
温度升高：对纯疲劳影响小，腐蚀疲劳性能下降;
.介质的腐蚀性
◇ 介质腐蚀性越强 --》 腐蚀疲劳强度越低
◇ 腐蚀性过强 --》 形成疲劳裂纹可能性减小 --》裂纹扩展速度下降
.外加电流
◇ 阴极极化：裂纹扩展速度降低，但进入析氢电位区对高强钢腐蚀疲劳性能有害：
◇ 阳极极化：加速活化态碳钢腐蚀疲劳;提高氧化性介质中碳钢、不锈钢的腐蚀疲劳强度
—材料因素
.耐蚀性
耐蚀性高的金属，对腐蚀疲劳敏感性小
改善材料耐蚀性的合金化对腐蚀疲劳有益
.组织结构
细化晶粒有利于提高腐蚀疲劳强度
.表面状态
表面残余应力为压应力时，腐蚀疲劳性能好。
腐蚀疲劳控制
1.提高材料表面光洁度
镀锌钢丝在海水中的疲劳寿命得到了显著延长
2.使用缓蚀剂
3.阴极保护
广泛用于海洋金属结构物腐蚀疲劳的防护
4.表面处理
通过气渗、喷丸和高频淬火等表面硬化处理，在材料表面形成压应力层
十一、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
(1)湍流腐蚀
(2)冲击腐蚀
(3)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
冲刷腐蚀的形态
.金属表面一般呈现沟槽、凹谷、泪滴状及马蹄状
.表面光亮无腐蚀产物积存
.与流向有明显的依赖关系
冲刷腐蚀的机理
.冲刷腐蚀特征：
冲刷对腐蚀的促进，腐蚀对冲刷的促进
流体对电化学腐蚀行为的影响、流体产生的机械作用以及二者的交互作用
.腐蚀对冲刷的加速作用
使表面粗化 形成局部微湍流
溶解金属表面的硬化层 露出较软的基体
使耐磨硬化相暴露以致脱落
冲刷对腐蚀的加速作用
防止冲刷腐蚀的措施
1.改进设计
-降低表面流速和避免恶劣的湍流出现
2.控制环境
-控制温度、pH、氧含量，添加缓蚀剂
-澄清和过滤流体中的固体颗粒
-避免蒸汽中冷凝水的形成
-去除溶解在流体中的气体等
3.正确选材
4.表面处理与保护
5.阴极保护
空泡腐蚀 (cavitation erosion)
.空泡腐蚀（空蚀和气蚀）
.一种特殊形式的冲刷腐蚀
.由于金属表面附近的液体中空泡溃灭造成表面粗化、出现大量直径不等的火山口状的凹坑，最终丧失使用性能的一种破坏。
.只发生在高速的湍流状态
.特别是液体流经形状复杂的表面，液体压强变化很大的场合
.如水轮机叶片、螺旋桨、泵的叶轮、阀门及换热器的集束管口等
空泡的形成与破灭
△在局部位置，当流速变得十分高
△静压强 < 液体汽化压强 --》 液体内迅速形成无数个小空泡
△空泡随流体一起迁移
△单相流变成双相流
△外部压强升高 --》 空泡不断被压缩 --》最终溃灭（崩破）
△溃灭时间短，10-3S
△空泡原空间被周围液体迅速充填 --》 强大的冲击压力，压强可达103MPa
△大量空泡在金属表面某个区域反复溃灭
△使金属表面发生应变疲劳并诱发裂纹
△导致空泡腐蚀
防止空泡腐蚀的措施
1. 改进设计，减小流程中流体动压差
2. 选用较耐空蚀的材料或精磨表面
3. 用弹性保护层或阴极保护也有效
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。
摩振腐蚀机理
粘着磨损
.两个固体表面相对运动
.表面的突出部位或凸起发生塑性形变
.在高的局部压力作用下焊合在一起
.表面继续滑动时，物质从一个表面剥落而粘着在另一个表面所引起的磨损
.会产生一些小的磨粒或碎屑，进一步加重表面磨损
磨料磨损
◆ 粗糙而坚硬的表面在一定的压力下贴着软表面滑动
◆ 或游离的坚硬固体颗粒在两个摩擦面之间的滑动
◆ 产生磨损
◆ 与粘着磨损区别：没有微焊接的发生
摩振腐蚀机理
.不存在机械磨损
◆ 材料在腐蚀环境中受膜的保护，腐蚀轻微：
.存在机械磨损作用
◆ 表面保护膜局部遭到破坏，腐蚀得以进行，且摩擦热会加速腐蚀
◆ 剥落的保护膜通常以固体碎屑的形式存在与两表面之间，引起磨料磨损
◆ 腐蚀磨损的损失量 > 纯腐蚀 + 纯磨损
摩振腐蚀防止措施
1.降低载荷会使磨损速度下降
2.注意使摩擦副的两个表面具有相近的硬度会降低磨损率
3.通过合金化、选材或表面处理提高材料的耐磨性能
4.使用减摩材料或润滑剂
