腐蚀与氧化腐蚀ppt课件

1、腐蚀与氧化腐蚀与氧化 几乎一切资料在制备、加工和运用过程中都会几乎一切资料在制备、加工和运用过程中都会与特定环境相接触。从物理化学方面思索，资料或与特定环境相接触。从物理化学方面思索，资料或多或少地会与环境介质发生一系列相互作用，即资多或少地会与环境介质发生一系列相互作用，即资料在环境介质中会表现出特有的环境行为效应。在料在环境介质中会表现出特有的环境行为效应。在敞开物系中，腐蚀、氧化、磨损等是资料最根本的敞开物系中，腐蚀、氧化、磨损等是资料最根本的环境行为效应。这些效应直接影响资料的构造、性环境行为效应。这些效应直接影响资料的构造、性质及运用性能。质及运用性能。 第一节第一节 腐蚀腐蚀第二节

2、第二节 氧化界面在金属氧化中的作用氧化界面在金属氧化中的作用第三节第三节 辐射损伤辐射损伤 本章主要引见有关腐蚀及氧化的类型、产生本章主要引见有关腐蚀及氧化的类型、产生缘由、防止及抑制腐蚀氧化的途径等实际知识与缘由、防止及抑制腐蚀氧化的途径等实际知识与技术，为资料性能最大限制地发扬提供必要的根技术，为资料性能最大限制地发扬提供必要的根底。底。 第一节第一节 腐蚀腐蚀1 资料腐蚀的根本概念资料腐蚀的根本概念 资料由于环境的作用而引起的破坏和蜕变过程。资料由于环境的作用而引起的破坏和蜕变过程。2 应力腐蚀应力腐蚀(Stress Corrosion Crack) 金属资料在特定腐蚀介质和拉应力共同作

3、用下发金属资料在特定腐蚀介质和拉应力共同作用下发生的脆性断裂。生的脆性断裂。3 晶间晶界腐蚀晶间晶界腐蚀 金属资料在特定的腐蚀介质中沿着资料的晶界发金属资料在特定的腐蚀介质中沿着资料的晶界发生的部分腐蚀。生的部分腐蚀。一、资料腐蚀的根本概念一、资料腐蚀的根本概念 资料发生腐蚀是一个热力学自发过程。资料发生腐蚀是一个热力学自发过程。 金属腐蚀金属腐蚀 ：金属和它所处的环境介质之间发生化学、电化：金属和它所处的环境介质之间发生化学、电化学或物理作用，引起金属的蜕变和破坏。学或物理作用，引起金属的蜕变和破坏。高分子资料的腐蚀老化：高分子资料在加工、储存和运高分子资料的腐蚀老化：高分子资料在加工、储存

4、和运用过程中，由于内外要素的综协作用，其物理化学性能和机用过程中，由于内外要素的综协作用，其物理化学性能和机械性能逐渐变坏，以致最后丧失运用价值。械性能逐渐变坏，以致最后丧失运用价值。 广义资料腐蚀：指资料由于环境的作用而引起广义资料腐蚀：指资料由于环境的作用而引起的破坏和蜕变过程。的破坏和蜕变过程。腐蚀的类型与分腐蚀的类型与分类类金属资料腐蚀金属资料腐蚀高分子资料腐蚀高分子资料腐蚀(老化老化)无机非金属资料腐蚀无机非金属资料腐蚀 分为全面腐蚀和部分腐蚀。分为全面腐蚀和部分腐蚀。分为化学老化与物理老化。分为化学老化与物理老化。 由于化学作用或物理作用所引起，耐蚀性与资料由于化学作用或物理作用所

5、引起，耐蚀性与资料的化学成分、结晶形状、孔隙、构造以及腐蚀介质的化学成分、结晶形状、孔隙、构造以及腐蚀介质有关。有关。特点：金属的腐蚀过程大多在金属的外表发特点：金属的腐蚀过程大多在金属的外表发 生，并逐渐向深处开展生，并逐渐向深处开展危害：全面腐蚀相对部分腐蚀其危险性小些，危害：全面腐蚀相对部分腐蚀其危险性小些， 而部分腐蚀危险性极大而部分腐蚀危险性极大腐蚀的类型与分腐蚀的类型与分类类高分子资料腐蚀老化高分子资料腐蚀老化 化学老化：化学老化：物理老化：物理老化： 化学介质或化学介质与其他要素化学介质或化学介质与其他要素(如力、光、热等如力、光、热等)共同作共同作用下所发生的高分子资料被破坏景

6、象，主要发生主链的断裂，用下所发生的高分子资料被破坏景象，主要发生主链的断裂，有时次价键的破坏也属化学老化。有时次价键的破坏也属化学老化。可分为化学过程和物理过程引起的两种老化方式。可分为化学过程和物理过程引起的两种老化方式。 玻璃态高聚物多数处于非平衡态，其凝聚态构造是不稳定的，玻璃态高聚物多数处于非平衡态，其凝聚态构造是不稳定的，在玻璃化转变温度在玻璃化转变温度Tg以下存放过程中会逐渐趋向稳定的平衡态，以下存放过程中会逐渐趋向稳定的平衡态，从而引起高聚物资料的物理力学性能随存放或运用时间而变化。从而引起高聚物资料的物理力学性能随存放或运用时间而变化。由于物理作用而发生的可逆性的变化，不涉及

7、分子构造的改动。由于物理作用而发生的可逆性的变化，不涉及分子构造的改动。表表1 高分子资料的腐蚀方式高分子资料的腐蚀方式无机非金属资料腐蚀无机非金属资料腐蚀 无机非金属资料除石墨以外，在与电解质溶液接触时不像无机非金属资料除石墨以外，在与电解质溶液接触时不像金属那样构成原电池，故其腐蚀不是由电化学过程引起的，而金属那样构成原电池，故其腐蚀不是由电化学过程引起的，而往往是由于化学作用或物理作用所引起。往往是由于化学作用或物理作用所引起。 孔隙会降低资料的耐腐蚀性，由于孔隙的存在会使资料接触孔隙会降低资料的耐腐蚀性，由于孔隙的存在会使资料接触介质的面积增大，腐蚀不仅可发生在外表上而且也发生在资料内

8、介质的面积增大，腐蚀不仅可发生在外表上而且也发生在资料内部，使得侵蚀作用明显加强。部，使得侵蚀作用明显加强。 无机非金属资料的耐蚀性还与其构造有关。晶体构造的耐无机非金属资料的耐蚀性还与其构造有关。晶体构造的耐腐蚀性较无定型构造高。腐蚀性较无定型构造高。 腐蚀的类型与分腐蚀的类型与分类类资料腐蚀的特点资料腐蚀的特点 金属是导体，腐蚀时多以金属离子溶解进入电解液的方式发金属是导体，腐蚀时多以金属离子溶解进入电解液的方式发生可用电化学过程来描画。金属的腐蚀过程大多在金属的外表发生可用电化学过程来描画。金属的腐蚀过程大多在金属的外表发生，并逐渐向深处开展。生，并逐渐向深处开展。 无机非金属资料的腐蚀

9、那么以资料与介质的化学反响为主，无机非金属资料的腐蚀那么以资料与介质的化学反响为主，并与资料的组成、显微构造、结晶形状、腐蚀产物的性质等要并与资料的组成、显微构造、结晶形状、腐蚀产物的性质等要素亲密相关。素亲密相关。 高分子资料普通不导电，也不以离子方式溶解，周围的介质高分子资料普通不导电，也不以离子方式溶解，周围的介质(气体、液体等气体、液体等)向资料内浸透分散是腐蚀的主要缘由。同时，高向资料内浸透分散是腐蚀的主要缘由。同时，高分子资料中的某些组分分子资料中的某些组分(如增塑剂、稳定剂等如增塑剂、稳定剂等)也会从资料内部向也会从资料内部向外分散迁移，而溶于介质中。因此在调查高分子资料的腐蚀时

10、，外分散迁移，而溶于介质中。因此在调查高分子资料的腐蚀时，介质的渗入、渗入的介质与资料间的相互作用和资料组分的溶出介质的渗入、渗入的介质与资料间的相互作用和资料组分的溶出等问题是必需思索的首要问题。等问题是必需思索的首要问题。 二、应力腐蚀二、应力腐蚀1. 应力腐蚀概述应力腐蚀概述 (英文缩写英文缩写SCC，stress corrosion crack) 2. 应力腐蚀发生的条件和特征应力腐蚀发生的条件和特征 3. 应力腐蚀机理应力腐蚀机理 4. 应力腐蚀控制方法应力腐蚀控制方法 指金属资料在特定腐蚀介质和拉应力共同作用下发生的脆性指金属资料在特定腐蚀介质和拉应力共同作用下发生的脆性断裂。是应

11、力与环境共同作用下的腐蚀行为，是部分腐蚀的一大断裂。是应力与环境共同作用下的腐蚀行为，是部分腐蚀的一大类型。类型。分为：应力腐蚀、腐蚀疲劳、磨损腐蚀、湍流腐蚀、冲蚀等。分为：应力腐蚀、腐蚀疲劳、磨损腐蚀、湍流腐蚀、冲蚀等。 在这类腐蚀中受拉应力作用的应力腐蚀是危害最大的部分腐在这类腐蚀中受拉应力作用的应力腐蚀是危害最大的部分腐蚀方式之一，资料会在没有明显预兆的情况下忽然断裂。蚀方式之一，资料会在没有明显预兆的情况下忽然断裂。应力腐蚀发生的条件和特征应力腐蚀发生的条件和特征 应力腐蚀发生的条件应力腐蚀发生的条件 敏感资料敏感资料 特定的腐蚀介质特定的腐蚀介质 拉伸应力拉伸应力合金比纯金属更易发生

12、应力腐蚀开裂。合金比纯金属更易发生应力腐蚀开裂。 对于某种合金，能发生应力腐蚀断裂与其所处的特定对于某种合金，能发生应力腐蚀断裂与其所处的特定的腐蚀介质有关。而且介质中能引起的腐蚀介质有关。而且介质中能引起SCC的物质浓度普通的物质浓度普通都很低都很低 拉伸应力有两个来源。一是剩余应力拉伸应力有两个来源。一是剩余应力(加工、冶炼、装加工、冶炼、装配过程中产生配过程中产生)、温差产生的热应力及相变产生的相变应力；、温差产生的热应力及相变产生的相变应力；二是资料接受外加载荷呵斥的应力。二是资料接受外加载荷呵斥的应力。 另外，从电化学角度看，另外，从电化学角度看，SCC在一定的临界电位范围在一定的临

13、界电位范围内产生。内产生。 应力腐蚀发生的条件和特征应力腐蚀发生的条件和特征 应力腐蚀断裂特征应力腐蚀断裂特征 应力腐蚀断裂从宏观上属于脆性断裂。即使塑性很高的资应力腐蚀断裂从宏观上属于脆性断裂。即使塑性很高的资料也无颈缩、无杯锥状景象。由于腐蚀介质作用，断口外表颜料也无颈缩、无杯锥状景象。由于腐蚀介质作用，断口外表颜色呈黑色或灰黑色。晶界断裂呈冰糖块状，穿晶断裂具有河流色呈黑色或灰黑色。晶界断裂呈冰糖块状，穿晶断裂具有河流花样等特征。花样等特征。SCC断口微观特征较复杂，视详细合金与环境而断口微观特征较复杂，视详细合金与环境而定，显微断口上往往可见腐蚀坑及二次裂纹。定，显微断口上往往可见腐蚀

14、坑及二次裂纹。 SCC方式有穿晶断裂、晶界型断裂、穿晶与晶界混合型断方式有穿晶断裂、晶界型断裂、穿晶与晶界混合型断裂。断裂的途径与详细的资料裂。断裂的途径与详细的资料-环境有关。裂纹走向与主拉伸环境有关。裂纹走向与主拉伸应力的方向垂直。腐蚀裂痕的纵深尺寸比其宽度尺寸要大几个应力的方向垂直。腐蚀裂痕的纵深尺寸比其宽度尺寸要大几个数量级，裂纹普通呈树枝状。数量级，裂纹普通呈树枝状。 应力腐蚀机理应力腐蚀机理1阳极快速溶解实际阳极快速溶解实际 裂纹一旦构成，裂纹尖端的应力集中导致裂纹尖端前沿区发生裂纹一旦构成，裂纹尖端的应力集中导致裂纹尖端前沿区发生迅速屈服，晶体内位错沿着滑移面延续地到达裂纹尖端前

15、沿外表，产迅速屈服，晶体内位错沿着滑移面延续地到达裂纹尖端前沿外表，产生大量瞬间活性溶解质点，导致裂纹尖端生大量瞬间活性溶解质点，导致裂纹尖端(阳极阳极)快速溶解。快速溶解。 2闭塞电池实际闭塞电池实际 在已存在的阳极溶解的活化通道上，腐蚀优先沿着这些通道进展。在已存在的阳极溶解的活化通道上，腐蚀优先沿着这些通道进展。在应力协同作用下，闭塞电池腐蚀所引发的腐蚀孔扩展为裂纹，产生在应力协同作用下，闭塞电池腐蚀所引发的腐蚀孔扩展为裂纹，产生SCC。 3膜破裂实际滑移膜破裂实际滑移-溶解实际溶解实际 金属外表是由钝化膜覆盖，并不直接与介质接触。在应力或活性金属外表是由钝化膜覆盖，并不直接与介质接触。

16、在应力或活性离子离子(Cl-)的作用下易引起钝化膜破裂，显露活性的金属外表。介质沿的作用下易引起钝化膜破裂，显露活性的金属外表。介质沿着某一择优途径浸入并溶解活性金属，最终导致应力腐蚀断裂。着某一择优途径浸入并溶解活性金属，最终导致应力腐蚀断裂。 应力腐蚀控制方法应力腐蚀控制方法 合理选材合理选材 控制应力控制应力 改动环境改动环境 电化学维护电化学维护 涂层涂层 尽量防止金属或合金在易发生应力腐蚀的环境介质中运用。尽量防止金属或合金在易发生应力腐蚀的环境介质中运用。 在制造和装配金属构件时，应尽量使构造具有最小的应力集中在制造和装配金属构件时，应尽量使构造具有最小的应力集中系数，并使与介质接

17、触的部分具有最小的剩余应力。剩余应力往往系数，并使与介质接触的部分具有最小的剩余应力。剩余应力往往是引起是引起SCC的主要缘由，热处置退火可消除剩余应力。的主要缘由，热处置退火可消除剩余应力。 经过除气、脱氧、除去矿物质等方法可除去环境中危害较大的经过除气、脱氧、除去矿物质等方法可除去环境中危害较大的介质组分。还可经过控制温度、介质组分。还可经过控制温度、pH值，添加适量的缓蚀剂等，到达值，添加适量的缓蚀剂等，到达改动环境的目的。改动环境的目的。 三、晶间晶界腐蚀三、晶间晶界腐蚀 晶间腐蚀是金属资料在特定的腐蚀介质中沿着资料晶间腐蚀是金属资料在特定的腐蚀介质中沿着资料的晶界发生的一种部分腐蚀。

18、这种腐蚀是在金属的晶界发生的一种部分腐蚀。这种腐蚀是在金属(合金合金)外表无任何变化的情况下，使晶粒间失去结合力，金属外表无任何变化的情况下，使晶粒间失去结合力，金属强度完全丧失，导致设备突发性破坏。强度完全丧失，导致设备突发性破坏。 主要讨论晶间晶界腐蚀主要讨论晶间晶界腐蚀 产生的条件、机理、产生的条件、机理、影响要素及防止晶间腐蚀的措施。影响要素及防止晶间腐蚀的措施。1 晶间腐蚀产生的条件晶间腐蚀产生的条件 (1) 组织显微构造要素组织显微构造要素 (2) 环境要素环境要素 晶界与晶内的物理化学形状及化学成分不同，导致晶界与晶内的物理化学形状及化学成分不同，导致其电化学性质不均匀。其电化学

19、性质不均匀。 腐蚀介质能显示出晶粒与晶界的电化学不均匀性。腐蚀介质能显示出晶粒与晶界的电化学不均匀性。 2晶界腐蚀的机理晶界腐蚀的机理 晶界腐蚀实际有两种：贫化实际和晶间杂质偏聚晶界腐蚀实际有两种：贫化实际和晶间杂质偏聚实际。下面用贫化实际分析实际。下面用贫化实际分析18-8型奥氏体不锈钢的晶型奥氏体不锈钢的晶间腐蚀机理。间腐蚀机理。 (1)组织与晶间腐蚀敏感性关系组织与晶间腐蚀敏感性关系 (2) 贫化实际贫化实际贫化实际以为，晶界腐蚀是由于晶界析出新相，贫化实际以为，晶界腐蚀是由于晶界析出新相，呵斥晶界附近某一成分的贫乏化。当处于适宜的介质呵斥晶界附近某一成分的贫乏化。当处于适宜的介质条件下，就会构成腐蚀原电池。条件下，就会构成腐蚀原电池。 (3) 杂质偏聚或第二相析出实际杂质偏聚或第二相析出实际 (4) 铁素体不锈钢的晶间腐蚀铁素体不锈钢的晶间腐蚀3 影响晶间腐蚀的要素影响晶间腐蚀的要素 1加热温度与时间加热温度与时间2合金成分合金成分 碳碳 铬铬 镍镍 钛、铌钛、铌 奥氏体不锈钢中碳量愈高，晶界腐蚀倾向愈严重，导奥氏体不锈钢中碳量愈高，晶界腐蚀倾向愈严重，导致晶间腐蚀碳的临界浓度为致晶间腐