材料的耐腐蚀性能

1、材料与化工学院材料与化工学院 本章从材料腐蚀的现象出发，本章从材料腐蚀的现象出发， 着重介绍金属材料的着重介绍金属材料的应力腐蚀断裂应力腐蚀断裂， 以及材料耐蚀性评价等内容。以及材料耐蚀性评价等内容。13.1 13.1 材料腐蚀的基本概念材料腐蚀的基本概念13.2 13.2 金属的电化学腐蚀倾向（略）金属的电化学腐蚀倾向（略）13.3 13.3 金属腐蚀速度及其控制（略）金属腐蚀速度及其控制（略）13.4 13.4 金属材料的应力腐蚀断裂金属材料的应力腐蚀断裂13.5 13.5 材料的耐蚀性及抗腐蚀措施材料的耐蚀性及抗腐蚀措施一、腐蚀的基本概念一、腐蚀的基本概念 1 1、定义：、定义： 物质的

2、表面，物质的表面， 因发生化学或电化学反应，因发生化学或电化学反应， 而受到破坏的现象。而受到破坏的现象。 2 2、一种自发进行的过程，、一种自发进行的过程， G 0G 0。 3 3、性质：、性质： (1) (1) 有害性：有害性： 造成设备的毁坏。造成设备的毁坏。 (2) (2) 有利性：有利性： 电化学加工，制备印刷线路板等。电化学加工，制备印刷线路板等。二、腐蚀的类型二、腐蚀的类型 1 1根据腐蚀的根据腐蚀的机理机理不同分类不同分类 (1)(1)化学腐蚀化学腐蚀 与非电解质直接发生化学作用而引起的破坏。与非电解质直接发生化学作用而引起的破坏。 (2)(2)电化学腐蚀电化学腐蚀 与电解质溶

3、液发生电化学反应而引起的破坏。与电解质溶液发生电化学反应而引起的破坏。 2 2根据腐蚀的根据腐蚀的环境环境分类分类 大气、海水、淡水、土壤等。大气、海水、淡水、土壤等。 3 3根据腐蚀破坏的根据腐蚀破坏的外部特征外部特征分类分类 (1)(1)全面腐蚀全面腐蚀 腐蚀分布在整个表面上并连成一片。腐蚀分布在整个表面上并连成一片。 可分为均匀腐蚀和不均匀腐蚀。可分为均匀腐蚀和不均匀腐蚀。 (2) (2)局部腐蚀局部腐蚀 腐蚀主要发生在金属表面的某一区域。腐蚀主要发生在金属表面的某一区域。(3)(3)应力和环境介质应力和环境介质共同作用下的腐蚀共同作用下的腐蚀 应力腐蚀断裂：应力腐蚀断裂： 是金属在是金

4、属在拉应力拉应力的作用下并在某些活性介质的作用下并在某些活性介质 中发生的中发生的电化学电化学腐蚀破裂。腐蚀破裂。 腐蚀疲劳：腐蚀疲劳： 金属在交变应力金属在交变应力( (循环应力或脉动应力循环应力或脉动应力) )和腐和腐 蚀环境介质的共同作用下产生的脆性断裂。蚀环境介质的共同作用下产生的脆性断裂。 氢损伤：氢损伤： 是指氢进入金属中，导致金属材料塑性、韧是指氢进入金属中，导致金属材料塑性、韧 性明显下降，产生低应力脆断的损伤现象性明显下降，产生低应力脆断的损伤现象 分为氢脆、氢鼓泡、氢腐蚀三种。分为氢脆、氢鼓泡、氢腐蚀三种。* * * * 应力腐蚀断裂应力腐蚀断裂(SCC)(SCC)概念概念

5、 金属材料，在金属材料，在拉应力拉应力和和特定介质特定介质的共同作用下，的共同作用下， 所引起的断裂。所引起的断裂。 腐蚀过程中，先出现微裂纹，腐蚀过程中，先出现微裂纹， 然后扩展为宏观裂纹，然后扩展为宏观裂纹， 宏观裂纹快速扩展，宏观裂纹快速扩展， 最终断裂。最终断裂。一、应力腐蚀断裂的条件及特征一、应力腐蚀断裂的条件及特征 (1)(1)应力：应力： 必须有拉应力（低于屈服强度）存在。必须有拉应力（低于屈服强度）存在。 (2)(2)介质：介质： 一定的材料和一定的介质相互组合，形成一个应力腐蚀体系。一定的材料和一定的介质相互组合，形成一个应力腐蚀体系。 (3)(3)速度：速度： 约为约为10

6、10-8-81010-6-6 m/s m/s；介于纯腐蚀速度与纯断裂速度之间；介于纯腐蚀速度与纯断裂速度之间 (4)(4)腐蚀断裂形态：腐蚀断裂形态： 局部区域局部区域出现从表及里的裂纹；出现从表及里的裂纹； 裂纹在主干裂纹延伸的同时，还有若干分支同时发展；裂纹在主干裂纹延伸的同时，还有若干分支同时发展； 裂纹的走向宏观上与拉应力方向垂直；裂纹的走向宏观上与拉应力方向垂直； 微观上一般为沿晶断裂，微观上一般为沿晶断裂， 也可能为穿晶解理断裂或二者的混合；也可能为穿晶解理断裂或二者的混合； 断裂表面断裂表面可见到可见到“泥状花样泥状花样”的腐蚀产物及腐蚀坑。的腐蚀产物及腐蚀坑。二、应力腐蚀的机理

7、二、应力腐蚀的机理 1 1、阳极溶解阳极溶解机理机理 金属表面形成钝化膜金属表面形成钝化膜 拉应力拉应力钝化膜破裂钝化膜破裂 露出新鲜表面露出新鲜表面 新鲜表面为阳极，钝化膜表面为阴极新鲜表面为阳极，钝化膜表面为阴极 腐蚀微电池腐蚀微电池 阳极溶解阳极溶解 形成烛坑。形成烛坑。 2 2、氢致开裂机理、氢致开裂机理 应力和腐蚀介质共同作用下，应力和腐蚀介质共同作用下， 阴极反应阴极反应氢原子氢原子 扩散到金属内部扩散到金属内部 金属脆性断裂。金属脆性断裂。三、影响应力腐蚀断裂的因素三、影响应力腐蚀断裂的因素 1 1应力因素应力因素 (1)70(1)70-90-90S S 应力腐蚀断裂；应力腐蚀断

8、裂； (2)(2)临界应力临界应力SCCSCC ： 发生应力腐蚀的最低应力；发生应力腐蚀的最低应力； (3)(3)应力腐蚀临界应力场强度因子应力腐蚀临界应力场强度因子K KISCCISCC： 表示含有宏观裂纹的材料，在应力腐蚀下的断裂韧度。表示含有宏观裂纹的材料，在应力腐蚀下的断裂韧度。2 2介质环境因素介质环境因素 (1)(1)特殊离子及浓度的影响特殊离子及浓度的影响 氧化剂及氯化物浓度。氧化剂及氯化物浓度。 (2)(2)温度的影响温度的影响 有一个温度范围。有一个温度范围。 (3)(3)界面电位状况的影响界面电位状况的影响 有一个电位范围。有一个电位范围。3 3合金成分的影响合金成分的影响

9、 单相单相( (纯度极高的纯度极高的) )金属的敏感性小于二元合金和多元合金；金属的敏感性小于二元合金和多元合金； 合金中元素的含量对应力腐蚀也有影响。合金中元素的含量对应力腐蚀也有影响。四、防止应力腐蚀的措施四、防止应力腐蚀的措施 (1)(1)降低和消除应力。降低和消除应力。 (2)(2)合理选材。合理选材。 抗抗SCCSCC的材料，如碳钢、不锈钢等。的材料，如碳钢、不锈钢等。 (3)(3)控制环境，改善使用条件。控制环境，改善使用条件。 除去介质中危害性大的化学成分；除去介质中危害性大的化学成分； (4) (4) 控制温度，在临界温度以下。控制温度，在临界温度以下。 (5) (5) 采用外

10、加电流阴极保护法。采用外加电流阴极保护法。一、耐蚀性及其评定方法一、耐蚀性及其评定方法* * * *概念：概念： 金属材料在某一环境介质下承受或抵抗腐蚀的能力。金属材料在某一环境介质下承受或抵抗腐蚀的能力。 1 1、均匀腐蚀均匀腐蚀的程度与评定方法的程度与评定方法 通常采用质量指标、深度指标。通常采用质量指标、深度指标。 (1)(1)腐蚀速度的腐蚀速度的质量指标质量指标 失重：失重：v v- -=(W=(W0 0 - W- W1 1)/(S)/(St)t) 增重：增重：v v+ +=(W=(W2 2 - W- W0 0)/(S)/(St)t) (2) (2)腐蚀速度的腐蚀速度的深度指标深度指标

11、 v vL L = v= v- - 8.76/ 8.76/ (3) (3)均匀腐蚀金属耐蚀性评定（采用均匀腐蚀金属耐蚀性评定（采用深度指标深度指标） 2 2局部腐蚀的程度与评定方法局部腐蚀的程度与评定方法 (1)(1)局部腐蚀程度的表示方法局部腐蚀程度的表示方法 腐蚀腐蚀强度指标强度指标： 是指材料腐蚀前后的强度极限变化率。是指材料腐蚀前后的强度极限变化率。 K K=(=(b b-b b)/)/b b 100%100% 腐蚀腐蚀延伸率指标延伸率指标： 是指材料腐蚀前后延伸率的变化。是指材料腐蚀前后延伸率的变化。 K K=(-)/)=(-)/)100%100%(2)(2)局部腐蚀金属耐蚀性评定局

12、部腐蚀金属耐蚀性评定 局部腐蚀的局部腐蚀的v vL L、 K K关系评定标准：关系评定标准： 把把腐蚀深度指标腐蚀深度指标（ v vL L ） 和和年腐蚀延伸率年腐蚀延伸率（ K K）指标结合起来划分。）指标结合起来划分。 应力腐蚀断裂倾向评定应力腐蚀断裂倾向评定 以断裂时以断裂时塑性指标塑性指标下降值和下降值和 拉断时试样拉断时试样表面裂纹数目表面裂纹数目来评定。来评定。二、影响金属材料腐蚀性的因素（二、影响金属材料腐蚀性的因素（自学自学） 1 1材料本身因素材料本身因素 (1)(1)金属的化学稳定性金属的化学稳定性 (2)(2)合金成分合金成分 (3)(3)金相组织与热处理金相组织与热处理

13、 (4)(4)表面状态表面状态 (5)(5)应力应力 2 2环境因素环境因素 (1)(1)介质的介质的pHpH值值 (2)(2)介质成分及体积分数介质成分及体积分数 (3)(3)介质的温度与压力介质的温度与压力 (4)(4)接触电偶接触电偶 (5)(5)其他因素其他因素 三、防止金属材料腐蚀的措施三、防止金属材料腐蚀的措施 1 1金属的电化学保护法金属的电化学保护法 (1)(1)阴极保护法阴极保护法 将被保护金属进行外加阴极极化，以减小或防止金属腐蚀。将被保护金属进行外加阴极极化，以减小或防止金属腐蚀。 (2)(2)阳极保护法阳极保护法 2 2介质处理介质处理 一是去除介质中的有害成分二是调节介质的一是去除介质中的有害成分二是调节介质的pHpH值三是降低气体中的湿度值三是降低气体中的湿度 3 3缓蚀剂保护法缓蚀剂保护法 通过添加少量能阻止或减缓金属腐蚀速度的物质以保护金属的方法。通过添加少量能阻止或减