金屬常見的腐蝕形式ppt課件(PPT 40頁)

1、第三章 金屬常見的腐蝕形式1 全面腐蝕與局部腐蝕2 電偶腐蝕3 點蝕4 縫隙腐蝕5 晶間腐蝕6 力與環(huán)境聯(lián)合作用產(chǎn)生的腐蝕破壞.第1頁，共40頁。第一節(jié) 全面腐蝕與局部腐蝕1 全面腐蝕：腐蝕分布在整個金屬表面，腐蝕的分布和深度相對較均勻。 腐蝕量大，腐蝕速度較穩(wěn)定，危險性小，可預測；陰極陽極為微電極，面積大致相等，反應(yīng)速度較穩(wěn)定。2 局部腐蝕：腐蝕主要集中在金屬表面某些局部區(qū)域，其余大部分區(qū)域幾乎不腐蝕。 腐蝕的分布和深度很不均勻，金屬損失總量不大，危險性很大，突發(fā)性破壞。.第2頁，共40頁。第二節(jié) 電偶腐蝕1 電偶腐蝕（異金屬接觸腐蝕）：當兩種具有不同電位的金屬相互接觸（或通過電子導體連接）

2、，并浸入電解質(zhì)溶液時，電位較負的金屬腐蝕速度變大，而電位較正的金屬腐蝕速度減緩。 主要因素：不同的金屬的不同電位 兩種金屬的電極電位相差越大，電偶腐蝕越嚴重。.第3頁，共40頁。2 電偶序 電位較負的金屬是陽極，加速腐蝕 電位較正的金屬是陰極，受到保護判斷 標準電極電位腐蝕電位電偶序 （穩(wěn)定電位） 電偶序：根據(jù)金屬（或合金）在一定條件下測得的穩(wěn)定電位的相對大小排列而制成的表。 （p43 Tab.3-1）.第4頁，共40頁。電偶序與標準電動序區(qū)別：含義：電偶序按非平衡可逆體系的穩(wěn)定電位排列 電動序按純金屬在平衡可逆的標準條件下 測得的電極電位排列用途：電偶序判斷在一定介質(zhì)中兩種金屬耦合時產(chǎn)生電偶

3、腐蝕的可能性（陽極？陰極？） 電動序判斷金屬的腐蝕傾向.第5頁，共40頁。使用電偶序的注意事項：（1）根據(jù)相對位置 具體數(shù)據(jù)？ 不涉及腐蝕速度（2）同一組內(nèi)的金屬或合金電位數(shù)值相差不大，無顯著電偶效應(yīng)，可聯(lián)合使用（3）表上方的金屬或合金電位低于下方的，兩種耦合的金屬位置距離越遠，電位差值越大，陽極金屬（電位較負）腐蝕程度顯著增加。（4）腐蝕介質(zhì)的導電性：介質(zhì)導電性差，電阻大，電偶腐蝕電流不易分散而集中在陽極上，腐蝕加劇。.第6頁，共40頁。3 影響因素（1）環(huán)境 電偶腐蝕中一般較不耐蝕的金屬是陽極，但環(huán)境不同電位有時出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)。(Tab.3-2)（2）面積效應(yīng) 電偶腐蝕電池中陰極和陽極面積之比對

4、腐蝕過程的影響。 陰、陽極面積比的增大與陽極的腐蝕速度呈直線函數(shù)關(guān)系，增加極為迅速。 大陽極-小陰極，陽極腐蝕速度較慢； 大陰極-小陽極，陽極腐蝕速度加劇。.第7頁，共40頁。（3）介質(zhì)導電性 介質(zhì)的電導率高，則較活潑金屬的腐蝕可能擴展到距接觸點較遠的部位，即有效陽極面積增大，腐蝕不嚴重。 在電解質(zhì)溶液中，如果沒有維持陰極過程的溶解氧，氫離子或其他氧化劑，不能發(fā)生電偶腐蝕。如在封閉熱水體系中，銅與鋼的連接不產(chǎn)生嚴重的腐蝕。.第8頁，共40頁。 4 防止（1）設(shè)計時盡量采用電偶序中相近的金屬元素，并盡量避免大陰極/小陽極的面積組合；（2）施工中可考慮在不同金屬的連接處加以絕緣。（法蘭連接處用絕緣

5、材料的墊片）（3）涂料涂覆在陰極性金屬，減小陰極面積；（4）緩蝕劑，減緩介質(zhì)的腐蝕性；（5）設(shè)計時要考慮到易于腐蝕的陽極部件在維修時易于更換或修理。.第9頁，共40頁。第三節(jié) 點蝕1 點蝕：破壞主要集中在某些活性點上并向金屬內(nèi)部深處發(fā)展，腐蝕深度大于孔徑，而其他地方幾乎不腐蝕或腐蝕輕微。 特點：孔徑小，金屬損失量??；蝕孔產(chǎn)生有誘導期；自催化作用下加速進行，破壞性和隱患較大；蝕孔沿重力方向生長；點蝕經(jīng)常發(fā)生的具有自鈍化性能的金屬或合金上，并在含氯離子的介質(zhì)中更易發(fā)生。.第10頁，共40頁。2 機理 點蝕為什么要有誘導期？為什么僅在極其局部的區(qū)域內(nèi)發(fā)生？ 點蝕核的形成及材料表面狀況 鈍化金屬（鈍化

6、膜）：溶解修復基底金屬與鄰近完好鈍化膜之間構(gòu)成局部電池 （基底金屬為陽極，鈍化膜為陰極）點蝕核孔口介質(zhì)pH增大有沉淀生成 孔口沉積形成閉塞電池保護穴位酸度增加，腐蝕速度增大（自催化酸化作用）蝕坑增大誘導期結(jié)束（進入高速溶解階段）金屬表面膜不完整.第11頁，共40頁。蝕孔內(nèi)金屬電位較負，陽極；蝕孔外金屬電位較正，陰極； 活態(tài)-鈍態(tài)腐蝕電池 （大陰極/小陽極）孔內(nèi)（陽極）：FeFe2+2e CrCr3+3e NiNi2+2e孔外（陰極）： O2+H2O+2e 2OH- 宏觀腐蝕電池以不銹鋼在氯化鈉溶液中點蝕為例.第12頁，共40頁?？變?nèi)金屬離子濃度增加氯離子向孔內(nèi)遷移 Fe2+2Cl- FeCl2

7、 FeCl2+2H2O Fe(OH)2+2HCl 酸性增加導致金屬的更大溶解 Fe(OH)2在孔口氧化為Fe(OH)3疏松沉淀 氯離子不斷向孔內(nèi)遷移水解pH下降 環(huán)境不斷惡化由閉塞電池引起孔內(nèi)酸化從而加速腐蝕的作用，稱“自催化酸化作用”.第13頁，共40頁。3 影響因素：材料，介質(zhì)成分，流速和溫度（1）材料 具有自鈍化特性的材料易發(fā)生點蝕，鈍化膜局部有缺陷時，點蝕核在這些點上優(yōu)先形成。 材料的表面粗糙度和清潔度對耐點蝕能力有顯著影響，光滑和清潔的表面不易發(fā)生點蝕。.第14頁，共40頁。（2）介質(zhì)成分 多數(shù)點蝕破壞是由氯化物和含氯離子引起的。 在陽極極化條件下，介質(zhì)只要含有一定量的氯離子便可使金

8、屬發(fā)生點蝕。 氯離子激發(fā)劑 氯離子濃度增加，點蝕更易發(fā)生。 在氯化物中，以含有氧化性金屬離子的氯化物（CuCl2，F(xiàn)eCl3等）為強烈的點蝕促進劑。.第15頁，共40頁。（3）流速和溫度 有流速或提高流速減輕或不發(fā)生點蝕。 好處：增大流速有助于溶解氧向金屬表面的輸送，使鈍化膜容易形成和修復；減少沉積物及氯離子在金屬表面的沉積和吸附，從而減少點蝕發(fā)生的機會。 壞處：流速過高，會對鈍化膜起沖刷破壞作用，引起磨損腐蝕。 介質(zhì)溫度升高，會使低溫下不發(fā)生點蝕的材料發(fā)生點蝕。.第16頁，共40頁。 4 防止（1）從材料角度出發(fā) 選用耐點蝕合金（鉬、高純不銹鋼） 保護表面膜 增加壁厚延長蝕孔穿透時間（2）從

9、環(huán)境、工藝角度出發(fā) 盡量降低介質(zhì)中氯離子、溴離子及氧化性金屬離子的含量。 （3）添加緩蝕劑（4）控制流速（滯流或缺氧下易發(fā)生點蝕）（5）電化學保護陰極保護.第17頁，共40頁。第四節(jié) 縫隙腐蝕1 縫隙腐蝕：金屬部件在介質(zhì)中，由于金屬與非金屬或金屬與金屬之間形成特別小的縫隙，使縫隙內(nèi)介質(zhì)處于滯留狀態(tài)，引起縫內(nèi)金屬加速度腐蝕。 特點：極為普遍，金屬與任何材料；縫隙必須寬到夠液體能流入但又窄到縫隙內(nèi)滯留程度；幾乎所有介質(zhì)，所有合金或金屬都能發(fā)生縫隙腐蝕，只是敏感度有所不同（自鈍化金屬高）。.第18頁，共40頁。2 機理閉塞電池模型（以碳鋼在中性海水中的縫隙腐蝕為例）（1）縫隙內(nèi)外溶液溶解氧濃度一致，

10、氧化還原速度相等；（2）滯留影響，縫隙內(nèi)氧難以補充，氧化還原反應(yīng)終止，縫隙外氧還原繼續(xù)，形成氧濃差電池（大陰極/小陽極）縫隙內(nèi)陽極：FeFe2+2e縫隙外陰極： O2+2H2O+4e 4OH-二次腐蝕產(chǎn)物在縫隙口形成，閉塞電池 標志著腐蝕進入了發(fā)展階段.第19頁，共40頁。 （3）閉塞電池形成后，縫隙內(nèi)陽離子難以向縫隙外擴散遷移，隨Fe2+，F(xiàn)e3+的積累，縫隙內(nèi)正電荷過剩，促使縫隙外Cl-遷移入內(nèi)以保持電中性。氯離子的遷入使得自催化過程發(fā)生，縫隙內(nèi)金屬的溶解加速進行（同點蝕）。 氧濃差電池腐蝕的開始起促進作用 閉塞電池蝕坑的深化和擴散 自催化酸化作用是造成腐蝕加速的根本原因。 單純的氧濃差電

11、池沒有自催化作用，不至于構(gòu)成嚴重的縫隙腐蝕。.第20頁，共40頁。 3 防止（1）消除縫隙 避免縫隙和形成積液的死角；盡量用對接焊避免鉚接和螺栓連接；無法避免縫隙可使用填料。（2）選用不吸濕墊片（聚四氟乙烯，長停車取下）（3）去除固體顆粒 防止沉積腐蝕，降低管道的阻力和設(shè)備的動力。（4）電化學保護陽極保護.第21頁，共40頁。第五節(jié) 晶間腐蝕1 晶間腐蝕：金屬材料在適宜的腐蝕性介質(zhì)中沿晶界發(fā)生和發(fā)展的局部腐蝕破壞形態(tài)。 特點：金屬損失量小，但晶粒間的結(jié)合力削弱，強度喪失；有拉應(yīng)力的情況下晶間腐蝕可誘發(fā)晶間應(yīng)力腐蝕；晶間腐蝕是不銹鋼常見的局部腐蝕形態(tài)。.第22頁，共40頁。2 奧氏體不銹鋼的晶間

12、腐蝕機理貧鉻理論 奧氏體不銹鋼中含有少量碳，碳在不銹鋼中的溶解度隨溫度下降而降低。當奧氏體不銹鋼經(jīng)高溫固溶處理后，其中的碳處于過飽和狀態(tài)，當在敏化溫度范圍內(nèi)受熱時，奧氏體中過飽和的碳就會迅速向晶界擴散，與鉻形成碳化物Cr23C6而析出。由于鉻的擴散速度較慢且得不到及時補充，因此晶界周圍嚴重的貧鉻。.第23頁，共40頁。貧鉻區(qū)（陽極）和處于鈍化的鋼（陰極）之間建立起一個具有很大電位差的活化-鈍化電池。在晶界上析出的Cr23C6并不被侵蝕，而貧鉻區(qū)的小陽極（晶界）和未受影響區(qū)域的大陰極（晶粒）構(gòu)成了局部腐蝕電池，因而使貧鉻區(qū)受到了晶間腐蝕。.第24頁，共40頁。 3 防止（1）降低鋼中含碳量 因為

13、Cr23C6的形成導致晶間腐蝕的發(fā)生，當將碳含量降到0.02%（超低碳）以下時，即使在700經(jīng)長時間的敏化處理也不易產(chǎn)生晶間腐蝕。（2）加入穩(wěn)定化元素（Ti鈦，Nb鈮，防止貧鉻）（3）采用固溶處理 不銹鋼加熱至10501100，保溫一段時間讓Cr23C6充分溶解，然后快速冷卻，迅速通過敏化溫度范圍以防止碳化物的析出。.第25頁，共40頁。第六節(jié) 力與環(huán)境聯(lián)合作用產(chǎn)生 的腐蝕破壞 1 拉應(yīng)力與環(huán)境聯(lián)合作用應(yīng)力腐蝕破裂*2 交變應(yīng)力與環(huán)境聯(lián)合作用腐蝕疲勞*3 沖擊應(yīng)力與環(huán)境聯(lián)合作用空泡腐蝕.第26頁，共40頁。應(yīng)力腐蝕破裂1 應(yīng)力腐蝕破裂：拉應(yīng)力和腐蝕環(huán)境的聯(lián)合作用所引起金屬的腐蝕破裂（SCC）。

14、 拉應(yīng)力的來源：載荷，設(shè)備在制造過程中的殘余應(yīng)力。 應(yīng)力腐蝕破裂斷裂機械性破裂 只有當拉應(yīng)力和特定的介質(zhì)同時存在的條件下所引起的腐蝕破裂應(yīng)力腐蝕破裂 特點：沒有預兆，危險性大，后果嚴重.第27頁，共40頁。2 應(yīng)力腐蝕破裂的條件和形式 條件：拉應(yīng)力和特定介質(zhì)（p51 Tab.3-3） 形式：僅局部地區(qū)出現(xiàn)由表及里的裂紋（1）穿晶型：裂紋穿過金屬的晶粒（2）晶界型：裂紋沿金屬的晶粒邊界進行（3）混合型：一條裂紋有一段或幾段沿晶界發(fā)展，其余的則穿過晶粒。裂紋斷口的形貌宏觀上屬于脆性斷裂。.第28頁，共40頁。 3 應(yīng)力腐蝕破裂的力學過程和特性（1）力學過程 拉應(yīng)力是應(yīng)力腐蝕破裂的主要因素之一在裂紋

15、的起始地區(qū)，應(yīng)力必須超過材料的屈服強度，造成材料的若干塑性形變。裂紋的存在大大增加了應(yīng)力腐蝕破裂的危險性。是應(yīng)力腐蝕破裂的一個重要因素。.第29頁，共40頁。（2）主要特性 應(yīng)力必須是拉應(yīng)力 合金對SCC的敏感性比純金屬高 對某一種合金僅有少數(shù)幾種化學介質(zhì)能引起它的應(yīng)力腐蝕破裂 應(yīng)力腐蝕裂紋的走向宏觀上與主拉應(yīng)力的方向垂直，斷口宏觀脆性 對某種金屬材料，在特定的腐蝕環(huán)境中，只有足夠大的拉應(yīng)力才會產(chǎn)生SCC。.第30頁，共40頁。 4 防止（1）選擇適當?shù)牟牧?在特定環(huán)境中選擇沒有應(yīng)力腐蝕破裂敏感性的材料（鎳基合金、鐵素不銹鋼、雙向不銹鋼）（2）熱處理消除殘余應(yīng)力 拉應(yīng)力：工程載荷應(yīng)力與制造過程

16、中的殘余應(yīng)力（3）改變金屬表面應(yīng)力的方向 拉引力 壓縮應(yīng)力 噴丸、滾壓、鍛打減小制造拉應(yīng)力。.第31頁，共40頁。（4）合理設(shè)計設(shè)備結(jié)構(gòu)和嚴格控制制造工藝 焊接設(shè)備，焊接工藝 減少聚集焊縫，避免交叉焊縫以減少殘余應(yīng)力； 閉合的焊縫越少越好； 采用對焊接，避免搭焊接，減少附加的彎曲應(yīng)力。 保證焊接部件在施焊過程中伸縮自如，防止因熱脹冷縮形成內(nèi)應(yīng)力。.第32頁，共40頁。（5）嚴格控制腐蝕環(huán)境 防止水的蒸發(fā)，對設(shè)備定期清洗以防止Cl-、OH-等的濃縮。（6）添加緩蝕劑（如，定量的水）（7）采用保護性覆蓋膜 電鍍、噴鍍、滲鍍所形成的金屬保護膜（犧牲陽極保護陰極）和以涂料為主體的非金屬保護膜。（8）采用陰極保護.第33頁，共40頁。*腐蝕疲勞1 概念 腐蝕疲勞:材料或結(jié)構(gòu)在交變載荷和腐蝕介質(zhì)共同作用下而引起的材料疲勞強度或疲勞壽命降低的現(xiàn)象。2 防止：鍍鋅和陰極保護為主（1）降低應(yīng)力（2）陰極保護（3）陽極保護.第34頁，共40頁。*空泡腐蝕1 概念 空泡腐蝕：金屬與液體介質(zhì)之間做高速相對運動時液體介質(zhì)對金屬進行的沖