第3章 影响腐蚀的结构因素
第二章 影响腐蚀的结构因素
钢（00Cr18Ni9）管更换。使用不到两年出现泄漏，
检查管道外表面发生穿晶型应力腐蚀破裂。
16
实例2：某化工厂生产氯化钾的车间，一台SS-800
型三足式离心机转鼓突然发生断裂，转鼓材质为
1Cr18Ni9Ti。经鉴定为应力腐蚀破裂。
17
实例3：CO2压缩机一段、二段和三段中间
第二章 影响腐蚀的结构因素
主要内容
掌握： 1.常见的局部腐蚀形式
2.各种局部腐蚀产生的条件 3.各种局部腐蚀的机理及防护措施 学会： 分析腐蚀事例，并提出防护措施
1
局 部 腐 蚀
力学因素
几何因素
异种金属偶接
焊接因素
减轻局部腐蚀的途径
2
第一节
力学因素
力学因素主要表现在不同性质的力与腐蚀介质共同 作用产生的腐蚀。
对一种合金材料，并非在所有环境中都会发生SCC; 在一种环境中，并非所有合金材料都会发生SCC。 常见的发生应力腐蚀的条件组合见书P41表2-1
4
3.应力腐蚀的破裂速度和裂纹形貌
分两种情况： 金属在无裂纹、无蚀坑或缺陷的情况下，SCC分为三 个阶段： 1）腐蚀引起裂纹或蚀坑—潜伏期 90% 10%
11
裂纹内的过程：
裂纹内的闭塞电池，因为 尺寸小，使其内部溶液不易与 外部发生对流交换。因而溶液 将浓缩。同时，金属腐蚀产生 的金属离子在裂纹中的浓度增 高，为保持电中性，裂纹内部 的金属离子与外部的活性阴离 子相向扩散迁移，尤其是Cl-， 将使溶液酸化，这样裂纹尖端 的腐蚀速度相当大。
由上述过程看出，裂纹尖端微区具有动力阳极的特征， 这就是为什么微观裂纹一旦形成就加快扩展的原因。 12
金属腐蚀与防护
第一章绪论腐蚀：由于材料与其介质相互作用(化学与电化学)而导致的变质和破坏。
腐蚀控制的方法：1）、改换材料 2）、表面涂漆/覆盖层3）、改变腐蚀介质和环境 4）、合理的结构设计5）、电化学保护均匀腐蚀速率的评定方法：失重法和增重法；深度法；容量法(析氢腐蚀)；电流密度；机械性能(晶间腐蚀)；电阻性.第二章电化学腐蚀热力学热力学第零定律状态函数(温度)热力学第一定律(能量守恒定律) 状态函数(内能)热力学第二定律状态函数(熵)热力学第三定律绝对零度不可能达到2.1、腐蚀的倾向性的热力学原理腐蚀反应自发性及倾向性的判据：∆G：反应自发进行<∆G：反应达到平衡=∆G：反应不能自发进行>注：ΔG的负值的绝对值越大，该腐蚀的自发倾向性越大.热力学上不稳定金属，也有许多在适当条件下能发生钝化而变得耐蚀.2.2、腐蚀电池2.2.1、电化学腐蚀现象与腐蚀电池电化学腐蚀：即金属材料与电解质接触时，由于腐蚀电池作用而引起金属材料腐蚀破坏.腐蚀电池(或腐蚀原电池)：即只能导致金属材料破坏而不能对外做工的短路原电池.注：1)、通过直接接触也能形成原电池而不一定要有导线的连接；2)、一块金属不与其他金属接触，在电解质溶液中也会产生腐蚀电池.丹尼尔电池：(只要有电势差存在)a)、电极反应具有热力学上的可逆性；b)、电极反应在无限接近电化学平衡条件下进行；c)、电池中进行的其它过程也必须是可逆的.电极电势略高者为阴极电极电势略低者为阳极电化学不均匀性微观阴、阳极微观、亚微观腐蚀电池均匀腐蚀2.2.2、金属腐蚀的电化学历程腐蚀电池：四个部分：阴极、阳极、电解质溶液、连接两极的电子导体(即电路)三个环节：阴极过程、阳极过程、电荷转移过程(即电子流动)1)、阳极过程氧化反应++-M nM→ne金属变为金属离子进入电解液，电子通过电路向阴极转移.2)、阴极过程还原反应[]--⋅DDne+ne→电解液中能接受电子的物质捕获电子生成新物质.(即去极化剂)3)、金属的腐蚀将集中出现在阳极区，阴极区不发生可察觉的金属损失，只起到了传递电荷的作用金属电化学腐蚀能够持续进行的条件是溶液中存在可使金属氧化的去极化剂，而且这些去极化剂的阳极还原反应的电极电位比金属阴极氧化反应的电位高2.2.3、电化学腐蚀的次生过程难溶性产物称二次产物或次生物质由于扩散作用形成，且形成于一次产物相遇的地方阳极——[]+n M(金属阳离子浓度)(形成致密对金属起保护作用) 阴极——pH高2.3、腐蚀电池类型宏观腐蚀电池、微观腐蚀电池、超微观腐蚀电池2.3.1、宏观腐蚀电池特点：a)、阴、阳极用肉眼可看到；b)、阴、阳极区能长时间保持稳定；c)、产生明显的局部腐蚀1)、异金属(电偶)腐蚀电池——保护电位低的阴极区域2)浓差电池由于同一金属的不同部位所接触的介质浓度不同所致a、氧浓差电池——与富氧溶液接触的金属表面电位高而成为阳极区eg：水线腐蚀——靠近水线的下部区域极易腐蚀b、盐浓差电池——稀溶液中的金属电位低成为阴极区c、温差电池——不同材料在不同温度下电位不同eg：碳钢——高温阳极低温阴极铜——高温阴极低温阳极2.3.2、微观腐蚀电池特点：a)、电极尺寸与晶粒尺寸相近(0.1mm-0.1μm)；b)、阴、阳极区能长时间保持稳定；c)、引起微观局部腐蚀(如孔蚀、晶间腐蚀)原因：a)、化学成分的不均匀性；b)、金属组织结构的不均匀性；多项合金不同相的电位不同c)、金属物理状态的不均匀性——应变、内应力不均匀；d)、金属表面膜(涂层)的不完整性.由于以上原因而形成的微观电池并不是金属发生电化学腐蚀的充分条件，还应在溶液中具有去极化剂才可发生2.3.3、超微观腐蚀电池特点：a)、电极用肉眼和普通显微镜难以分辨(100-1000nm)；b)、阴、阳极区随时间不断变化；c)、引起均匀腐蚀2.4、电极电位与电化学腐蚀倾向性的判断2.4.1、电极和电极电位电极：指电子导体和离子导体组成的体系，常以金属/溶液表示注：腐蚀中的电极只指电子导体电极电位的表示：1)、金属浸入溶液中经水化作用而形成双电层 负点性金属水化后金属阳离子进入溶液——水化能 > 金属键能难溶性金属水化后从溶液中吸附阳离子——水化能 < 金属键能2)、形成气体电极——极难溶金属(Pt)和非金属导体(石墨)特点：电极导体本身不参与反应，仅起导电和反应载体作用2.4.2、平衡电极电位和非平衡电极电位平衡电极电位：水合与脱水达到动态平衡时的电极电位能斯特方程：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=R a a nF RT e e 0ln θ其中：e θ为标准电极电位； F 为法拉第常数；R aa 0为氧化态物质与还原态物质的活化比 注：浓度对电极电位有影响对于非平衡电极电位，其电极反应是不可逆的，因为电极过程中，即使阴极与阳极过程反应速率相等，达到了电子交换的平衡，但物质交换达不到平衡. 非平衡电极电位可以是稳定的也可以是不稳定的.电荷转移速率相等时即为稳定点位，也称开路电位或自腐蚀电位，即外电流为零时的电位.非平衡电极电位不服从能斯特方程，只能实验测得.2.4.3、电化学腐蚀倾向性的判断和电动序∵nFE G P T -=∆, e A e C E E E -=其中：F 为法拉第常数，F =96500 C/mol ； n 为参与反应的电子数；e C E 、e A E 分别为阴、阳极反应的平衡电位e A e C E E <：电位为e A E 的金属不会发生腐蚀 ∴电极电位判据 e A e C E E =：平衡状态e A e C E E >：电位为e A E 的金属自发进行腐蚀电动序：按金属在标准电极电位值E e 由低(负)值到高(正)值逐渐增大的次序排 列，得到的次序表称电动序.标准氢电极电位为零，电位比其低的为负电性金属，比其高的为正点性金属. 金属负电性越强，其在酸性溶液中越易发生析氢腐蚀.在可自发发生的反应中，电极电位较负的反应是氧化反应，较正的反应是还原反应.电偶序：金属或合金在一定电解质溶液中测得的稳定电位的相对大小排列而成的 次序表.电偶序比电动序更能反映金属实际腐蚀的性质.2.5、电位-pH 图及其应用2.5.1、水的E-pH 图要素：两条直线三个区域：a ---氢电极反应平衡电位-pH 关系的直线；b ---氧电极反应平衡电位-pH 关系的直线.b 线以上: 水被阳极电解为氧气;a 线以下: 水被阴极电解为氢气;a 、b 线之间: 水稳定区.2.5.2、电位-pH 图的绘制A 、列出可能发生的反应方程；B 、列出每个反应相应的Nernst 公式；C 、在水的电位-pH 图上绘制平衡关系。
第三章 压力容器破坏形式
第三章压力容器破坏形式压力容器常会由于设计结构不合理，制造质量差，使用维护不当或其他原因而发生破裂，并且破裂事故的形式多样，且很多是在使用限期内发生。
发生事故时，往往不仅容器本身遭到破坏，而且还会危及周围设施和职工的生命与健康，因此我们必须从各方面采取积极可靠的措施来保证安全运行，防止事故的发生。
第一节延性破裂延性破裂是压力容器在内部压力作用下，器壁上产生的应力达到器壁材料的强度极限，从而发生断裂的一种形式。
这种形式属韧性破裂，因此，该形式的破坏也称韧性破坏。
（一）机理压力容器的金属材料在外力作用下引起变形和破坏分为三个阶段（1）弹性变形阶段指当对材料施加的外力不超过材料固有的弹性极限值时，一旦外力消失，材料仍能回复到原来的状态而不产生明显的残余变形。
（2）弹塑性变形指对材料施加的外力超过材料固有的弹性极限值，材料将产生很大的塑性变形，外载荷消失后材料不再恢复原状，塑性变形仍将保留。
（3）断裂阶段指材料发生塑性变形后，如施加外力继续增加，当应力超过了材料的强度极限后，材料将发生断裂。
（二）特点及预防发生延性破裂的容器，其承受的压力、变形程度、断口特点及破裂具有以下特点：压力容器发生延性破裂是在较高的应力下发生的，即容器内的压力先后超过最高工作压力、设计压力而达到了容器的爆破压力值，容器破裂时的实际爆破压力往往接近于计算的爆破压力值。
若观察发生破裂的容器可知，由于容器在爆破前发生了明显变形，直径增大，破裂处的器壁显著减薄。
发生延性破裂的容器一般无碎片飞出，只是裂开一个口，口的大小与容器爆破时所释放的能量有关。
对于在液压试验中出现的延性破裂，由于液体的可压缩性极小，因此容器的裂口也比较窄，最大也不会超过半径。
但容器由于内部气体压力急骤升高而引起的破裂，裂口就比较宽。
既然容器发生延性破裂是由于超压而引起的，那么容器在试压和使用过程中就应该严禁超压，要严格按照有关规定进行压力试验与操作。
同时，也应按规定安装合适的安全泄压装置，并保证其灵敏可靠；与此同时，也要加强对容器的维护与检查，发生器壁腐蚀，减薄、变形应立即停止使用。
第三章 飞机腐蚀的检查方法
第3章 飞机腐蚀的检查方法
3.2 检查方法 涡流法
第3章 飞机腐蚀的检查方法
3.2 检查方法 涡流法
➢ 应用：高频→表面，低频→内部 • 对疲劳裂纹和应力腐蚀裂纹灵敏度最高 • 检测时无需去除表面涂层 • 对蒙皮背面的晶间开裂等腐蚀损伤敏感 • 低频涡流仪可检测多层结构的缺陷 • 可检测螺栓孔、铆钉孔周边裂纹 • 可原位检测
3.2 检查方法
X射线探测法
➢ 操作：定距→X射线照 射→冲洗胶片→缺陷判 断→处理措施
➢ 照相规范
• 对比度：管电压、胶片、 X射线波长
• 清晰度：距离、焦点、 胶片、技术水平和经 X射线探测法
➢ 胶片分析评判 ➢ 缺陷成像特征 • 裂纹：锯齿形黑色条纹 • 腐蚀：无规则的斑、点、块 ➢ 应用 • 机身 • 机翼 • 尾翼
第3章 飞机腐蚀的检查方法
3.2 检查方法 渗透检测法
第3章 飞机腐蚀的检查方法
3.2 检查方法 渗透检测法
➢ 真实缺陷显示
第3章 飞机腐蚀的检查方法
3.2 检查方法 渗透检测法
➢ 假显示 • 水渍、水流 • 印痕、指纹 • 粗糙表面 • 刀痕、划伤 • 装配压痕
第3章 飞机腐蚀的检查方法
第3章 飞机腐蚀的检查方法
3.2 检查方法 X射线探测法
➢ 原理：X射线透射→散射和吸收→材料内部缺陷 的种类、形状、大小、发布→照相底片
第3章 飞机腐蚀的检查方法
3.2 检查方法 X射线探测法
第3章 飞机腐蚀的检查方法
3.2 检查方法 X射线探测法
过程装备腐蚀与防护课件-绪论
船舶在海洋环境中的腐蚀
绪论
3、能源电力
水电：水轮机组的腐蚀，叶片空蚀； 火电：锅炉和管道的腐蚀； 核电站：高温、辐照、液态金属等腐蚀； 煤矿安全； 油气开采、运输。
绪论
4、化工工业
5、机械电子
6、民生
7、环境污染
绪论
腐蚀造成的经济损失（美国）： 占国民生产总值的1.8%~4.2%
绪论
腐蚀造成的经济损失（中国）：
2002年 柯伟院士
绪论
腐蚀防护的意义：
绪论
腐蚀防护的意义：
绪论
腐蚀防护的意义：
腐蚀科学的发展：
绪论
绪论
腐蚀科学的发展：
绪论
腐蚀科学的发展：
腐蚀的定义：
绪论
绪论
绪论
腐 蚀
金属腐蚀
机 理 破坏 特征
非金属腐蚀
腐蚀 环境
化 学 腐 蚀
电 化 学 腐 蚀
全 面 腐 蚀
局 部 腐 蚀
大 气 腐 蚀
土 壤 腐 蚀
电 解 质 溶 液 腐 蚀
熔 融 盐 中 的 腐 蚀
高 温 Байду номын сангаас 体 腐 蚀
应 力 腐 蚀
疲 劳 腐 蚀
磨 损 腐 蚀
小 孔 腐 蚀
晶 间 腐 蚀
缝 隙 腐 蚀
电 偶 腐 蚀
其 它
绪论
1.
腐蚀的危害性
材料腐蚀给国民经济带来巨大损失
腐蚀事故危及人身安全
腐蚀造成资源和能源浪费
腐蚀引起环境污染
目录
绪论
第一章 金属电化学腐蚀基本原理
第二章 影响腐蚀的 结构因素 第三章 金属在某些环境中的腐蚀 第四章 金属结构材料的耐蚀性 第五章 非金属结构材料的耐蚀特性
第三章 水轮机的空化与空蚀(10)讲解
2g
2
p2 r
w22 2g
u22 2g
hk2
----（1）
Z2
p2 r
v22 2g
Za
pa r
va2 2g
h2a
--、2点很靠近，即
uK u2 , hK2 0 , 且令 Z2 Za Hs
由于
h2a
分析和推导空化系数是以翼型空化为基础， 计算出转轮叶片上最低点的压力值，若不发生 空化，则必须使最低点的压力值大于或等于该 水温下的汽化压力。
如图所示，设k点为转轮叶片背面靠近出水边的 压力最低点，求k点的压力值。
对k-2点，2-a点分别列能量平衡方程式
Zk
pk r
wk2 2g
u
z k
h 但是，用 表示水轮机空化性能还不太 v
合理，因速度与水头成正比，同一水轮机当工
h 作水头不相同时， 也不相同，这不便于用 v 同一标准进行空化性能的比较，为此，采用单
位水头下的动态真空值表示，即，动态真空相
对值
hv H
wk2 w22 2gH
w
v22 2gH
hv H
wk2 w22 2gH
即
pk r
pv r
pa r
pv r
Hs
H
则压力余量的相对值为：
pk
pv
pa r
pv r
Hs
rH
H
令
pa r
pv r H
Hs
p
称电站的空化系数
腐蚀电化学原理课件第3章极化与混合电位理论
涂层保护
通过在金属表面涂覆一层耐腐蚀的涂层，将 金属与腐蚀介质隔离，以减缓腐蚀速率。
缓蚀剂
通过在腐蚀介质中添加能够抑制腐蚀反应的 物质，降低腐蚀速率。
其他实用的腐蚀防护措施
控制环境因素
如温度、湿度、pH值等，以降低金属的腐蚀速率。
改高其耐 蚀性。
根据混合电位理论，可以通过选择适 当的材料组合或表面处理方法，使不 同金属在腐蚀介质中形成低电位差， 从而降低腐蚀速率。
防腐涂层设计
在防腐涂层设计中，可以利用混合电 位理论优化涂层材料的选择和搭配， 以提高涂层的保护效果。
混合电位理论的局限性与发展趋势
局限性
混合电位理论的应用受到腐蚀介质、金属种类和接触条件等多种因素的影响，有时难以准确预测腐蚀行为。
发展趋势
随着材料科学和电化学技术的不断发展，混合电位理论有望与现代测试技术相结合，进一步提高预测腐蚀行为的 准确性。同时，研究不同金属在复杂环境中的腐蚀行为和机制，有助于拓展混合电位理论的应用范围。
04
CATALOGUE
电化学阻抗谱在腐蚀研究中的应用
电化学阻抗谱的基本原理
阻抗谱是一种测量电极系统在交流电信号作用下的阻抗值随频率变化的电化学技术 。
概念
极化现象是腐蚀过程中的一个重 要现象，它涉及到金属表面的电 荷分布和电子转移过程，对腐蚀 速率产生影响。
极化现象对腐蚀速率的影响
01
02
03
降低腐蚀速率
当金属表面发生阳极极化 时，金属的腐蚀速率会降 低，因为阳极反应受到抑 制。
加速腐蚀
当金属表面发生阴极极化 时，金属的腐蚀速率会加 速，因为阴极反应得到促 进。
通过对比不同极化条件下金属在腐蚀 介质中的失重程度，可以验证极化现 象对腐蚀速率的影响。
铜及其合金的腐蚀问题
铜及其合金的腐蚀问题材研1001 杜伟 602080502038第一章绪论一研究铜及铜合金腐蚀的意义铜及铜合金色泽美观，性能优异，广泛应用于机械、化学、电子等众多工业领域。
铜的化学性质较为活泼，长时间暴露于空气或水中，尤其是在有腐蚀介质存在的环境中很容易发生腐蚀。
因此铜的腐蚀与防护问题是腐蚀学领域一个亟待解决的重要问题。
在有色金属的生产中，铜的产量仅次于铝,居第二位。
在电化学顺序中,铜具有比氢更高的正电位(+0.35 VSHE),故铜有较高的热力学稳定性,不会发生氢的去极化作用,被列为耐腐蚀金属之一。
但是在湿度较高、腐蚀性介质(如含二氧化硫的空气、含氧的水、氧化性酸以及在含有CN-、NH4+等能与铜形成络合离子的液体)中,铜则发生较为严重的腐蚀。
铜合金表现出比纯铜更高的耐腐蚀性，如:黄铜(Cu Zn合金)耐冲击腐蚀性好；铜镍合金具有耐酸耐碱、耐海水的性能以及抗应力腐蚀开裂的特性；锡青铜合金可耐各种腐蚀；硅青铜合金机械强度高、耐应力腐蚀开裂性能好。
铜会发生腐蚀早已为人们所知,可以说人类一开始使用铜就发现了这一现象。
虽然金属腐蚀现象极其广泛和常见，但作为一门科学对其进行研究却还是近百年的事。
在现代科学中，金属腐蚀的定义是:“金属在环境介质的作用下，由于化学反应、电化学反应或物理作用而产生的破坏”[1,2]。
由此定义可见，金属腐蚀的发生必须有包括金属材料和环境介质在内的相界面上的作用体系，金属发生腐蚀需要外部环境。
腐蚀是对金属材料的一种破坏，这种破坏使许多金属设备的使用寿命大为缩短甚至报废，带来巨大的经济损失，它会使生产停顿、物质流失、资源耗损、产品质量降低、环境受到污染、影响新技术的发展。
二铜的腐蚀环境铜的腐蚀按铜的使用环境可分为气相腐蚀和液相腐蚀，而液相腐蚀可按酸碱度进一步分为酸性液体、中性液体和碱性液体中的腐蚀。
在过去的数十年里，人们对铜在酸性溶液中、碱性溶液中和中性盐类溶液中以及自来水供水系统中的腐蚀进行了深入广泛的研究。
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蒸馏水、湿大气、H3S溶液、ClNaOH、Cl-、F、Br、海水、工业及海洋大气、H2S溶液、H2SO4、 HNO3、氨溶液、(NH4)H2PO4 Cl-、海水、有机氯化合、湿的氯化镁绝缘物、F-、Br-、H2S 溶液、连多硫酸、硫酸、锅炉水、含氯化物的冷凝水气、 高温高压含氧高纯水
NaCl+H2O2、NaCl溶液、大气、海水、CaCl2、 NH4Cl、COCl2溶液NaCl、KCl、MgCl2、 NaCl+NaHCO3、NaCl+H2O2
极的裂纹内部与大阴极的金属表面构成腐蚀电池，由于活性阴
离子(如Cl—)进入形成闭塞电池的裂纹或蚀坑内部，使浓缩的 电解质溶液水解而被酸化，促使裂纹尖端的阳极快速溶解，在 应力作用下使裂纹不断扩展，直至破裂。
所谓“活性途径”通常多半是晶粒边界、塑性变形引起
的滑移带以及金属间化合物、沉淀相，或者由于应变引起表
左图是处理工作压力为1.8MPa，介质为
H2S溶液的塔设备入孔衬里结构。由于不锈钢
衬里与高颈法兰内壁贴合不好，致使局部有
间隙处产生过高的局部应力，在介质腐蚀的
共同作用下平行轴线位置出现裂纹。后来改 用不锈钢衬里，在衬筒两端焊接时，由于未 待第一道焊缝完全冷却就焊第二道，两道焊 缝收缩时间重叠，造成衬筒过大的轴向应力，
低碳钢 低合金钢 高强度钢 马氏体及铁素不锈钢 奥氏体不锈钢
铝 及 铝 合 金 铜 及 铜 合 金 镍 及 镍 合 金 Al-Mg Al-Cu Al-Cu-Mg Al-Mg-Zn Al-Zn-Mg-Mn(cu) Al-Zn-Cu
NaOH溶液、NaOH+Na2SiO3溶液、NO—溶液
NO-3溶液、NCN溶液、H2S溶液、Na3PO4、HAC溶液、NH4CNS溶液、液 氨(水<0.2%)碳酸盐和重碳溶液湿的CO-CO2-空气、海洋大气、 工业大气、浓硝酸、硝酸和硫酸混合物
小阳极／大阴极的活化-钝化电池体系，使点蚀急速发展。
易钝化的金属在含有活性阴离子(最常见的是 Cl-)的介质中，最容易发生孔蚀。孔蚀的过程大 体上有蚀孔的形成与成长两个阶段。
孔蚀的防止方法
1、主要从材料上考虑如何降低有害杂质的含量 和加入适量的能提高抗孔蚀能力的合金元素； 2、改善热处理制度，或者设法降低介质中尤其 是卤素离子的浓度； 3、结构设计时注意消除死区，防止溶液中有害 物质的浓缩。此外，也可以采用阴极保护。
第二节
表面状态与几何因素
不适合的表面状态和几何构形还会引起孔蚀、缝隙腐蚀以及
浓差电池腐蚀等等。 实际上许多工程结构发生的应力腐蚀、疲劳腐蚀和磨损腐蚀， 也是由于几何形状设计不合理造成的，但它们的破坏本质上是力 学因素与腐蚀环境共同作用的结果，这些已在上一节进行了讨论。
孔蚀
又叫坑蚀，俗称点蚀、小孔腐蚀，它只发生在金属表面的局部地
氧的浓度差所引起的，因此就用浓差腐蚀的概念来解释这类腐蚀形态。
金属的腐蚀与防护
教学课件
石油工程学院海工教研室
第三章
影响腐蚀的构因素
腐蚀过程总是从材料与介质界面上开始的，因此任何可
能引起材料或介质特性改变的因素都会使整个腐蚀进展发生 变化。仅集中在金属表面局部地区进行，其余大部分地区腐 蚀很微弱，甚至几乎不腐蚀，这一类的腐蚀称为局部腐蚀。
局部腐蚀与全面腐蚀具有不同的特征。后者在材料表面
Cu Cu-Zn-(Sn、Al、Pb、Mn) Cu-Ni(<33%)
Ni(99%) Ni-Cu-Fe(76-16-7) Ni-Cu(66-32)
常用材料可能产生应力腐蚀破裂的环境
钛及钛合金
铅
醋酸铝+硝酸、大气、土壤
3．应力腐蚀破裂速度与裂纹形貌 金属在无裂纹、无蚀坑或缺陷的情况下，SCC过程可分为三个阶段。 第一阶段为腐蚀引起裂纹或蚀坑的阶段，也即导致应力 集中的裂纹源生核孕育阶段，常把相应的这一阶段时间称为潜 伏期或诱导期。接着为裂纹扩展阶段，即由裂纹源或蚀坑发展 到单位面积所能承受最大载荷的所谓极限应力值时的阶段。最 后是失稳纯力学的裂纹扩展阶段，即为破裂期。第一阶段受应 力影响很小，时间长，约占破裂总时间的90%，后两阶段仅占 总破裂时间的10%。 应力腐蚀裂纹形态 晶间型、穿晶型和混合型
湍流腐蚀、空泡腐蚀、微振腐蚀等几种形式。
化工生产装置中最常见的是前两种。 湍流腐蚀是流体速度达到湍流状态而导致加速金属腐蚀的一种腐 蚀形式。 空泡腐蚀又称穴蚀或汽蚀。它是由于腐蚀介质与金属构件作高速 相对运动时，气泡在金属表面反复形成和崩溃而引起金属破坏
的一种特殊腐蚀形态。
微振腐蚀：由于两个接触面间相对反复微小滑动而产生的磨损， 对轴承而言，是在滚道面和滚动体的接触部分上产生。 为了避免或减缓磨损腐蚀，最有效的办法是合理的结构设计与正 确选择材料。结构设计时，应尽可能使几何形状的变化不致产生涡流、 湍流。选择能形成保护性好的表面膜的材料，以及提高材料的硬度， 可以增强抗磨损腐蚀的能力。 此外，采用适当的涂层或阴极保护也能减轻磨损腐蚀。
面膜的局部破裂。当有较大应力集中时，会使这些活性途径 处进一步产生变形，形成新的活性阳极。 电化学阳极溶解理论已被合金的阴极极化所证实，因
为采用阴极保护可以抑制合金裂纹的产生和发展，如果取消
阴极保护，裂纹又继续扩展。
5．防止或减轻应力腐蚀的途径 影响SCC的因素有环境、应力和冶金三个方面，因此，有效 的防止方法就是消除这三个方面一切有害的因素。对于一定的材 料来说，主要是从控制环境条件和消除应力两方面采取措施。在 实际应用中控制环境有许多困难 ,比较有效而广泛应用的方法是
混合型是以一种形态为主，支缝中出现另一种形态。几 种裂纹形态的示意图见图3-5。不同的金属—环境体系，将出 现不同的裂纹形态。
图3-5 裂纹形态的主要模式 (a)晶间裂纹；(b)穿晶裂纹；(c)混合型裂纹
4．应力腐蚀机理
由于影响SCC的因素众多而复杂，对于各种金属—环境体 系，目前要提出一个统一的理论尚有困难。现在解释SCC机理的
的断裂称为疲劳断裂。由于腐蚀介质和变动负荷联合作用 而引起金属的断裂破坏。
1、腐蚀疲劳的产生条件与应力腐蚀比较，它没有特定的腐蚀介质
的限定，也就是说，在任何腐蚀环境中都可能发生。
2、从撕裂特征来看，应力腐蚀裂纹既可为穿晶型，也可能为晶间 型，且裂纹分枝多，呈树根状。而腐蚀疲劳裂纹多为穿晶型，裂纹分 支亦较少。它所产生的裂纹数量往往比纯力学疲劳的多得多。 3、从破坏的断面来看，纯力学疲劳破坏的断面大部分是光滑的， 小部分是粗糙面，呈现一些结晶形状。腐蚀疲劳破裂的断面大部分被 腐蚀产物所覆盖，小部分呈粗糙的碎裂状。
区。粗糙表面往往不容易形成连续而完整的保护膜，在膜缺陷处，容易 产生孔蚀；一旦形成了蚀孔，如果存在力学因素的作用，就会诱发应力 腐蚀或疲劳腐蚀裂纹。孔蚀时，虽然金属失重不大，但由于腐蚀集中在 某些点、坑上，阳极面积很小，因而有很高的腐蚀速度；加之检查蚀孔
比较困难，因为多数蚀孔很小，通常又被腐蚀产物所遮盖，直至设备腐
NH3气及溶液 NH3气溶液、含NH3大气、FeCl3、Cu(NO3)2、KCl、 K2CrO7、KMnO4、湿SO2、湿CO2、HNO3、胺、HgCl2
NaOH、KOH、氟硅酸、硫、NaNO3 NaOH、Na2S、HF(蒸气及无氧溶液) 、高温水(>35º C) NaOH及KOH(熔态及浓溶液)、MgCl2、NaNO3、铬酸、HF(蒸气 及无氧溶液)、有机氯化物 红发烟硝酸、Na2O4(含O2、不含NO、24~74℃)HCl、Cl-、海水、 甲醇(溶液蒸气)、三氧乙烯、CCl4
腐蚀疲劳过程比较复杂，因此关于腐蚀疲劳的机理至今尚无统 一的认识。其中有一种观点认为：腐蚀疲劳是一个力学—电化学过程。
腐蚀疲劳的防护方法有各种途径，提高金属或合金的抗拉强度
对改善纯力学疲劳是有利的，但对腐蚀疲劳却反而有害。最为有效的
办法是降低部件的应力，这可以通过改变设计和正确的热处理予以改
善。
三、磨损腐蚀 磨损腐蚀 腐蚀性流体与金属构件以较高速度作相对运 动而引起金属的腐蚀损坏。 磨损腐蚀
缓。
材
料
环
境
产生SCC的另一重要条件是环 境因素(包括腐蚀介质性质、浓度、 温度)，对于某种材料其对应的环境 条件是特定的，也就是说只有在一 定的材料和一定环境的组合情况下 才能发生这类腐蚀破坏。最早发现 的这种特定组合为数不多，例如： “黄铜-氨溶液”、“奥氏体不锈钢 -C1—溶液”、“碳钢-OH—溶液”等。 随着对SCC研究的深入，发现这种组 合不断扩大。表3-1列出了一些工程 上常用材料可能产生SCC的环境介质。
消除或降低应力值。
如何消除或降低应力值？
(1)降低设计应力，使最大有效应力或应力强度降低到临界值 以下。
(2)合理设计与加工减少局部应力集中。
(3)采用合理的热处理方法消除残余应力，或改善合金的组织 结构以降低对SCC的敏感性。
(4)其他方法：合理选材。
二、腐蚀疲劳
腐蚀疲劳
金属构件在变动负荷作用下，经过一定周期后所发生
学说很多，这些理论都只能解释部分实验现象，并且带有不同
学科的侧重点，但是对于裂纹的发展和断裂，认为与化学因素 及力学因素密切相关的观点是一致的。下面仅对电化学阳极溶 解理论作扼要介绍。
电化学阳极溶解理论的论点 认为合金中存在一条阳极溶解的“活性途径”，腐蚀沿这 些途径优先进行，阳极侵蚀处就形成狭小的裂纹或蚀坑。小阳
径。
第三章 影响腐蚀的结构因素
第一节 第二节 第三节 第四节
力学因素 表面状态与几何因素 异种金属组合因素 焊接因素
第一节
力学因素
随着机械设备结构上存在或外加不同性质的应 力如：拉、交变、剪应力，在与腐蚀介质共同作用下， 将分别产生应力腐蚀、腐蚀疲劳、磨损腐蚀，它们的 腐蚀特征和机理各不相同。
2．应力腐蚀产生条件
应力腐蚀是应力与 腐蚀介质综合作用的结 果。其中应力的性质必 须是拉应力，而压应力 的存在不仅不会引起 SCC，甚至可以使之延