金属腐蚀及腐蚀失效分析
金属材料失效分析案例PPT
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案例四：金属材料脆性断裂 失效
失效现象描述
金属材料在无明显塑性变形的情况下 突然断裂，断口平齐，呈脆性断裂特 征。
断裂发生时，材料内部存在大量微裂 纹和空洞。
断裂前材料未出现明显的塑性变形， 无明显屈服现象。
失效原因分析
材料内部存在缺陷，如微裂纹、夹杂物等，降低 了材料的韧性。
金属材料在加工过程中受到较大的应力集中，如 切割、打孔等操作，导致材料内部产生微裂纹。
失效机理探讨
电化学腐蚀
金属材料与腐蚀介质发生 电化学反应，导致表面氧 化或溶解。
应力腐蚀
金属材料在应力和腐蚀介 质的共同作用下发生脆性 断裂。
疲劳腐蚀
金属材料在交变应力和腐 蚀介质的共同作用下发生 疲劳断裂。
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案例三：金属材料热疲劳失 效
失效现象描述
金属材料表面出现裂 纹
疲劳断裂，即在交变 应力的作用下发生的 断裂
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疲劳断裂通常发生在应力集中的 部位，如缺口、裂纹或表面损伤 处。
失效原因分析
金属材料在循环应力作用下，微观结 构中产生微裂纹并逐渐扩展，最终导 致断裂。
应力集中、材料内部缺陷或表面损伤 等因素可加速疲劳裂纹的萌生和扩展 。
失效机理探讨
金属疲劳断裂是一个复杂的过程，涉及微观结构、应力分布、材料缺陷等多个因素。
应力腐蚀开裂
在腐蚀介质和应力的共同作用下，焊接接头 处发生应力腐蚀开裂，裂纹扩展导致断裂。
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金属材料在低温环境下工作，材料的韧性下降， 容易发生脆性断裂。
失效机理探讨
金属材料的脆性断裂通常是由 于材料内部存在缺陷或应力集 中导致的微裂纹扩展。
在低温环境下，金属材料的韧 性下降，容易发生脆性断裂。
金属材料失效分析1-断裂
一、理论断裂强度σm
1、定义：如果一个完整的晶体，在拉应力作用下， 使材料沿某原子面发生分离，这时的σf就是理论断 裂强度。
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2、断裂强度计算
假设原子间结合力随原子间距按正弦曲线变化，
周期为λ， 则:
a0
m
sin
2 x
其中: σm理论断裂强度
试 样形 状
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四、断口三要素的应用
根据断口三要素可以判断裂纹源的位置及宏观裂纹扩展方向 裂纹源的确定： ①利用纤维区，通常情况裂源位于纤维区的中心部位，因此找到纤维
区的位置就找到了裂源的位置； ②利用放射区形貌特征，一般情况下，放射条纹的收敛处为裂源位置； ③根据剪切唇形貌特征来判断，通常情况下裂纹处无剪切唇形貌特征，
而裂源在材料表面上萌生。
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裂纹扩展方向的确定： ①纤维区指向剪切唇 ②放射条纹的发散方向 ③板状样呈现人字纹（chevron pattern）
其反方向为 源扩展方向
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§3、断裂过程
裂纹形成 裂纹扩展：亚稳扩展（亚临界扩展阶段）
失稳扩展
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裂纹形成的位错理论 （裂纹形成模型或机制） 1、位错塞积理论—stroh理论 2、位错反应理论—cottrel理论 3、位错墙侧移理论 4、位错交滑移成核理论 5、同号刃位错聚集成核理论
亚稳扩展：裂纹自形成而扩展至临界长度的过程 特点：扩展速度慢，停止加载，裂纹停止扩展
裂纹总是沿需要需要消耗扩展功最小的路径，条 件不同，亚稳扩展方式、路径、速度也各不相同 失稳扩展：裂纹自临界长度扩展至断裂 特点：速度快，最大可达声速； 扩展功小，消耗的能量小； 危害性大，总是脆断
不锈钢失效处理
不锈钢失效处理不锈钢是一种常用的金属材料，具有耐腐蚀、高强度和美观等特点。
然而，在某些情况下，不锈钢可能会出现失效问题，例如腐蚀、应力腐蚀开裂、疲劳断裂等。
以下是对不锈钢失效处理的概括介绍，字数控制在2000字以内。
1.腐蚀失效处理：腐蚀是不锈钢常见的失效形式之一。
当不锈钢遭受到腐蚀介质时，可能会导致表面腐蚀、晶间腐蚀或者局部腐蚀等问题。
处理腐蚀失效的方法包括：-选择合适的不锈钢材料：根据腐蚀介质的性质和条件选择适合的不锈钢材料，例如316不锈钢在酸性环境中具有更好的耐蚀性能。
-防护涂层：使用防护涂层，如喷涂防腐漆、涂覆聚合物涂层等，保护不锈钢表面免受腐蚀介质侵蚀。
-控制环境条件：通过调整温度、湿度、气体成分等环境条件，减少腐蚀介质对不锈钢的腐蚀作用。
-表面处理：采用电化学抛光、机械抛光等方法，去除表面氧化物和杂质，提高不锈钢的耐腐蚀性能。
2.应力腐蚀开裂处理：应力腐蚀开裂是由于在特定环境中受到应力作用而导致的不锈钢开裂。
处理应力腐蚀开裂的方法包括：-降低应力：通过优化设计、改变构件结构或使用减应力装置等方式，降低不锈钢所受到的应力水平。
-控制环境条件：控制环境中的温度、湿度、气体成分等因素，减少应力腐蚀开裂的发生。
-选择合适的不锈钢材料：根据应力腐蚀开裂的敏感性和环境要求，选择适合的不锈钢材料。
3.疲劳断裂处理：疲劳断裂是由于循环载荷作用下的应力集中而导致的不锈钢断裂。
处理疲劳断裂的方法包括：-优化设计：通过合理的构件设计、避免应力集中和减小应力幅值，延缓疲劳裂纹的产生和扩展。
-表面处理：通过表面强化处理（如喷丸处理、涂覆等）提高不锈钢材料的表面硬度和抗疲劳性能。
-加工控制：在不锈钢的加工过程中，控制加工质量、避免过度加工和温度过高等因素，减少不锈钢的残余应力和组织缺陷。
4.维护保养：定期进行不锈钢设备和构件的维护保养是预防失效的重要措施。
维护保养包括清洁、防锈涂层的修复和更换、及时排除隐患等。
金属贮罐腐蚀失效分析及预防措施(修改)
金属贮罐腐蚀失效分析及预防措施东北化工建设（大连）有限公司范业军摘要金属贮罐及辅属设施劣化最常见的形式是遭受各种腐蚀，针对金属贮罐中常出现的腐蚀失效形式及其产生原因进行分析，总结若干种金属材料贮罐的腐蚀防护措施，，并以一例腐蚀严重的液氯贮罐为例对抑制金属贮罐腐蚀的方法进行了讨论。
1．金属贮罐的主要腐蚀失效形式及原因金属贮罐及辅属设施劣化最常见的形式是遭受各种腐蚀，因此，对贮罐检查的主要目的就是要发现腐蚀的部位，并确定腐蚀的实际状况。
贮罐的外部腐蚀，主观的外部腐蚀最易发生在罐底，由此引出的问题也最严重。
罐底的铺垫物中可能含有能对罐底钢板产生腐蚀作用的物质，例如，铺垫的煤渣中会含有硫，当水气进入时就会产生很强的腐蚀作用；当铺垫的沙层中有粘土时，就会产生电偶腐蚀，在粘土集中的部位会产生腐蚀凹坑。
在作罐底铺垫层施工时，如果其排水系统处理不好，罐底就可能存水。
通常，通过向罐底注入沥青可以减轻这种不可预测的腐蚀。
如果罐内储存的介质有腐蚀性，且罐底有泄漏，那么泄漏出的介质积聚将会对罐的外部产生严重腐蚀。
虽然罐的安装位置高出地面，但是若其与基础的密封不好，也会使潮气进入罐底，在罐底与基础之间积聚，水分聚积的部位会加速罐底的腐蚀。
如果贮罐属埋地罐，那么在其罐壁的下部也易发生严重的腐蚀。
有时，当管的外保温与地表水相接触时，地表水可渗入保温层，并通过保温层扩散到罐壁，引起管壁的外部腐蚀。
大气会对贮罐的全部外表面产生程度不同的腐蚀作用。
大气环境越差，腐蚀越严重。
譬如，大气中的硫及其他酸性物质会以存积于贮罐外表面的形式对罐外表面产生腐蚀作用，如果贮罐及其辅助设施的外表面没有防腐油漆，那么这种大气所产生的腐蚀作用会对其外表面产生严重的腐蚀，任何表面漆层的起皮、裂口，都会使该处的金属因腐蚀物质的浓缩而成为腐蚀起源。
贮罐的结构形式也会对外部腐蚀产生影响。
譬如，老式的铆接式贮罐。
在其铆钉孔处往往容易形成因腐蚀介质浓缩而形成的缝隙腐蚀。
金属材料失效分析报告
金属材料失效分析报告1. 引言金属材料在各个领域中扮演着重要的角色，但在长期使用过程中，由于各种原因可能会出现失效现象。
本报告旨在对金属材料失效进行分析，找出失效原因，并提出相应的解决方案。
2. 背景金属材料失效是指金属材料在使用过程中出现性能下降、功能丧失或完全损坏的情况。
失效可能由多种因素引起，包括材料本身的缺陷、外界环境的影响以及使用条件的变化等。
了解失效的原因对于改进材料性能和延长材料寿命具有重要意义。
3. 失效原因分析3.1 材料缺陷金属材料在制备过程中可能存在一些内在的缺陷，如晶体结构缺陷、晶界缺陷和孔洞等。
这些缺陷可能导致材料的机械性能、化学性能或导电性能下降，从而引起失效。
3.2 外界环境影响外界环境对金属材料的影响也是导致失效的重要原因之一。
例如，金属材料在高温、高湿度或腐蚀性环境中容易发生氧化、腐蚀和脆化等反应，从而导致失效。
3.3 使用条件变化金属材料的使用条件变化也会对其性能产生影响，进而导致失效。
例如，金属材料在受到过大的载荷或振动时可能会发生疲劳失效；在温度变化较大的情况下，热膨胀会导致应力集中，从而引发失效。
4. 失效分析方法为了确定金属材料失效的具体原因，通常采用多种分析方法。
以下是常用的几种分析方法：4.1 金相分析金相分析是通过对金属材料的显微组织进行观察和分析来确定失效原因的一种方法。
通过金相分析，可以了解材料的晶体结构、晶界状况、缺陷情况等，从而找出可能导致失效的因素。
4.2 化学分析化学分析可以确定金属材料的成分，包括主要元素和杂质元素的含量。
通过分析材料的成分，可以判断是否存在元素偏析、化学反应等导致失效的原因。
4.3 力学性能测试力学性能测试可以评估金属材料的强度、韧性、硬度等机械性能。
通过测试，可以了解材料的性能是否达到设计要求，从而判断失效是否与机械性能有关。
4.4 环境试验环境试验是通过模拟实际使用条件，暴露金属材料在不同环境下，观察其性能变化和失效情况。
金属构件失效分析
03
金属构件失效案例分析
案例一：疲劳失效
总结词
疲劳失效是金属构件最常见的失效形式之一，由于在循环应力或交变应力的作用下，金属构件逐渐产生疲劳裂纹 并扩展，最终导致断裂。
详细描述
疲劳失效通常发生在承受循环应力或交变应力的金属构件中，如发动机曲轴、齿轮等。疲劳裂纹通常起源于构件 表面或亚表面，裂纹扩展过程中会受到应力集中的影响，如缺口、划痕等。疲劳失效的原因包括材料缺陷、应力 集中、温度变化等。
05
结论
金属构件失效分析的意义
保障工业安全
通过对金属构件失效进行分析，可以及时发现潜在的安全隐患， 避免因构件失效导致的工业事故。
提高产品质量
通过失效分析，可以找出产品设计、制造或使用过程中的问题，为 改进产品提供依据，提高产品质量。
促进科技进步
失效分析涉及多个学科领域，如材料科学、力学、化学等，对促进 相关学科的科技进步具有重要意义。
金属构件失效分析
目 录
• 引言 • 金属构件失效分析方法 • 金属构件失效案例分析 • 金属构件失效预防措施 • 结论
01
引言
主题简介
金属构件失效分析是一门研究金属构 件失效原因、失效模式和失效机理的 学科。
它涉及到材料科学、力学、腐蚀科学 等多个领域，对于保障金属构件的安 全可靠性和延长其使用寿命具有重要 意义。
THANK YOU
严格控制加工过程
确保金属构件在加工过程中不受损伤 ，如防止过度切割、弯曲或冲压，以 减少应力集中和微裂纹的形成。
定期进行维护和检查
制定维护计划
根据金属构件的使用环境和条件，制定合理的维护计划，包括定期清洁、涂层保护和紧 固件检查等。
定期检查与监测
金属材料的失效分析
实验序号：7 实验项目名称：金属材料的失效分析一、实验目的及要求1.了解失效分析的意义、目的2..熟悉失效分析的类型及分析思路3.利用显微镜对失效试样进行断口失效分析二、实验设备（环境）及要求金相显微镜、体式显微镜、抛光机、实验样品。
三、实验内容与步骤㈠实验内容1.失效分析的目的⑴防止同类失效现象重复发生⑵失效分析是机械产品设计、制造的依据⑶消除隐患，确保产品安全可靠⑷失效分析可以提高产品的信誉2.失效的形式及其类型失效的分类比较复杂，按其失效机理将失效分为：断裂失效；变形失效；磨损失效；腐蚀失效等四种类型。
⑴断裂失效断裂是指金属或合金材料或机械产品在力的作用下分成若干部分的现象。
它是个动态的变化过程，包括裂纹的萌生及扩展过程。
断裂失效是指机械构件由于断裂而引起的机械设备产品不能完成原设计所指定的功能。
断裂失效类型有如下几种：①解理断裂失效；②韧窝破断失效；③准解理断裂失效；④疲劳断裂失效；⑤蠕变断裂失效；⑥应力腐蚀断裂失效；⑦沿晶断裂失效；⑧液态或固态金属脆性断裂失效；⑨氢脆断裂失效；⑩滑移分离失效等。
⑵变形失效所谓变形通常是机械构件在外力作用下，其形状和尺寸发生变化的现象。
从微观上讲是指金属材料在外力作用下，其晶格产生畸变。
若外力消除，晶格畸变亦消除时，这种变形为弹性变形；若外力消除，晶格不能恢复原样，即畸变不能消除时，称这种变形为塑性变形。
变形失效是指机械构件在使用过程中产生过量变形，即不能满足原设计要求时变形量。
一般情况下将变形失效分为弹性变形失效和塑性变形失效两种。
弹性变形失效将使机械构件表面不留任何损伤痕迹，仅是金属材料的弹性模量发生变化，而与机械构件的尺寸和形状无关；塑性变形失效将导致机械构件表面损伤，其机械构件的形状与尺寸均发生变化。
⑶磨损失效磨损是摩擦作用下物体相对运动时，表面逐渐分离出磨屑而不断损伤的现象。
磨损失效是指由于磨损现象的发生使机械零部件不能达到原设计功效，即不能达到原设计水平。
金属材料失效分析
金属材料失效分析金属材料是工程中常用的材料之一，然而在使用过程中，金属材料可能会出现各种失效现象，如断裂、疲劳、腐蚀等。
对金属材料失效进行分析，可以帮助我们了解失效的原因，从而采取相应的措施来预防和解决失效问题。
首先，我们需要了解金属材料失效的分类。
金属材料失效可以分为静态失效和动态失效两种。
静态失效是指在受到静态载荷作用下，金属材料出现破坏的现象，如拉伸断裂、压缩变形等。
而动态失效则是指在受到动态载荷（如振动、冲击等）作用下，金属材料出现疲劳、冲击破坏等现象。
其次，金属材料失效的原因也是多种多样的。
其中，设计缺陷、材料缺陷、应力集中、环境腐蚀等是导致金属材料失效的常见原因。
在设计阶段，需要充分考虑材料的选择、零件的结构和应力分布等因素，以减少设计缺陷对金属材料失效的影响。
同时，在材料制造过程中，也需要控制材料的质量，避免材料缺陷对失效的影响。
此外，应力集中也是导致金属材料疲劳失效的重要原因，因此需要采取相应的措施来减轻应力集中的影响。
环境腐蚀则是导致金属材料腐蚀失效的主要原因之一，因此需要选择合适的防腐蚀措施来延缓金属材料的腐蚀速度。
另外，对金属材料失效进行分析，需要运用一些分析方法。
常见的分析方法包括金相分析、断口分析、应力分析等。
金相分析可以帮助我们了解金属材料的组织结构和性能，从而判断材料的质量和性能是否符合要求。
断口分析则可以通过对断口形貌的观察和分析，了解失效的原因和方式。
应力分析则可以帮助我们了解材料在不同载荷作用下的应力分布情况，从而对失效进行预测和分析。
综上所述，金属材料失效分析是工程中重要的一环，对于预防和解决金属材料失效问题具有重要意义。
通过对失效的分类、原因和分析方法的了解，可以帮助我们更好地预防和解决金属材料失效问题，从而保障工程的安全和可靠性。
希望本文的内容能够对您有所帮助，谢谢阅读！。
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二.腐蚀及其危害
2.腐蚀的危害
金属因腐蚀带来的经济损失十分惊人，据估计
全世界每年因腐蚀报废的钢铁设备约相当于年 产量的 30% ，假如其中 2/3 可回炉再生，仍有 10%的钢铁将由于腐蚀而一去不返。 腐蚀造成的间接损失远比金属材料本身的价值 大得多，如发电厂的锅炉管爆裂，更换一根不 过几百元，但引起许多工厂停产，其实际损失 无法估量。
金属腐蚀及腐蚀失效分析
目录 CONTENTS
1 2 3 引言 腐蚀与其危害 腐蚀失效分析 腐蚀产物分析
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一.引言
二.腐蚀及其危害
1.腐蚀的概念
金属腐蚀，是金属和周围介质接触时由于发生 化学和电化学作用而引起的破坏现象。
从热力学观点，除少数贵金属 ( 如金、铂 ) 外，
各种金属都有转变成离子的趋势，就是说金属 腐蚀是自发的普遍存在的现象。
四.腐蚀产物分析
1.腐蚀产物分析主要目的
(1) 确定失效部件所处的介质环境及可能对部件 造成的损伤。 (2) 根据腐蚀产物来判断部件可能受到的损伤及 其程度。 (3) 根据腐蚀产物的转变及其转变程度判断失效
发生的大致时间。
四.腐蚀产物分析
1.腐蚀产物分析主要目的
(4) 由沉积物(特别是浮尘地区性)的种类和沉积 层的厚度来判断失效发生的时间和地点(对于流动的
用外加应力、材料内部实际存在的裂纹长度和 裂纹尖端应力强度来评价材料可靠性与寿命预测。 对于环境腐蚀损伤引起的失效应在模拟实际环 境下进行断裂力学试验，如在氢脆(HE)、应力腐蚀 (SCC) 和腐蚀疲劳 (CF) 的环境服役的部件，应测定 出该材料在相应环境下的阀值KI HE、KI SCC和KI CF 等。
二.腐蚀及其危害
2.腐蚀的危害
英国 1969 年发布著名的“赫尔 (Hoar) 报告”， 每年最少损失13.65亿英镑。
பைடு நூலகம்
1986 年美国因为金属腐蚀损失和防止腐蚀采用 的技术费用共计达 1260 亿美元， 1995 年美国腐 蚀工程师(NACE)协会统计每年的腐蚀经济损失 更高达3000亿美元。
2.腐蚀失效分析程序
(1) 取样、分类、标识和样品原始状态的保护。
是失效分析的关键环节，决定着分析工作的成 败，应在经过初步视觉低倍校验并确定裂纹源(如果 是断裂失效件)之后进行。 注意事项： 取样前作好样品分类和编号，做出明显标识， 以免混乱。特别注意对样品腐蚀产物的保护和对其 原始状态的保护，远离高温、低温、腐蚀介质以及
2015 年我国因腐蚀造成损失约 5000 元人民币， 大约点GDP的4%。
三.腐蚀失效分析
1.腐蚀失效分析的目的
找出发生腐蚀现象的原因。 总结腐蚀规律，分析腐蚀机理。 从材料、介质、工况等角度找出防止或减缓腐 蚀的方法，为提高材料或设备的使用寿命，节
约成本，增加效益提供理论依据。
武器或装备)。
(5) 腐蚀产物是否有其他部件腐蚀产物的转移， 对该部件的失效可能产生的影响。
(6) 最后也是最重要的是判断断裂失效的性质。 确定失效部件所处的介质环境及可能对部件造成的 损伤。
四.腐蚀产物分析
2.腐蚀产物的来源
(1) 环境介质与金属发生化学与电化学反应的产 物。如氧化还原反应产物(如脱成分腐蚀出现的单体 铜等)。 (2) 在外部环境的作用下，材料自身产生的局部 腐蚀生成的产物，如脱成分腐蚀等。 (3) 环境介质中的沉积物及腐蚀产物的转移。
件的表面，或者从一个系统进入另一个系统。
2.腐蚀失效分析程序
(6) 断口清洗
清洗的原则：先判断、后清洗；先表面、后内 部；尽量采用机械方法，不用或少用化学方法。 机械清洗法：干燥空气吹或者用软毛刷刷；有 机溶剂浸泡，如丙酮、酒精等；严重油污染，用二 氯甲烷、三氯乙烷、石油醚或笨等有机物浸泡，同 时用超声波清洗；弱酸或弱碱溶液浸泡或刷洗；超 声波清洗；用醋酸纤维纸贴剥；高温氧化断口，用 电解析氢的机械作用除垢。
2.腐蚀失效分析程序
(7) 断口分析
主要仪器：是体视显微镜和扫描电子显微镜。 内容： 结合宏观低倍的分析结果，对断裂性质做出明 确的判断；
结合腐蚀产物的分析结果对断裂的环境因素做 出明确的结论；
结合失效分析程序中已经完成的分析工作做出
失效分析的初步结论。
2.腐蚀失效分析程序
(8) 断裂力学试验
2.腐蚀失效分析程序
(9) 模拟失效过程实验 如果分析的结果是正确的，就应该在重复试验 中得出相同的失效结果，会更进一步确认分析结果 的准确性和可靠性。
尽管在许多情况下因不具备条件而难以操作， 但这一项应当做，而且应尽可能做的重要工作。
2.腐蚀失效分析程序
(10) 失效分析报告
主要内容：产生破坏时工作条件和环境条件； 部件服役史 ( 维修保养记录 ) ；部件制造和加工史； 失效件力学和冶金研究；材料冶金质量评价；引起 失效机理 ( 与验证结果 ) 和预防该部件或类似部件发 生类似失效事件的技术措施和管理措施。 最后一点是非常重要的一点，就是从失效分析 中得到的信息反馈，及其在材料科学、材料工艺学 和管理科学中的应用。
振动和摩擦等，以免对断口造成二次破坏。
2.腐蚀失效分析程序
(2) 失效件工作环境调查 包括：
工件的工作温度、介质、介质的流速、介质的 组成与杂质的含量、介质的酸碱度，以及工件的受 力强度与应力性质等。 (3) 失效件背景资料调查
包括部件设计和原始材料的选用及其合理性， 加工工艺合理性等，还应对部件是否产生过事故， 是否经历过维修任全面调查，以便失效分析用。
2.腐蚀失效分析程序
(4) 对原材料的复验与失效材料分析
包括成分、组织结构、性能和热处理状态等的 分析与比对。
其目的是判断材料选用和工艺是否合乎要求， 失效件的组织和性能是否发生了变异等。
2.腐蚀失效分析程序
(5) 腐蚀产物的分析
腐蚀产物分析，是腐蚀损伤失效分析中的重要 环节。 腐蚀产物是腐蚀介质与部件在腐蚀损伤过程中 发生化学或电化学反应的产物，是腐蚀损伤从初期 直到产生破坏全过程的记录。 特殊的情况下或者某些复杂机械设备系统内， 腐蚀产物会发生转移，从某个部件转移到另一个部