金屬與其表面接觸的介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)而造成的損壞稱為腐蝕。
腐蝕失效的特點(diǎn)是失效形式眾多,失效機(jī)理復(fù)雜。
腐蝕失效占金屬機(jī)械構(gòu)件失效事故的比例相當(dāng)高,僅次于疲勞斷裂。尤其是在化工、石油、電站、冶金等工業(yè)領(lǐng)域中,其腐蝕失效的事故較多,造成的損失是巨大的。因此對(duì)腐蝕失效的研究和預(yù)防在失效分析中是非常重要的工作。
1、均勻腐蝕失效----是最常見(jiàn)的一種腐蝕,又稱全面腐蝕失效。它的特征是在整個(gè)暴露的金屬構(gòu)件表面或相當(dāng)大的面積上發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)而被腐蝕,構(gòu)件由于腐蝕減薄而最終失效。
均勻腐蝕耗費(fèi)掉大量金屬材料,但比其它腐蝕失效的危險(xiǎn)度小,比較容易進(jìn)行預(yù)測(cè)和防腐,當(dāng)金屬材料減薄至一定程度后就進(jìn)行更換,不至于造成突然斷裂,對(duì)于均勻腐蝕常用腐蝕速率:毫米/年(mm/a)來(lái)表示。
均勻腐蝕的防護(hù)措施:
選擇合適的材料,可降低腐蝕速率。
在金屬表面涂覆耐蝕涂層或鍍層。
在工況介質(zhì)許可情況下,在接觸環(huán)境中添加緩蝕劑。
采用陰極保護(hù)。
2、電偶腐蝕----在電解質(zhì)中,兩種不同的金屬相接觸,由于電位不同,構(gòu)成一個(gè)微電池,嚴(yán)重腐蝕發(fā)生在電極電位低的陽(yáng)極上。在機(jī)械構(gòu)件最多見(jiàn)的是在異金屬的管子接頭處,異金屬螺栓或鉚釘?shù)倪B接處,異金屬焊料的焊接處。如加熱水箱或鍋爐一般用鋼板制成,外接水管若用銅管,則水箱和鍋爐很快被腐蝕報(bào)廢。
電偶腐蝕的重要影響因素----大陰極與小陽(yáng)極,如一艘高級(jí)游艇用鋼制鉚釘鉚接蒙乃爾合金制作的殼體,在海水中使用僅幾周,鉚釘被腐蝕掉,船解體沉沒(méi)。
電偶腐蝕預(yù)防措施:(1)盡可能使用電極電位接近的異金屬連接。(2)避免使用大陰極、小陽(yáng)極。(3)異金屬連接處采用加絕緣材料。(4)表面采用涂層或鍍層,與腐蝕介質(zhì)隔離。
3、腐蝕疲勞:在具有腐蝕性的介質(zhì)中,金屬材料的疲勞極限(或疲勞強(qiáng)度)顯著降低。腐蝕疲勞的機(jī)理較為復(fù)雜,通常認(rèn)為,腐蝕疲勞是一種局部腐蝕與周期交變載荷共同作用下引起開(kāi)裂的一個(gè)復(fù)雜過(guò)程。
腐蝕疲勞開(kāi)裂的影響因素:較應(yīng)力腐蝕更為復(fù)雜。除材料本身及環(huán)境介質(zhì)外,受力因素也相當(dāng)復(fù)雜,應(yīng)力幅值和頻率對(duì)其影響很大。
腐蝕疲勞的斷口特征:有腐蝕產(chǎn)物覆蓋,顏色呈棕黑色,常為多源,疲勞常起源于點(diǎn)腐蝕坑或零件結(jié)構(gòu)上的尖角、凹槽部位。斷口微觀形貌為其疲勞輝紋有與河流花樣相垂直的形態(tài),在斷口分析中稱為脆性輝紋。用能譜儀分析可檢測(cè)到介質(zhì)中的腐蝕元素。
腐蝕疲勞的防護(hù):與應(yīng)力腐蝕防護(hù)相似,需從受載、冶金因素、環(huán)境因素作綜合考慮。
4、氫損傷:是金屬材料的性能由于氫的作用而惡化的總稱。造成金屬氫損傷的氫,常來(lái)源于環(huán)境介質(zhì)中,故把氫損傷歸為腐蝕失效。氫損傷包括氫鼓包失效、氫脆開(kāi)裂、氫脫碳及氫腐蝕。
氫鼓包:是由于氫原子擴(kuò)散到金屬里,在金屬的空穴(或縮孔)、夾雜處結(jié)合為氫分子,而氫分子不能繼續(xù)擴(kuò)散,使空穴里的氫濃度和壓力不斷上升,致使材料內(nèi)部形成一個(gè)微裂紋。其裂紋反映在斷口上為“白點(diǎn)”。
氫脆開(kāi)裂:在高強(qiáng)度鋼中發(fā)生較多,易在電鍍和酸洗過(guò)程中造成,是由于氫離子被還原并擴(kuò)散到金屬中,氫脆裂紋高強(qiáng)度鋼為沿晶,強(qiáng)度較低的鋼為穿晶。
氫脫碳:是在高溫下發(fā)生,金屬表面接觸到含有氫的環(huán)境,鋼表面的碳和碳化物與氫反應(yīng),使表面脫碳而引起鋼強(qiáng)度降低。
氫腐蝕:是氫進(jìn)入金屬內(nèi)部與金屬組織中的碳化物發(fā)生反應(yīng)而生成甲烷,常沿晶界發(fā)生腐蝕。
5、高溫腐蝕:在高溫下金屬材料的腐蝕失效稱高溫腐蝕。如水和其它腐蝕介質(zhì)都不存在,主要表現(xiàn)為金屬不斷被氧化,生成氧化皮,此為高溫腐蝕的典型失效形式。若高溫下有H2S和SO2氣相對(duì)金屬起腐蝕作用稱為高溫硫腐蝕,如柴油機(jī)零件中的熱腐蝕。
6、氣蝕:在液體與金屬材料之間相對(duì)速度很高的情況下,由于氣體在材料表面的局部區(qū)域形成空穴或氣泡并迅速破滅。氣泡破滅時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波,壓力可達(dá)410MPa,金屬表面被損耗,形成蝕坑,稱氣蝕。在螺旋槳、水輪機(jī)葉片、泵的葉輪等零件中常出現(xiàn)。
7、微動(dòng)磨損腐蝕:受載金屬材料與其相接觸的固體材料作微小的相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生微動(dòng)磨損,在空氣中,微動(dòng)磨損能引起氧化,形成微動(dòng)磨損腐蝕。接觸海水的多股鋼絲繩也易發(fā)生微動(dòng)磨損腐蝕。
8、磨蝕、沖刷腐蝕:磨蝕是由于腐蝕介質(zhì)與金屬表面作相對(duì)運(yùn)動(dòng)而引起的,磨蝕失效零件上往往有溝槽、水波紋。沖刷腐蝕實(shí)際上是磨蝕的一種,只是介質(zhì)流速很高,沖擊力大。
9、微生物腐蝕:微生物新陳代謝可產(chǎn)生腐蝕性很強(qiáng)的物質(zhì)引起對(duì)金屬材料的腐蝕,如澡類造成對(duì)冷卻水管的腐蝕,貝殼類動(dòng)物、海藻對(duì)海洋工程構(gòu)件造成腐蝕失效。