材料的腐蚀失效形式与机理
腐蚀及开裂机理
腐蚀减薄1 盐酸（HCl）腐蚀盐酸（HCl）腐蚀在大多数普通精炼工艺中都受到关注。
不同浓度的盐酸对许多普通制造材料都产生侵蚀作用，而且常常存在于自然条件中。
特别是当它与会更容易发生腐蚀。
奥氏体不锈钢常常发生点蚀，而且会形成隙间腐蚀及/或氯致应力腐蚀裂纹。
如果含有氧化剂，或不经过退火处理（主要是指将材料曝露于高温一段很长时间后，然后再慢慢冷却的热处理制程。
主要目的是：(1)释放应力，(2)增加材料延展性和韧性，(3)产生特殊显微结构。
），则会加快镍合金的腐蚀。
人们关注的是主要精炼设备上的盐酸腐蚀，它包括原油蒸馏，氢处理，和催化重整。
在原油蒸馏中水解镁和钙氯盐后形成了HCl盐酸。
在氢处理设备中，进料口处有机氯化物加氢作用时会产生HCl，或者HCl 随着碳氢化合物或氢进入设备，然后在流体管道中与水浓缩在一起。
在催化重整设备中，氯化物会被催化剂和碳氢化合物带走，导致流体管道或再生系统发生盐酸腐蚀。
2 高温硫/环烷酸腐蚀高温硫腐蚀是一种常见的均匀腐蚀，当温度超过400ºF就会发生。
这种腐蚀在加工油的过程中，常与环烷酸腐蚀同时发生。
而环烷酸腐蚀通常为局部腐蚀。
这些自然存在的物质可能本身就具有腐蚀性，当热分解转化成硫化氢后也会产生腐蚀。
在加氢设备中存在氢元素和催化剂，使硫化物转变为H2S。
由于含有硫物质，许多原油会产生环烷酸。
在蒸馏过程中，这些酸易浓缩成高沸点的成分，例如常压下的重柴油，常压残油和真空柴油。
这些酸也可能存在于真空残油中，酸性较低的多产生点蚀，而酸性较高的产生槽状或沟状腐蚀，而且腐蚀速度更快。
环烷酸可以改变或破坏材料的保护层（硫化物或氧化物），从而持续加快硫化腐蚀速率，甚至会直接破坏原材料。
3高温H2S/H2腐蚀高温H2S/H2腐蚀是一种常见的均匀腐蚀，当温度超过400ºF时就会发生。
这种硫化物腐蚀不同于高温硫/环烷酸腐蚀。
H2S/H2腐蚀发生在氢加工设备中，例如氢除硫工艺和氢裂化装置中，当硫化物通过催化剂与氢气反应可转化为硫化氢。
腐蚀---课件
态，使位错不能运动阻止了滑移的进行，使金属表现出脆性。
氢鼓包是由于原子态氢进入到金属的空隙、夹层处，并在其中复合成分子 氢，由于氢分子不能扩散，就会在空隙、夹层处积累而形成巨大的内压，使金 属鼓包，甚至破裂。氢鼓包主要发生在含湿硫化氢的介质中。 脱碳：在工业制氢装置中，高温氢气设备易产生脱碳损伤。钢中的渗碳体 在高温下与氢气作用生成甲烷，结果导致表面层的渗碳体减少，而碳便从邻近 的尚未反应的金属层逐渐扩散到这一反应区，于是有一定厚度的金属层因缺碳
三、腐蚀的形貌特征
2、电偶腐蚀：两种电位不同的金属直接接触或用导线连接起来并浸入电解质溶 液中时，它们之间就有电流流过，通常电位正的金属（阴极）腐蚀速率降低， 直至完全停止，电位负的金属（阳极）腐蚀速度增加。 电偶腐蚀在有内件的压力容器中比较常见，在检验此类设备时应予以重点 检查。电偶腐蚀机理示意图：
三、腐蚀的形貌特征
氢脆—白点
三、腐蚀的形貌特征
氢鼓包-1：
三、腐蚀的形貌特征
氢鼓包-2：
三、腐蚀的形貌特征
氢鼓包剖面
三、腐蚀的形貌特征
氢致裂纹微观形态
三、腐蚀的形貌特征
氢腐蚀-1
三、腐蚀的形貌特征
氢腐蚀-2
三、腐蚀的形貌特征
8、疲劳腐蚀：腐蚀疲劳是在腐蚀环境中的疲劳问题，只要存在腐蚀介质和交变 应力就会发生腐蚀疲劳。 与纯粹的机械疲劳不同，腐蚀疲劳不存在疲劳极限。与无腐蚀时材料的正
三、腐蚀的形貌特征
尿素合成塔内不锈钢衬里的全面腐蚀-1
三、腐蚀的形貌特征
尿素合成塔内不锈钢衬里的全面腐蚀-2
三、腐蚀的形貌特征
氧腐蚀
三、腐蚀的形貌特征
均匀腐蚀的四级标准:
防止全面腐蚀最常用的方法有：
腐蚀的机理及其控制措施
腐蚀的机理及其控制措施腐蚀是一种难以避免的自然现象，它会导致材料的破损、失效，对工业制造和设备维护带来极大的困扰。
有许多因素会影响材料的耐腐蚀性能，其中包括环境条件、材料成分、加工和使用方法等等。
在本文中，我们将深入探讨腐蚀的机理，以及如何采取措施来控制它。
1. 腐蚀机理腐蚀是材料在接触化学环境时发生的一系列反应的结果。
在这些反应中，材料的原子或分子被氧化或还原，从而导致其电位和化学性质发生变化。
这些反应可以来源于氧化、酸化、盐类反应和生物作用等不同因素。
一种常见的腐蚀形式是金属腐蚀，它具有很高的经济和环境影响。
在一般情况下，金属的腐蚀反应包括四种反应类型：腐蚀反应、电化学反应、热量反应和生物腐蚀。
腐蚀反应是指金属在非电解质(如酸、碱)中的离子交换反应。
电化学反应通常发生于电解质中，其中金属通过与溶液中的电荷交换来腐蚀。
热反应通常是指金属快速氧化和燃烧等高温现象。
生物腐蚀是指一些微生物在特定条件下对金属的化学反应。
除此之外，在腐蚀机理的研究中，需要探讨腐蚀的成因，包括干燥腐蚀、隐蔽腐蚀和应力腐蚀等等，因为它们都会成为影响腐蚀的因素。
干燥腐蚀是指材料在干燥的环境中产生氧化物而腐蚀，在一些研究中可以通过控制清洁度来避免。
隐蔽腐蚀是指在材料内部发生的腐蚀过程，难以发现和处理。
应力腐蚀则是指金属在受到外界应力和化学环境共同影响下的腐蚀过程。
2. 腐蚀控制措施腐蚀虽然不可避免，但可以通过多种措施来降低腐蚀的风险和减缓腐蚀速度。
以下是几种常见的腐蚀控制措施：2.1 材料选择选用合适的耐腐蚀材料是一种很有效的腐蚀控制措施。
例如，在重化工行业中，选用防腐钢材料可以有效地降低设备和管道的腐蚀风险，从而延长使用寿命。
而在食品加工业中，采用不锈钢、铸铁等材料也可以有效地降低食品中的有害物质含量，提高食品的质量和安全性。
2.2 防腐涂料防腐涂料是一种常见的腐蚀控制方式。
涂料中含有具有防腐性能的化学物质，能够形成一层保护膜，保护金属材料不被化学环境侵蚀。
金属的腐蚀与防护
化学腐蚀
在外界环境中的水蒸气、酸碱等物质影响下，金属表面发生氧化还原反应，形成氧化物或其他化合物。例如，当铁暴露于氧和水中时，会形成铁锈（Fe₂O₃·nH₂O），这是一种典型的化学腐蚀现象。
电化学腐蚀
在一定条件下，例如在电解质溶液中，不同电位造成的电流分布变化，会导致金属表面上出现阳极区和阴极区。在阳极区，金属发生氧化反应而溶解，释放出电子；在阴极区，则发生还原反应，这一过程是通过离子在溶液中传递形成闭合回路，从而加剧了金属的整体损失。
三、影响金属腐蚀因素
影响木材及其抗风雨能力的重要因素有很多，包括：
环境湿度
高湿度会加速空气中的氧气、水分与金属的接触，加快氧化反应。因此，在潮湿环境下，金属更易受到腐蚀。
温度
氧化反应通常随着温度升高而境下金属更容易发生严重腐蚀。
pH值
环境中的酸碱程度直接影响着局部区域的电极电位。不同pH值下的介质对不同类型的金属具有不同程度的侵害。例如，低pH值（酸性环境）往往对铁等铸铁材料具有较强的侵袭性。
电化学腐蚀
电化学腐蚀是由于电流在金属表面产生的不均匀分布而导致的。比如，当金属与不同电位的金属连接时，低电位部分会被加速腐蚀。
生物腐蚀
这种腐蚀是由微生物造成的，尤其是在水体中生活的微生物，会通过其代谢过程改变周围环境，从而促进了金属的腐蚀过程。生物膜或污垢层常常在这种情况下形成，进一步加速了腐蚀。
二、金属腐蚀机制
金属的腐蚀与防护
金属腐蚀是指金属在环境的作用下，发生化学或电化学反应，导致其物理和化学性能劣化的过程。腐蚀不仅削弱了金属材料的强度、韧性，还可能引发结构失效，造成巨大的经济损失和安全隐患。因此，了解金属腐蚀的原理和机制，以及实施有效的防护措施，对于延长金属构件的使用寿命，提高工程安全性具有重要意义。
材料的腐蚀失效形式与机理
材料的腐蚀失效形式与机理材料的腐蚀失效是指材料在特定环境中，由于与介质的相互作用而发生结构破坏、性能下降或失去原有功能的现象。
腐蚀失效形式多种多样，包括点蚀、晶间腐蚀、面蚀、疲劳腐蚀、应力腐蚀裂纹等。
这些失效形式的背后有不同的腐蚀机理。
点蚀是指材料表面产生局部凹陷，通常呈圆形或坑状，直径从几个微米到数毫米，深度从亚微米到几百微米不等。
点蚀主要受介质的氧化性、酸度和温度等因素影响，一般发生在金属表面的氧化层上。
它的形成机理涉及到材料的局部电化学腐蚀过程，包括阳极溶解、阴极反应和局部电池腐蚀等。
晶间腐蚀是指局部晶界处或金属晶粒内部发生腐蚀现象。
晶间腐蚀通常是由于材料的晶界或金属晶粒内部间隙处存在特殊的化学环境，导致晶界或晶粒内部的原子被溶解出来。
这种腐蚀形式常见于不锈钢和高强度合金等金属材料，其机理涉及到晶间腐蚀敏感区域的析出物形成和腐蚀介质的侵入等。
面蚀是指材料表面连续性大面积消失的失效形式，通常是由于腐蚀介质与材料表面反应所致。
如金属表面遭受酸性溶液的腐蚀，溶液中的酸与金属表面的原子发生反应，从而导致金属离子溶解出来。
面蚀通常伴随着材料质量的明显损失，可以通过测量质量损失和材料厚度的减少来评估蚀损的程度。
疲劳腐蚀是指材料在交变应力作用下，在存在腐蚀介质的环境中发生疲劳失效。
疲劳腐蚀失效常常表现为材料表面出现裂纹，并逐渐扩展到内部，最终导致材料断裂。
疲劳腐蚀失效的机理涉及到腐蚀介质在裂纹尖端的浓聚、金属的动态应力强化、腐蚀产物的流失等因素。
应力腐蚀裂纹是指材料在受力的同时与腐蚀介质接触，引起裂纹形成和扩展。
应力腐蚀裂纹失效常见于高强度合金和不锈钢等材料，尤其是在高温、高湿度和高应力环境下。
其机理涉及到腐蚀介质的局部浸润和扩散，产生应力集中和材料内部的氢脆等。
综上所述，材料的腐蚀失效形式与机理是多种多样的，涉及到材料的电化学性质、晶体结构、应力状态、腐蚀介质特性和环境因素等。
对腐蚀失效形式和机理的深入研究有助于制定腐蚀防护策略，提高材料的耐腐蚀性能。
不锈钢的腐蚀方式与腐蚀性能
不锈钢的腐蚀方式与腐蚀性能⑴不锈钢的腐蚀方式简介在众多的工业用途中，不锈钢能提供令人满意的耐蚀性能。
根据使用的经验来看，除机械失效外，不锈钢的腐蚀主要表现在：不锈钢的一种严重的腐蚀形式是局部腐蚀（亦即应力腐蚀开裂，点腐蚀，晶间腐蚀，腐蚀疲劳以及缝隙腐蚀）。
①应力腐蚀开裂（SCC）应力腐蚀开裂是指承受应力的合金在腐蚀性环境中由于裂纹的扩展而产生失效的一种形式。
应力腐蚀开裂具有脆性断口形貌，但它也可能发生于韧性高的材料中。
发生应力腐蚀开裂的必要条件是要有拉应力（不论是参与应力还是外加应力，或者两者兼而有之）和特定的腐蚀介质存在。
裂纹的形成和扩展大致与拉应力方向垂直。
这个导致应力腐蚀开裂的应力值，要比没有腐蚀介质存在时材料断裂所需要的应力值小得多。
在微观上，穿过晶粒的裂纹称为穿晶裂纹，而沿晶界扩展的裂纹称为沿晶裂纹，当应力腐蚀开裂扩展至一定的深度时（此处，承受荷载的材料断面上的应力达到它在空气中的断裂应力），则材料就按正常的裂纹（在韧性材料中，通常是通过显微缺陷的聚合）而断开。
因此，由于应力腐蚀开裂而失效的零件的断面，将包含有应力腐蚀开裂的特征区域以及与显微缺陷的聚合想联系的“韧窝”区域。
通常是应力腐蚀开裂的基本条件是：弱的腐蚀介质，一定的拉应力和特定的金属材料构成的特定腐蚀系统。
下面将详细介绍这方面的内容。
a 仅当弱的腐蚀在金属表面形成不稳定的保护膜时，才可能发生应力腐蚀开裂。
实验结果表明：pH值降低将减弱奥氏体不锈钢的应力腐蚀开裂敏感性。
一般的结构用钢在中性pH 值和高pH值介质中，将发生不同机制的应力腐蚀开裂。
b 在一定的拉应力的应变条件下易产生腐蚀。
对Cr-Ni不锈钢的应力腐蚀开裂，应力（σ）和开裂时间（t s）关系一般认为符合1gt s=a+bσ方程，式中a，b为常数。
这表明所受应力越大，不锈钢产生应力腐蚀开裂的时间越短。
对不锈钢应力腐蚀开裂研究表明，存在产生应力腐蚀的临界应力值，常用σSCC表示。
酸性水汽提换热器管束腐蚀失效分析及预防措施
酸性水汽提换热器管束腐蚀失效分析及预防措施1. 腐蚀机理酸性水汽提换热器在工作过程中，受到高温、高压、酸性气体的影响，容易产生腐蚀。
酸性气体对管束表面金属的电化学反应是导致管束腐蚀的主要机理之一。
在高温高压下，管束表面易形成缺陷，从而加剧了管束的腐蚀程度。
2. 腐蚀失效形式酸性水汽提换热器管束的腐蚀失效形式主要包括普通腐蚀、点蚀腐蚀、应力腐蚀裂纹和铬迁移等。
普通腐蚀是指管束表面均匀腐蚀，导致金属厚度减薄；点蚀腐蚀则是局部腐蚀引起管束表面出现小孔隙和凹痕；应力腐蚀裂纹是在受到应力的作用下，管束表面形成裂纹；铬迁移则是由于管束材料中的铬在高温高压下向金属表面迁移，导致金属变脆并且易于腐蚀。
3. 腐蚀失效影响酸性水汽提换热器管束腐蚀失效会导致管束表面金属物质的丧失，进而会影响管束的热传导性能和机械强度，严重时还会引起管束的破裂和泄漏，对生产和环境安全造成严重威胁。
二、预防措施1. 材料选择为了提高酸性水汽提换热器管束的抗腐蚀能力，应选择耐腐蚀材料，如不锈钢、镍合金等。
这些材料具有较强的耐腐蚀性能，能够有效抵抗酸性气体和高温高压环境的侵蚀。
2. 表面保护对于已经选择的管束材料，需要在其表面进行保护处理，形成一层保护膜，以减缓管束的腐蚀速度。
可以采用防腐漆涂层、热浸镀锌、镀层阳极保护等方式进行表面保护。
3. 温度和压力控制合理控制酸性水汽提换热器的工作温度和压力，可以有效减少管束的金属表面缺陷形成，避免或减缓管束腐蚀失效。
4. 定期维护检查定期对酸性水汽提换热器进行维护检查，及时发现管束腐蚀和损伤情况，可以采取相应的修复措施，以延长管束的使用寿命。
5. 禁止使用腐蚀性物质在酸性水汽提换热器的使用过程中，应禁止使用对管束具有腐蚀作用的物质，以减少管束的腐蚀失效风险。
6. 管束防腐蚀设计对于在酸性水汽提换热器中使用的管束，在设计阶段就应考虑到腐蚀失效的问题，进行合理的防腐蚀设计，如设置保护层、引入防腐蚀设备等。
不锈钢的腐蚀与耐腐蚀的基本原理
不锈钢的腐蚀与耐腐蚀的基本原理金属受环境介质的化学及电化学作用而被破坏的现象即腐蚀。
化学腐蚀的环境介质是非电解质（汽油、苯、润滑油等），电化学腐蚀的环境介质是电解质（各种水溶液）。
电化学腐蚀是涉及电子转移的化学过程，该过程能否进行取决于金属能否离子化，而离子化的趋势可用金属的标准电极电位（ε0）来表示。
由于碳化物、夹杂物，以及组织、化学成分和内部应力的不均匀等的作用，将促使各部分在电解液中产生相互间的电极电位差。
电极电位差愈大，微阳极和微阴极间的电流强度愈大，钢的腐蚀速度也愈大，微阳极部分产生严重的腐蚀。
在电化学腐蚀中能够控制腐蚀反应速度的现象称为极化，极化可使阳极与阴极参与反应的速度得到减弱和减缓。
电解液中离子的缓慢移动、原子缓慢结合成气体分子或电解液中离子的缓慢溶解，都可能是极化的表现形式。
反应面积、搅拌或电解液流动、氧气、温度等因素，都将影响极化的速度。
用极化技术与临界电位可衡量金属与合金在氯化物溶液中点腐蚀与缝隙腐蚀的敏感性。
当不锈钢与异种金属接触时，需考虑电化学腐蚀。
但若不锈钢是正极，则不会产生电流腐蚀。
钝化状态金属的耐腐蚀性取决于铬含量、环境中的氯化物和氧含量以及温度。
某些元素（如氯）可以击穿钝化膜，造成钝化膜不连续处的金属被腐蚀，故使用钝化状态金属的用户应特别注意点腐蚀、应力腐蚀开裂、敏化以及贫氧腐蚀等。
为了提高不锈钢的耐腐蚀性能，其应处于钝化状态（必要条件），钝化后腐蚀电流密度要低（腐蚀速度），钝化状态的电位范围要宽（相对稳定性）。
对于含镍材料来说，腐蚀有两种主要形式：一种是均匀腐蚀，另一种是局部腐蚀。
在海洋大气中的铁锈就是一种一般或均匀腐蚀的典型例子。
此处金属在其整个表面上均匀地被腐蚀。
在这种情况下，钢表面形成疏松层，这层腐蚀产物很容易去除。
另一方面，像合金400这种耐腐蚀性较好的金属，它们在海洋大气中表现出良好的均匀抗腐蚀性。
这是由于合金400可形成一种非常薄而坚韧的保护膜。
材料腐蚀失效形式与机理
世界腐蚀损失巨大
1937年美国壳牌公司 (Shell Company) 推算出，世界 每年因腐蚀造成的金属材料损失至少1亿吨以上腐蚀损失 占各国GDP的2 - 4%。
我国腐蚀损失更惊人
据 2002年中国工程院咨询项目《中国工业和自然 环境腐蚀问题的调查和对策 》的统计，我国当年因腐蚀 造成的直接经济损失超过5000 亿元。2013 年7月， 某 院士说仅海洋腐蚀引起的经济损失，我国每年就超过1.5 万亿元人民币。
M＋ ＋Cl－→ MCl ( 点蚀坑内）
MCl ＋H2O →MOH ＋H＋ Cl－（点蚀坑外）
金属表面不均匀性，如划痕、凹陷、夹杂物等，往往是点 蚀的源点，介质中卤素离子和氧化剂（如溶解氧）同时存在时 容易发生点蚀，故氧化性氯化物如CuCl 2 、FeCl3 等是强烈的 点蚀剂。 钝化金属如 不锈钢、表面镀层金属 较易发生点蚀坑， 蚀坑小而深。 典型的点腐蚀形貌如图3-6 、图3-7 所示。
腐蚀机理和形式
2.1 腐蚀机理（corrosion mechanism）
腐蚀是指材料与环境发生化学反应或电化学反应所造成 的破坏（DIN 50900- 2002）。 按腐蚀反应机理，腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀。 化学腐蚀是指反应前后无电子转移，原子价数不发生增 减 ， 即反应过程没有电流的产生。 电化学腐蚀是材料表面与环境介质发生电化学反应而引 起的破坏。其特点是在腐蚀过程中有电流的产生， 反应前后 包含了电子转移、原子价数发生增减，这是典型的电化学反 应。
全面腐蚀和局部腐蚀
3.1 均匀腐蚀
均匀腐蚀是最普遍的腐蚀形式。 它是腐蚀介质均匀抵达 金属的各个表面上发生电化学反应, 宏观上表现为均匀减薄， 是典型的小阴极、大阳极 的腐蚀破坏形式。 电极反应 阳极 : Fe → Fen+ + ne ( 溶解） 阴极: : H2O +0.5O2 +2e → 2OH反应：Fe2+ +2OH- → Fe(OH)2 4Fe(OH)2 + 2H2O +O2 → 4Fe(OH)3 进一步反应： Fe2+→ Fe3++e Fe3++3H2O → Fe(OH)3 +3H+ H+ + H+ → H2 ↑
腐蚀失效的基本类型
金属与其表面接触的介质发生反应而造成的损坏称为腐蚀。
腐蚀失效的特点是失效形式众多，失效机理复杂。
腐蚀失效占金属机械构件失效事故的比例相当高，仅次于疲劳断裂。
尤其是在化工、石油、电站、冶金等工业领域中，其腐蚀失效的事故较多，造成的损失是巨大的。
因此对腐蚀失效的研究和预防在失效分析中是非常重要的工作。
1、均匀腐蚀失效----是最常见的一种腐蚀，又称全面腐蚀失效。
它的特征是在整个暴露的金属构件表面或相当大的面积上发生化学或电化学反应而被腐蚀，构件由于腐蚀减薄而最终失效。
均匀腐蚀耗费掉大量金属材料，但比其它腐蚀失效的危险度小，比较容易进行预测和防腐，当金属材料减薄至一定程度后就进行更换，不至于造成突然断裂，对于均匀腐蚀常用腐蚀速率：毫米/年(mm/a)来表示。
均匀腐蚀的防护措施：选择合适的材料，可降低腐蚀速率。
在金属表面涂覆耐蚀涂层或镀层。
在工况介质许可情况下，在接触环境中添加缓蚀剂。
采用阴极保护。
2、电偶腐蚀----在电解质中，两种不同的金属相接触，由于电位不同，构成一个微电池，严重腐蚀发生在电极电位低的阳极上。
在机械构件最多见的是在异金属的管子接头处，异金属螺栓或铆钉的连接处，异金属焊料的焊接处。
如加热水箱或锅炉一般用钢板制成，外接水管若用铜管，则水箱和锅炉很快被腐蚀报废。
电偶腐蚀的重要影响因素----大阴极与小阳极，如一艘高级游艇用钢制铆钉铆接蒙乃尔合金制作的壳体，在海水中使用仅几周，铆钉被腐蚀掉，船解体沉没。
电偶腐蚀预防措施：（1）尽可能使用电极电位接近的异金属连接。
（2）避免使用大阴极、小阳极。
（3）异金属连接处采用加绝缘材料。
（4）表面采用涂层或镀层，与腐蚀介质隔离。
3、腐蚀疲劳：在具有腐蚀性的介质中，金属材料的疲劳极限（或疲劳强度）显著降低。
腐蚀疲劳的机理较为复杂，通常认为，腐蚀疲劳是一种局部腐蚀与周期交变载荷共同作用下引起开裂的一个复杂过程。
腐蚀疲劳开裂的影响因素：较应力腐蚀更为复杂。
除材料本身及环境介质外，受力因素也相当复杂，应力幅值和频率对其影响很大。
材料失效及其一些方式
材料失效的三种形式，并举例说明材料失效的三种方式：
磨损失效，断裂失效，腐蚀失效。
举例：轮胎的磨损；玻璃的应力断裂；铁生锈。
不锈钢局部腐蚀有哪些方式：点腐蚀、晶间腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳。
非经典腐蚀：夹杂、焊接。
加速腐蚀的因素：强化介质、强化温度、强化电力、强化力、强化材料。
裂痕应用原则：腐蚀形态一致、产物一致、产物分层结构一致、规律一致、机制一致。
不锈钢腐蚀评价及应用：不锈钢是指含铬量在13%到35%的铁剂合金。
评价技术或应用：（1）不锈钢临界点蚀温度CPT测量和微蚀坑控制技术；
（2）双向不锈钢固溶处理温度范围中合金元素在两相间分配效果的评价；
（3）奥氏体不锈钢电化学动电位再火花（EPR）评价技术在双相不锈钢晶间腐蚀评价中的拓展；（4）中低温处理中的二次相析出规律对应点蚀、晶间腐蚀敏感性的评价；
（5）交流阻抗技术在复杂组织晶间腐蚀敏感性评价中的应用；
（6）缝隙腐蚀临界温度测量技术及其应用。
金属材料的局部电化学腐蚀行为与机理
金属材料的局部电化学腐蚀行为与机理金属材料广泛应用于各个领域，但是在使用过程中会发生腐蚀现象，严重影响材料的使用寿命和安全性能。
局部电化学腐蚀是一种常见腐蚀形式，本文将介绍局部电化学腐蚀的行为和机理。
一、局部电化学腐蚀的概念局部电化学腐蚀是指金属表面的一部分区域在电化学环境下发生腐蚀，而其他部分没有腐蚀的现象。
比如，在海洋环境下，常常会看到铁锈（Fe2O3）形成的斑点，这就是产生了局部电化学腐蚀的结果。
二、局部电化学腐蚀的分类局部电化学腐蚀的分类有很多种，其中较为常见的有晶间腐蚀、点蚀腐蚀、脱合腐蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀等。
1. 晶间腐蚀晶间腐蚀是指材料中的晶界处发生腐蚀。
由于晶界处多数情况下比晶体体积更小，容易形成电池，所以晶界处比晶体更容易腐蚀。
同时，晶界也比晶体原子间距小，质点扩散性差，这也是晶间腐蚀的一种原因。
2. 点蚀腐蚀点蚀腐蚀是指表面出现点状或突起的小孔，并向深部腐蚀穿孔，哑端和贯通腐蚀的现象。
这种腐蚀一般伴随着局部缺陷（如夹杂、气孔、尺寸不一致等）。
3. 脱合腐蚀脱合腐蚀是指在轴向载荷下，材料绕一个锥形区域削薄的现象。
由于锥形区域外围的应力小于材料的屈服强度，所以这部分会继续承受载荷，因此加剧了局部腐蚀。
4. 缝隙腐蚀缝隙腐蚀是指在缝隙区域内，在电化学环境中发生的腐蚀。
这种腐蚀一定程度上可以归纳为晶间腐蚀的一种，但其特征在于腐蚀介质可从相邻区域浸入缝隙，并在其中积累更高的氯化物或酸度，从而引发腐蚀。
5. 应力腐蚀应力腐蚀是指在受到拉伸或压缩等应力作用下，在特定的化学环境中，材料表面的一部分区域发生腐蚀的现象。
这种腐蚀是材料在受到应力时的一种失稳状态的表现。
三、局部电化学腐蚀的机理局部电化学腐蚀的机理可以简单地归纳为两个阶段：发生腐蚀的弱点的形成和腐蚀反应的发生。
1. 弱点的形成很多材料的表面都不是完美无缺的，常常存在着各种缺陷，还可能受到一定的机械强度影响，局部腐蚀的发生往往需要同时满足腐蚀介质、电位、阳极材料本身和环境条件等一系列的条件。
点腐蚀的机理
点腐蚀的机理全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：腐蚀是指金属或合金表面在特定条件下，受到化学或电化学作用而发生破坏的过程。
在腐蚀过程中，金属表面会发生物理性质和化学性质的变化，最终导致材料的腐蚀性能下降，甚至失效。
腐蚀是一种常见的材料破坏方式，在工业生产、冶金加工、交通运输、建筑领域等广泛存在。
腐蚀的机理是多方面的，包括化学腐蚀、电化学腐蚀、微生物腐蚀等多种形式。
点腐蚀是一种比较常见和严重的腐蚀形式。
点腐蚀是指金属表面上出现的局部性的腐蚀现象，通常呈现为小的凹洞或坑洞，给金属表面带来严重损害。
点腐蚀的机理主要是由于局部环境条件不均匀而导致的，而严重的点腐蚀在一定程度上也会引起金属的应力集中和应力腐蚀破坏。
点腐蚀的发生有许多原因，主要包括以下几个方面：1. 环境条件不均匀：金属表面局部受到化学或物理因素的影响，造成表面膜层的破坏或局部溶解，从而形成点腐蚀的起点。
2. 确定性因素：金属表面存在缺陷、质量不良、共存物质等因素会影响点腐蚀的发生。
3. 介质因素：金属表面处于有机腐蚀介质或电解液中，会加速点腐蚀的产生，特别是在一定的温度、湿度和氧气等条件下更容易引发点腐蚀。
4. 电化学因素：金属在电化学环境中受到阳极和阴极效应的影响，导致金属表面局部电位的差异，从而引发点腐蚀。
1. 金属表面局部缺陷：金属表面存在气孔、晶界、夹杂物等缺陷，是点腐蚀的重要起点。
4. 化学因素：金属表面受到腐蚀介质中的腐蚀物质的侵蚀作用，导致金属表面的局部溶解，形成点腐蚀。
在工程实践中，预防点腐蚀的发生是非常重要的。
为了减少点腐蚀的危害，可以采取以下措施：1. 选择适当的材料：选择抗点腐蚀性能好的材料，可以减少点腐蚀的发生。
2. 加强表面防护：对金属表面进行防护处理，包括镀层、涂层、喷涂等，可以有效减少点腐蚀的发生。
3. 控制局部环境条件：控制金属表面的局部环境条件，减少局部环境条件的不均匀性，可以减少点腐蚀的发生。
4. 加强监测和维护：定期检测金属表面的腐蚀情况，根据实际情况进行维护和修复，可以延长金属的使用寿命。
表面失效
2磨损的分类
1磨粒磨损：由于硬颗粒或硬突起物使材料产生迁移而造成的一种磨损。 磨粒磨损：由于硬颗粒或硬突起物使材料产生迁移而造成的一种磨损。 2冲蚀磨损：含有固体粒子的流体冲击固体表面，使固体表面造成材料 冲蚀磨损：含有固体粒子的流体冲击固体表面， 流失的过程。 流失的过程。 3粘着磨损：当摩擦面发生相对滑动时，由于固相焊合作用产生粘着点， 粘着磨损：当摩擦面发生相对滑动时，由于固相焊合作用产生粘着点， 该点在剪切力作用下变形以致断裂， 该点在剪切力作用下变形以致断裂，使材料从一个表面迁移到另一个 表面造成的磨损。 表面造成的磨损。 4微动磨损：当两个承载件的相互接触表面经历相对往复切向振动时， 微动磨损：当两个承载件的相互接触表面经历相对往复切向振动时， 由于振动或循环应力的作用而导致的微动损伤。 由于振动或循环应力的作用而导致的微动损伤。 5疲劳磨损：当接触体相对滚动或滑动时，在接触区形成的循环应力超 疲劳磨损：当接触体相对滚动或滑动时， 过材料疲劳强度情况下，表面层引发裂纹并逐步扩展， 过材料疲劳强度情况下，表面层引发裂纹并逐步扩展，最后使疲劳以 上的材料断裂剥落下来的磨损。 上的材料断裂剥落下来的磨损。 6腐蚀磨损：腐蚀介质与磨粒或者硬质微凸体共同作用与表面形成的材 腐蚀磨损： 料损失的磨损过程
局部腐蚀的分类
①点蚀：在点或孔穴类的小面积上的腐蚀叫 点蚀： 点蚀。 点蚀。
②缝隙腐蚀：金属表面由于存在异物或结构 缝隙腐蚀： 上的原因而形成缝隙（如焊缝、铆缝﹑ 上的原因而形成缝隙（如焊缝、铆缝﹑垫 片或沉积物下面等）， ），缝隙的存在使得缝 片或沉积物下面等），缝隙的存在使得缝 隙内的溶液中与腐蚀有关的。 隙内的溶液中与腐蚀有关的。
表面失效
金属材料的电化学腐蚀行为
金属材料的电化学腐蚀行为概述金属材料广泛应用于各个领域，但在使用过程中难免会遭受腐蚀的侵害。
腐蚀是指金属在与环境介质接触时，由于电化学反应而引起金属发生失效的过程。
本文将介绍金属材料的电化学腐蚀行为，包括腐蚀的原因、机理以及防控方法。
一、腐蚀的原因金属材料的腐蚀主要由三个要素构成：金属本身、腐蚀介质以及金属与腐蚀介质之间的接触。
这三要素共同作用导致了腐蚀的发生。
1. 金属本身：金属是由正离子和自由电子组成的晶体结构。
正离子以金属键的形式连接在一起，而自由电子负责传导电流。
金属在腐蚀环境中，自身的电化学性质决定了其腐蚀行为的特点。
2. 腐蚀介质：腐蚀介质是指与金属直接接触的物质。
腐蚀介质可以是气体、液体或者固体，其化学成分和物理性质对金属腐蚀起着重要的影响。
一般情况下，含有氧、硫、氯等活泼元素的腐蚀介质对金属腐蚀性较大。
3. 金属与腐蚀介质的接触：金属与腐蚀介质的接触形式有三种：干接触、湿接触和涂层接触。
不同的接触方式会对腐蚀行为产生不同的影响。
二、腐蚀的机理腐蚀过程是一个复杂的电化学反应过程，一般可分为两种类型：氧化还原反应和阳极溶解反应。
1. 氧化还原反应：金属在腐蚀介质中发生的氧化还原反应是腐蚀过程中的主要反应之一。
金属表面被氧化形成金属离子，而在其他位置则还原生成金属。
2. 阳极溶解反应：在腐蚀过程中，金属中存在着局部腐蚀区域，形成阳极和阴极两个区域。
阳极溶解是通过电子的流动使得阳极区域的金属析出并氧化溶解。
三、腐蚀的防控方法为了延长金属材料的使用寿命并减少腐蚀带来的损失，需要采取相应的防控方法。
常见的防腐蚀方法包括以下几种：1. 表面处理：通过涂层、涂漆等方式，在金属表面形成防护层，隔绝金属与腐蚀介质的接触。
常用的防护材料有油漆、涂料、涂层等。
2. 金属选择：选择具有良好耐蚀性的金属材料，如不锈钢、镍合金等。
这些金属具有较均匀的组织结构和较好的抗腐蚀性能。
3. 电化学保护：通过外加电位、阳极保护等方法，改变金属与腐蚀介质之间的电化学反应，降低金属的腐蚀速度。
材料腐蚀失效形式与机理
4.3 氢脆（ hydrogen embrittlement）
氢脆是由于氢离子扩散到金属内部形成固溶态或金属氢化 物，导致金属韧性下降和材料变脆的现象。
氢化物的析出，破坏了晶体结构的完整性，在外加应力作 用下局部引发了裂纹，材料变脆，这与应力腐蚀开裂有点相似， 只是应力腐蚀开裂出现在金属的阳极敏感区，氢脆出现在金属 阴极敏感区，有时称为氢致应力腐蚀开裂（HISCC ）。 氢脆是高强合金钢中经常出现的一种隐患。 在核电设备中，锆包壳在高温运行时，由于吸收腐蚀反应 生成氢，形成 ZrH1.5脆性相，最终加速包壳材料的老化和脆化。
图3 - 12 不锈钢 SCC 分叉裂纹
图3 - 13 SCC 的沿晶开裂（ 150 ×）
4.2 腐蚀疲劳（ corrosion fatigue）
腐蚀疲劳，即腐蚀疲劳开裂，是指金属在交变载荷 和腐蚀介质的共同作用下发生的脆性断裂。
腐蚀疲劳有以下几个特点：
（1）没有疲劳极限（ fatigue limit ）； （2）与应力腐蚀开裂不同，纯金属只要有腐蚀介质存在， 也会发生腐蚀疲劳； （3）金属的腐蚀疲劳强度与其耐蚀性有关； （4）腐蚀疲劳裂纹大多起源于表面或凹坑，裂纹源数量 较多，腐蚀疲劳裂纹主要是穿晶，也有沿晶开裂； （5）腐蚀疲劳开裂是脆性断裂，没有宏观的塑性变形， 断口面上有腐蚀物。
3.5 晶间腐蚀（intergranular corrosion ）
晶间腐蚀是金属在特定腐蚀介质中沿晶粒边界或晶界 附近发生的腐蚀，从而使晶粒间结合力遭到破损。这是一 种非常局部的腐蚀现象。 晶界上由于存在杂质元素，较活泼的金属元素的富集 或某种相的析出，会引起周围某一合金元素的贫乏，使晶 界或其毗邻狭窄区域的化学稳定性降低，同时介质对这些 区域有较大的浸蚀性，其余部位相对较小，这样便出现了 晶间腐蚀。
材料失效分析
材料失效分析一、名词解释1.缝隙腐蚀：由于金属表面与其他金属或非金属表面形成狭缝或间隙，并有介质存在时在狭缝内或近旁发生的局部腐蚀称缝隙腐蚀。
2.腐蚀疲劳：是材料在循环应力和腐蚀介质的共同作用下产生的一种失效形式。
3.解理断裂：金属材料在一定条件下，当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶面产生的穿晶断裂，因与大理石断裂类似，故称这种断裂为解理断裂。
4.解理：一般而言，如果某种矿物的晶体，在有些方向上比较脆弱、容易“受伤”，破裂面通常就沿着脆弱的方向裂开，并且表面平整光滑，这种破裂面的性质被称为解理。
5.磨损：相互接触并作相对运动的物体由于机械、物理和化学作用，造成物体表面材料的位移及分离，使表面形状、尺寸、组织及性能发生变化的过程。
6.冲蚀磨损：亦称浸蚀磨损，它是指流体或固体以松散的小颗粒按一定的速度和角度对材料表面进行冲击所造成的磨损。
7.粘着磨损：也称咬合（胶合）磨损或摩擦磨损。
是相对运动物体的真实接触面积上发生固相粘着，使材料从一个表面转移到另一表面的一种现象8.失效：是指产品因微观结构和外观形态发生变化而不能满意地达到预定的功能。
根据其严重性，失效也可称为事件、事故或故障。
9.失效分析：通常是指对失效产品为寻找失效原因和预防措施所进行的一切技术活动，也就是研究失效现象的特征和规律，从而找出失效的模式和原因。
10.应力腐蚀：主要是金属材料在特有的合金材料环境下，由于受到应力或者特定的腐蚀性介质影响，产生的一种滞后开裂或滞后断裂的腐蚀性破坏现象。
11.氢脆：由于氢导致金属材料在低应力静载荷下的脆性断裂，也称为氢致断裂。
12.蠕变：金属材料在外力作用下，缓慢而连续不断地发生塑性变形的现象。
13.疲劳：材料、零件和构件在循环加载下，在某点或某些点产生局部的永久性损伤，并在一定循环次数后形成裂纹，或使裂纹进一步扩展直到完全断裂的现象。
二、单选题&三、判断题1.失效类型：初期失效、随机失效、耗损失效。
失效分析3-3(2014修改)
2）对被保护金属施加阴极电流，使金属的 电位降至其平衡电位。
二、点腐蚀与缝隙腐蚀
1. 机理和特征
形成机理共同点： 通过形成一个局部闭塞电池的过程而发生 闭塞电池：孔蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀的发展阶段
，由于几何形状限制了孔中溶液和外部溶液之间的 质量转移，导致空穴内溶液的组分、浓度、pH值、 电位发生变化，因而引起反应加速，具有自催化性 质（自催化电池） 不同点： 闭塞电池的形成过程不同
（a）铆接 （b） 法兰连接 （c） 污垢沉积
缝隙腐蚀示意图
漆膜下也会发生缝隙的丝状腐蚀，海生物附着面 里的腐蚀是特殊的缝隙腐蚀形式
海生物藤壶引起钢的缝隙腐蚀
藤壶底部缝隙腐蚀形态
形态区别： 点腐蚀：
蚀坑窄而深（形状多种，半球形、椭圆、杯形、袋形）；
只出现在构件表面局部，有较分散，有较密集，有很高的阴 阳极面积比，腐蚀孔向深度穿进速度很快；
世界腐蚀损失巨大 • 1937年美国壳牌公司(Shell Company)在比利时布鲁塞尔
举办的一次腐蚀展览会上放了如下一块展牌： 当你读此展牌时，760公斤铁已被腐蚀掉，即当你用不到5 秒钟的时间读这块牌时，大约一吨铁已被腐蚀掉了。
可以推算，世界每年因腐蚀造成的金属材料损失至少1亿 吨以上，腐蚀损失占各国GDP的2-4%。
2. 实例及判断
失效实例： 堆在露天仓库的钢筋、钢材、钢制构件布满铁锈 靠近海岸常年不加表面保护的拉杆 碳钢接触稀硫酸
失效判断： 从外观及腐蚀速率分析易判断
2.一般防护措施
选择合适的耐均匀腐蚀材料； 在金属表面施以耐蚀涂层、镀层； 在工况介质许可的条件下，在接触的
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第三章 材料的腐蚀失效形式与机理
2. 电化学腐蚀 (electrochemical corrosion) 材料表面与环境介质发生电化学反应所引起的破坏 。材料在腐蚀过程中不仅有电流的产生，而且二个电极 有电子的得失，这种反应是电化学腐蚀反应。例如，材 料性能不均匀的铁浸在盐酸中，会发生如下的反应： Fe + 2HCl → FeCl2+ H2↑ 该反应进一步可写成： Fe + 2H+ + 2Cl- → Fe2+ + Cl2- + H2 ↑ 此电化学反应中，Cl-并未参与反应，真正的反应是： Fe + 2H+ → Fe2+ + H2 ↑ 电化学反应是： 阳极: Fe Fe2+＋2e （氧化） 阴极: 2H+ + 2e → H2↑（还原）
第三章 材料的腐蚀失效形式与机理
3.2.2 腐蚀破坏形式（type of corrosion damage） ● 全面腐蚀（general corrosion） 也称均匀腐蚀（uniform corrosion），腐蚀发生 在整个表面，腐蚀速度均匀一致，进程缓慢，危害性 小，一般易预防，如大气腐蚀等。 ● 局部腐蚀（local corrosion） 腐蚀发生在材料微区，隐蔽性大，腐蚀速度快，危 害性大，难以防范，比如海水中氯离子的点腐蚀。 按破坏形式区分，局部腐蚀主要有：电偶腐蚀、隙 缝腐蚀、点腐蚀、晶间腐蚀、选择性腐蚀、应力腐蚀 开裂、腐蚀疲劳、氢脆等。
据2002年中国工程院咨询项目《中国工业和自然环境 腐蚀问题的调查和对策》的统计，我国当年因腐蚀造成的直 接经济损失超过5000亿元。2013年7月，有的院士说仅海 洋腐蚀引起的损失，我国每年超过了1.5万亿元人民币。
第三章 材料的腐蚀失效形式与机理
3.2 腐蚀机理和形式 3.2.1 腐蚀机理 （corrosion mechanism） 腐蚀是指材料与环境发生化学反应或电化学反应所 造成的破坏（DIN 50900-2002）。 按腐蚀反应机理，腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀。 1. 化学腐蚀 （chemical corrosion） 化学腐蚀是指物质在反应过程中无电流的产生。就 材料而言，其表面与接触的物质直接发生氧化还原反应 而被氧化损耗的过程。例如，化工厂里的氯气与钢铁表 面反应生成氯化铁： 3Cl2+2Fe = 2FeCl3 这个反应无电流的产生, 属于化学腐蚀。
第三章 材料的腐蚀失效形式与机理
主 讲 人： 杨振国 单 位： 材料科学系
办 公 室： 先进材料楼 407室 联系方式： zgyang@ 65642523（O）
复旦大学材料科学系 2016.2
第三章 材料的腐蚀失效形式与机理 3.1 3.2 腐蚀的危害性 腐蚀机理和形式
3.3
第三章 材料的腐蚀失效形式与机理
3.3 全面腐蚀和局部腐蚀 3.3.1 均匀腐蚀 均匀腐蚀是最普遍的腐蚀形式。它是腐蚀介质均匀 抵达金属的各个表面上发生电化学反应, 宏观上表现为均 匀减薄，是典型的小阴极、大阳极的腐蚀破坏形式。
● 电极反应
阳极: Fe Fe n+＋ne ( 溶解） 阴极: H2O＋0.5O2＋2e 2OH－ 反应： Fe 2+ +2OH－ Fe(OH)2 4Fe(OH)2+ 2H2O +O2 → 4Fe(OH)3 进一步的反应： Fe2＋ → Fe3＋ ＋e Fe3＋＋3H2O →Fe(OH)3＋3H+ 图3-1 电化学腐蚀反应 H+ + H + → H2 ↑
● 阳极： Fe → Fe2＋ ＋2e 阴极： 1/2 O2 ＋H2O＋2e → 2OH－ 反应： Fe 2+ +2OH－ Fe(OH)2
● 进一步反应： 3Fe2＋＋4H2O → Fe3O4＋8H+＋2e Fe2＋ → Fe3＋＋e Fe3＋＋3H2O → Fe(OH)3＋3H+
4Fe(OH)2+ 2H2O +O2 → 4Fe(OH)3
3.4 3.5
全面腐蚀和局部腐蚀
应力作用下的腐蚀 苛性腐蚀（碱脆）
第三章 材料的腐蚀失效形式与机理
3.1 腐蚀的危害性 ● 基本概况
所有材料都会与周围的环境介质发生相互作用， 故腐蚀问题遍及各行各业，从日常生活、工业生产、 国防工业等等，比比皆是。 凡有金属使用的地方，就有各种类型的腐蚀问题。 尤其在工业生产中，因介质性质使腐蚀变得更为严重。 腐蚀使完好的金属设备局部泄漏，导致报废，甚至造 成重大的人员伤亡事故，危害性极大。
标准氢电极 （Vs.SHE） T＝250C 纯钛 －1.63V 阳极 碳钢 －0.46V 阴极
钛材
非标准非平衡态海水 (Vs.SCE） T＝300C －0.0V 阴极 －0.65V 阳极 碳钢
钛材与碳钢的电极电位序 图3-3 不同金属间的电极电位序（海水）
பைடு நூலகம்
第三章 材料的腐蚀失效形式与机理
因此，腐蚀问题一直是世界各国高度关注并应解 决的工程技术难题。
第三章 材料的腐蚀失效形式与机理
● 世界腐蚀损失巨大 1937年美国壳牌公司(Shell Company)在比利时 布鲁塞尔举办的一次腐蚀展览会上放了如下一块展牌：
当你读此展牌时，760公斤铁已被腐蚀掉，即当 你用不到5秒钟的时间读这块牌时，大约一吨铁已被 腐蚀掉了。 可以推算，世界每年因腐蚀造成的金属材料损失至 少1亿吨以上，腐蚀损失占各国GDP的2-4%。 ● 我国腐蚀损失更惊人
第三章 材料的腐蚀失效形式与机理
图3-2 是均匀腐蚀的圆杆形貌。 金属在大气中的腐蚀、高压蒸汽管的高温氧化等 均属于均匀腐蚀。
图3-2 均匀腐蚀直杆
● 解决方法 可以通过表面涂层、缓蚀剂、阴极保护、合理 的设计、选择合适的材料等加以防止。
第三章 材料的腐蚀失效形式与机理
3.3.2 电偶腐蚀 (galvanic corrosion) 电偶腐蚀，也称接触腐蚀或异金属间腐蚀。 当电解质溶液中有两种金属接触时，由于氧浓差效 应，电极电位较负的贱金属成为阳极, 较高的贵金属成 为阴极，构成了腐蚀电池，贵金属受到了保护，这种现 象叫电偶腐蚀。其电极反应与均匀腐蚀基本相同。 例如，碳钢管板与钛管间就构成了电偶腐蚀(图3-3)：