FH10-耐腐蚀剖析

材料性能学付华石家庄铁道大学第10章材料在环境介质作用下的腐蚀10.1金属材料的应力腐蚀10.2陶瓷材料在环境介质作用下腐蚀10.3高分子在环境介质作用下腐蚀由于环境介质的作用、材料表面发生化学或电化学反应的现象。腐蚀由高能→低能自发进行的过程。Fe→Fe203、Fe304、FeS作用：金相制样，电镜样品、阳极保护、印刷线路板有害：失效形式。有利：对材料进行电化学加工。腐蚀类型腐蚀机理：化学腐蚀电化学腐蚀腐蚀环境：自然环境：大气/海水/淡水/土壤腐蚀。工业环境：酸/碱/盐溶液/有机化合物等。熔融介质：熔融盐/碱/液态金属等。外部特征：全面腐蚀：均匀、不均匀；局部腐蚀：点蚀、晶间腐蚀、穿晶腐蚀等。应力+环境介质：应力腐蚀：√腐蚀疲劳：交变应力+腐蚀环境氢损伤：氢脆√、氢鼓泡、氢腐蚀10.1金属材料的应力腐蚀一、应力腐蚀特点：合金+拉应力+特定介质→→→应力腐蚀材料在拉应力和特定介质的共同作用下引起的断裂，称为应力腐蚀（scc:stresscorrosioncracking）纯金属少发生。（无机非、聚合物）外加/残留拉应力。SCC：σσsA不锈钢+C1ˉ→氯脆（F不锈钢无）碳钢+OHˉ溶液→碱脆+NO3-溶液→硝脆铜合金+氨离子→氨脆介质温度影响：大多100℃，A不锈钢+MgCl2：120～150℃介质的腐蚀性一般不是很强，若无拉应力的共同作用，材料不会腐蚀。合金+拉应力+特定介质→→→应力腐蚀腐蚀速度υ：决定于应力场。无应力腐蚀scc力学断裂一般：一条主裂纹+若干分枝（分叉）；可沿晶、穿晶扩展、或两者兼有。一般是脆断；应力腐蚀断口：一条主裂纹+分枝沿晶断口宏观特征：断口微观形貌：“泥状花样”腐蚀产物（TEM）（泥土干裂的样子）腐蚀坑（SEM）与疲劳断口相似：3个区亚稳扩展区：腐蚀产物和氧化,→呈黑色、灰黑色。应力腐蚀断口：“泥状花样”二、应力腐蚀力学性能指标♣早期：光滑试样+介质+拉应力→σ-t曲线（疲劳S-N曲线）→→σscc（不发生应力腐蚀的临界应力）90%总时间（t）：裂纹形成；不反映裂纹体的抗应力腐蚀性能。同疲劳研究相似♣断裂力学：预制裂纹试样+应力+介质→→应力场强度因子kI-t曲线→→lgda/dt~K曲线。KIsccKKIC：亚稳状态阶段3：失稳扩展阶段2：水平段，裂纹尖端分叉，电化学过程控制。阶段1：加速扩展。KIKIC断裂KIscc：应力腐蚀门槛；KI≤KIscc不破坏.三、应力腐蚀机理未统一，有多种理论1.阳极溶解（钝化膜破坏）机理：拉应力作用下，表面钝化膜破坏。新鲜金属表面（阳极）+钝化膜（阴极）+介质→腐蚀微电池原有裂纹→应力集中→阳极电位降低→腐蚀加剧2.氢致开裂理论：某些高强合金中，氢原子和应力的共同作用导致脆性断裂，称为氢脆。是应力腐蚀断裂的一种机理。内部氢脆：环境氢脆：H:来源于阴极反应过程；H:冶炼（杂质）、焊接(水分)、酸洗（水分）等过程。10.2陶瓷材料在环境介质作用下的腐蚀1.优异的耐热性和耐腐蚀性；2.腐蚀性环境：裂纹缓慢扩展、强度降低。①潮湿气体（空气、氮气、水蒸气等）②水性溶液（酸、碱、氨水等）③有机溶剂（甲醇、甲苯、乙醇等）。3.晶界腐蚀①控制晶界组成和结构；②腐蚀环境+陶瓷。1.陶瓷在高温Na中的腐蚀①Al2O3等氧化物陶瓷+高温Na环境②Si3N4、SiC等硅系陶瓷+高温Na中③Na沿晶界扩散，Si-O键断裂，晶界腐蚀.2.陶瓷在酸溶液中的腐蚀Si3N4+氢氟酸3.陶瓷在高温高压下的水热腐蚀金属材料\陶瓷材料:水是最强烈的腐蚀性物质。10.3.1高分子材料的腐蚀形式：1.化学裂解：化学反应，破坏主价键。2.溶胀溶解：破坏次价键3.渗透破坏：基体材料的腐蚀4.应力开裂：10.3高分子材料在环境介质作用下的腐蚀10.3.2高分子材料的应力腐蚀高分子材料在某种环境介质中时，在低应力下产生银纹、裂纹、甚至断裂的现象。拉应力-溶剂→银纹工业上应用：检查制品的内应力。应力+温度+溶剂+时间，不出现银纹即合格。机理：溶剂类型：A/B/C/类A类--表面活性介质：醇类和非离子型表面活性剂等。①溶剂渗入→→笔直尖锐银纹→→②银纹末端链段更易取向、解缠（增塑）→→③银纹发展、汇合→→④开裂。典型的环境应力开裂B类：溶剂型，溶胀或溶解。溶剂进入大分子间起增塑作用；链段易于滑移，降低强度；发生低应力开裂。溶剂型开裂：银纹很少。C类：强氧化性介质，如浓硫酸、浓硝酸等。大分子链氧化降解，少量银纹；大分子断裂→裂纹→开裂银纹中的空隙加快介质的渗入。极少银纹+较低的应力→→氧化应力开裂。3、影响高分子材料环境应力开裂的因素①材料性质：最主要的影响因素高聚物分子量、结晶度、内应力。分子量小、分布窄：易解缠。结晶度高，晶区/非晶区交界处。杂质/缺陷/变形不均匀/微裂纹等。促进环境应力开裂太小（B类）：浸湿性好，溶胀。②环境介质：介质与材料间的相对表面性质，或溶度参数差值。太大（安全介质）：不浸湿，影响极小。某一范围（A类）：局部溶胀环境应力开裂。（3）试验条件：几何尺寸、加工条件、浸渍时间、外加应力等。谢谢！