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金属腐蚀失效分析3-1

来源:未知 编辑:admin 时间:2019-07-14

  金属腐蚀失效分析3-1_机械/仪表_工程科技_专业资料。凡机械设备、生产装置、桥梁、飞机、船舶及海洋设施等或其零部件在使用过程中,由于腐蚀的原因,使之达不到设计规定的功能,或者产生破断,或者不能安全可靠地进行运转和继续服役,均称之谓腐蚀失效。

  金属腐蚀失效分析 3-1 6 金属的局部腐蚀 6.1 局部腐蚀和全面腐蚀的主要区别 金属的局部腐蚀是相对于全面腐蚀而言。从腐蚀形态上看,腐蚀仅局限在金属某一部位 上,称为局部腐蚀。全面腐蚀是一种常见的腐蚀形态。其特征是腐蚀分布于金属整个表面,腐 蚀结果使金属变薄或体积减小。例如钢或锌浸在稀硫酸中的腐蚀等。 全面腐蚀的电化学过程特点是腐蚀电池的阴、阳极面积非常小,而且微阴极和微阳极的位 置变换不定,是在腐蚀过程中随机变化的。结果腐蚀分布相对地均匀,整个金属表面在溶液中 都处于活化状态。从能量的角度来看,全面腐蚀过程中金属表面各点随时间的变化有能量起 伏,能量高时(处)为阳极,能量低时(处)为阴极,因而整个金属表面都遭到腐蚀。 局部腐蚀的特点是腐蚀仅局限或集中在金属的某一特定部位。局部腐蚀时阳极和阴极区一 般是截然分开,其位置可用肉眼或微观检查方法加以区分和辨别。通常是阴极区面积相对较 大,阳极区面积相对很小,结果是腐蚀高度集中在局部位置上,腐蚀电池中的阳极溶解反应和 阴极区的还原反应在不同区域发生,而次生腐蚀产物又可在第三地点形成。表 5 总结了全面腐 蚀和局部腐蚀的主要区别。 表 5 局部腐蚀和全面腐蚀的主要区别 项目 腐蚀形态 腐蚀电池 电极面积 电势 腐蚀产物 全面腐蚀 腐蚀分布在整个金属表面上。 阴极和阳极在金属表面上变换不定,不可辨别。 阴极和阳极面积基本相等。 阳极电势=阴极电势=腐蚀电势。 可能会对金属有保护作用。 局部腐蚀 腐蚀破坏集中在一定的区域,其它部位基本不腐蚀。 阴极和阳极在金属表面上基本不变,可以辨别。 阴极面积>阳极面积。 阳极电势<阴极电势 对金属没有保护作用 从图 9 所示的腐蚀极化图也可看出局部腐蚀与全面腐蚀的区别。图 9(a) 为局部腐蚀的极 化图。由于局部腐蚀阴、阳极间有欧姆电压降 IRL,其中 I 为腐蚀电流强度,RL 为溶液电阻。 因此阳极电势φA 比阴极电势φC 低,二者之差等于 IRL。 全面腐蚀可忽略溶液电阻,如图 9(b),即 IR L 趋于 0 ,使阴、阳极极化曲线交于一点, 因此阴、阳极电势相等,都等于腐蚀电势。这样对于全面腐蚀,可把整个金属表面既看成阳 极,又看成阴极,故稳态腐蚀下,不但阴、阳极电流强度相等,而且电流密度也相等,因此极 化图的横坐标也可用电流密度表示。 图 9 局部腐蚀与全面腐蚀的腐蚀极化图区别 石油化工装置的破坏事故中,局部腐蚀造成的事故要比全面腐蚀造成的事故多得多,因而 危害较大。 6.2 局部腐蚀的分类及形貌特征 局部腐蚀可分为电偶腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、选择性腐蚀、应力腐蚀断裂、氢 脆、腐蚀疲劳和磨损腐蚀等。 6.2.1 电偶腐蚀 异种金属相接触,又都处于同一或相连通的电解质溶液中,由于不同金属之间存在实际 (腐蚀)电位差而使电位较低(较负)的金属加速腐蚀,称为电偶腐蚀,或双金属腐蚀、接触 腐蚀。 6.2.2 缝隙腐蚀 金属表面上由于存在异物或结构上的原因而形成缝隙,使缝内溶液中的物质迁移困难所引 起的缝隙内金属的腐蚀,称为缝隙腐蚀。缝隙腐蚀多数情况是宏观电池腐蚀。腐蚀形态从缝内 金属的孔蚀到全面腐蚀都有。试验证明:缝隙宽度一般在 0.025~0.lmm 的范围内,这样的缝 隙在实际中是常见的。以含 Cl 的溶液最容易引起该类腐蚀。 除了发生在溶液中的缝隙腐蚀外,还有一类发生在钢、铝、镁和锌等涂装层下的腐蚀,被 称为丝状腐蚀。因多数发生在漆膜下面,因此也称作膜下腐蚀。丝状腐蚀一般由蓝色呈“V” 字形的头部和棕褐色形态如丝状的身部(或尾部)所组成。腐蚀发生在活性的头部,身部(或 尾部)是非活性的。如图 10 所示。 — 图 10 丝状腐蚀的形态 6.2.3 孔蚀 金属材料在某些环境介质中,大部分表面不发生腐蚀或腐蚀很轻微,但在个别的点或微小 区域内,出现蚀孔或麻点,且随着时间的推移,蚀孔不断向纵深方向发展,形成小孔状腐蚀 坑。这种腐蚀现象叫做孔蚀,又称为点腐蚀。孔蚀是一种隐蔽性较强、危险性很大的局部腐 蚀。 孔蚀通常发生在易钝化金属或合金中,同时往往在有侵蚀性阴离子(例如 C1 )与氧化剂共 存的条件下。孔蚀是一种由小阳极大阴极腐蚀电池引起的阳极区高度集中的局部腐蚀形式。从 外观上看,有开口式的蚀孔,也有闭口式的,即表面为腐蚀产物所覆盖或表面仍残留有呈现凹 痕的金属薄层,内部则隐藏着严重的蚀坑。从实验及现场失效实物分析所获得的孔蚀坑的剖面 形貌基本上有 7 种不同特征的形貌如图 11 所示。图 12 是尿素甲铵冷凝器管板腐蚀穿孔宏观形 态和扫描电镜局部放大显示的沿晶形态。图 13 是 316L 不锈钢在 90℃,98%H2SO4 溶液中孔蚀 的形态。 — 图 11 孔蚀坑的 7 种剖面特征的形貌 图 12 尿素甲铵冷凝器管板腐蚀穿孔宏观形态和局部放大沿晶形态 a 孔蚀的宏观形态 b 腐蚀孔放大 c 腐蚀孔剖面宏观和中间局部放大的沿晶形态 图 13 316L 不锈钢在 90℃,98%H2SO4 溶液中孔蚀的形态

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