材料性能學(xué)PropertiesofMaterials材料在環(huán)境介質(zhì)作用下的腐蝕10.1金屬材料的應(yīng)力腐蝕

StressCorrosionofMetals10.2陶瓷材料在環(huán)境介質(zhì)作用下腐蝕Corrosionofceramics

10.3高分子在環(huán)境介質(zhì)作用下腐蝕CorrosionofPolymersCorrosioninenvironmentalmedium

一、填空1.材料發(fā)生應(yīng)力腐蝕斷裂的三個(gè)基本條件是

、

和

。2.應(yīng)力腐蝕斷裂過(guò)程可分為

、

和

三個(gè)階段。3.材料發(fā)生應(yīng)力腐蝕時(shí)的應(yīng)力來(lái)源于

和

。

由于環(huán)境介質(zhì)的作用、材料表面發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)的現(xiàn)象。腐蝕Corrosion由高能→低能自發(fā)進(jìn)行的過(guò)程。

Fe→Fe2O3、Fe3O4、FeS腐蝕Corrosion作用：金相制樣，電鏡樣品、陽(yáng)極保護(hù)、印刷線路板有害：失效形式。有利：對(duì)材料進(jìn)行電化學(xué)加工。腐蝕類型

TypeofCorrosion腐蝕機(jī)理：化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕腐蝕環(huán)境：自然環(huán)境：大氣/海水/淡水/土壤腐蝕。工業(yè)環(huán)境：酸/堿/鹽溶液/有機(jī)化合物等。熔融介質(zhì)：熔融鹽/堿/液態(tài)金屬等。外部特征：全面腐蝕：均勻、不均勻；局部腐蝕：點(diǎn)蝕、晶間腐蝕、穿晶腐蝕等。應(yīng)力+環(huán)境介質(zhì)：應(yīng)力腐蝕：√StressCorrosion

腐蝕疲勞：交變應(yīng)力+腐蝕環(huán)境氫損傷：氫脆√、氫鼓泡、氫腐蝕10.1金屬材料的應(yīng)力腐蝕10.1金屬材料的應(yīng)力腐蝕

一、應(yīng)力腐蝕特點(diǎn)：合金+拉應(yīng)力+特定介質(zhì)→→→應(yīng)力腐蝕材料在拉應(yīng)力和特定介質(zhì)的共同作用下引起的脆性斷裂，稱為應(yīng)力腐蝕（scc:stresscorrosioncracking）純金屬少發(fā)生。（無(wú)機(jī)非、聚合物）外加/殘留拉應(yīng)力。

SCC：σ<σsA不銹鋼+C1ˉ→氯脆（F不銹鋼無(wú)）碳鋼+OHˉ溶液→堿脆

+NO3-溶液→硝脆銅合金+氨離子→氨脆黃銅彈殼+潮濕氨氣介質(zhì)介質(zhì)溫度影響：大多<100℃，A不銹鋼+MgCl2：120～150℃介質(zhì)的腐蝕性一般不是很強(qiáng)，若無(wú)拉應(yīng)力的共同作用，材料不會(huì)腐蝕。合金+拉應(yīng)力+特定介質(zhì)→→→應(yīng)力腐蝕腐蝕速度υ：決定于應(yīng)力場(chǎng)。無(wú)應(yīng)力腐蝕<scc<力學(xué)斷裂一般是脆斷；應(yīng)力腐蝕斷口：一般：一條主裂紋+若干分枝（分叉）；可沿晶、穿晶擴(kuò)展、或兩者兼有。一般是脆斷；應(yīng)力腐蝕斷口：一條主裂紋+分枝沿晶316不銹鋼氯化物誘導(dǎo)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂（100x放大）斷口宏觀特征：與疲勞斷口相似：3個(gè)區(qū)亞穩(wěn)擴(kuò)展區(qū)：腐蝕產(chǎn)物和氧化,→呈黑色、灰黑色。應(yīng)力腐蝕斷口：1Cr18Ni9Ti氯離子環(huán)境下應(yīng)力腐蝕斷口斷口微觀形貌：“泥狀花樣”腐蝕產(chǎn)物（TEM）（泥土干裂的樣子）腐蝕坑（SEM）應(yīng)力腐蝕斷口：“泥狀花樣”核桃紋斷口上有許多正方形和三角形腐蝕坑。

開(kāi)裂主要沿｛100｝晶面和｛111｝晶面。X70管線鋼，新疆土壤，裂紋萌生，穿晶應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂二、應(yīng)力腐蝕力學(xué)性能指標(biāo)

早期：光滑試樣

+介質(zhì)

+

拉應(yīng)力→

σ-t曲線（疲勞S-N曲線）

→→

σscc（不發(fā)生應(yīng)力腐蝕的臨界應(yīng)力）90%總時(shí)間（t）：裂紋形成；不反映裂紋體的抗應(yīng)力腐蝕性能。

同疲勞研究相似二、應(yīng)力腐蝕力學(xué)性能指標(biāo)斷裂力學(xué)：預(yù)制裂紋試樣+應(yīng)力+介質(zhì)→→

lgda/dt~K曲線。KIscc<K<KIC：亞穩(wěn)狀態(tài)階段3：失穩(wěn)擴(kuò)展階段2：水平段，裂紋尖端分叉，電化學(xué)過(guò)程控制。階段1：加速擴(kuò)展。KI>KIC斷裂KIscc：應(yīng)力腐蝕門檻；KI≤KIscc不破壞.三、應(yīng)力腐蝕機(jī)理未統(tǒng)一，有多種理論1.陽(yáng)極溶解（鈍化膜破壞）機(jī)理：拉應(yīng)力作用下，表面鈍化膜破壞。新鮮金屬表面（陽(yáng)極）+鈍化膜（陰極）+介質(zhì)→腐蝕微電池原有裂紋→應(yīng)力集中→陽(yáng)極電位降低→腐蝕加劇2.氫致開(kāi)裂理論：某些高強(qiáng)合金中，氫原子和應(yīng)力的共同作用導(dǎo)致脆性斷裂，稱為氫脆。是應(yīng)力腐蝕斷裂的一種機(jī)理。內(nèi)部氫脆：環(huán)境氫脆：H:來(lái)源于陰極反應(yīng)過(guò)程；H:冶煉（雜質(zhì)）、焊接(水分)、酸洗（水分）等過(guò)程。李薰(1913.11.20-1983.3.20)物理冶金學(xué)家.中國(guó)科學(xué)院學(xué)部委員（1993年改稱院士）中國(guó)科學(xué)院金屬研究所的創(chuàng)建者和首任所長(zhǎng)，

主持金屬研究所工作30年，

中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)分院院長(zhǎng).鋼中氫導(dǎo)致發(fā)裂及去氫規(guī)律

公認(rèn)為氫脆研究領(lǐng)域的創(chuàng)始人.氫脆與應(yīng)力腐蝕的關(guān)系氫脆與應(yīng)力腐蝕的關(guān)系人們普遍認(rèn)為氫對(duì)金屬材料的塑性載體-位錯(cuò)不僅沒(méi)有阻礙作用，甚至可以促進(jìn)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，但最近的模擬工作卻預(yù)測(cè)了截然不同的結(jié)果。氫不僅能導(dǎo)致金屬鋁中的位錯(cuò)產(chǎn)生強(qiáng)烈釘扎，而且該過(guò)程可逆，即在停止供氫一段時(shí)間后，被釘扎的位錯(cuò)又可以在外力的作用下恢復(fù)運(yùn)動(dòng)能力。這種釘扎作用需要將含氫材料靜置幾十分鐘才有效，與前人所預(yù)期的時(shí)間相差了至少三個(gè)量級(jí)，提出充氫原子與空位的結(jié)合體而不是氫原子本身在該過(guò)程中起到了主導(dǎo)作用。西安交大在氫脆機(jī)理方面取得突破性進(jìn)展！10.2陶瓷材料在環(huán)境介質(zhì)作用下的腐蝕優(yōu)異的耐熱性和耐腐蝕性；腐蝕性環(huán)境：裂紋緩慢擴(kuò)展、強(qiáng)度降低。潮濕氣體（空氣、氮?dú)?、水蒸氣等）水性溶液（酸、堿、氨水等）有機(jī)溶劑（甲醇、甲苯、乙醇等）。晶界腐蝕控制晶界組成和結(jié)構(gòu)；腐蝕環(huán)境+陶瓷。

陶瓷在高溫Na中的腐蝕

Al2O3等氧化物陶瓷+高溫Na環(huán)境Si3N4、SiC等硅系陶瓷+高溫Na中

Na沿晶界擴(kuò)散，Si-O鍵斷裂，晶界腐蝕..陶瓷在酸溶液中的腐蝕Si3N4+氫氟酸

3.

陶瓷在高溫高壓下的水熱腐蝕金屬材料\陶瓷材料:水是最強(qiáng)烈的腐蝕性物質(zhì)。10.3.1高分子材料的腐蝕形式：化學(xué)裂解：化學(xué)反應(yīng)，破壞主價(jià)鍵。溶脹溶解：破壞次價(jià)鍵滲透破壞：基體材料的腐蝕應(yīng)力開(kāi)裂：10.3高分子材料在環(huán)境介質(zhì)作用下的腐蝕10.3.2高分子材料的應(yīng)力腐蝕高分子材料在某種環(huán)境介質(zhì)中時(shí)，在低應(yīng)力下產(chǎn)生銀紋、裂紋、甚至斷裂的現(xiàn)象。拉應(yīng)力+溶劑→銀紋工業(yè)上應(yīng)用：檢查制品的內(nèi)應(yīng)力。

應(yīng)力+溫度+溶劑