不銹鋼材料的腐蝕形態(tài)有哪些

 目前，海洋能源的開(kāi)發(fā)已經(jīng)成為工業(yè)發(fā)展的焦點(diǎn)，海洋能源潛力巨大，因此，海洋工程用鋼在工業(yè)發(fā)展中有著巨大的發(fā)展?jié)摿托枨?，為了降低開(kāi)發(fā)成本，提高鋼的耐海水性，許多國(guó)家開(kāi)發(fā)了海水耐蝕鋼，如美國(guó)馬里納鋼鐵公司的APS20A系列，日本、法國(guó)和馬里洛鋼鐵公司的Ni-Cu-P系列，Cr-Al系列和Cu-Cr-Al系列。通常耐腐蝕材料選擇不銹鋼和鈦合金是最多的，常用的耐腐蝕性材料在耐蝕性能的應(yīng)用上具有很強(qiáng)的優(yōu)異性和良好的力學(xué)性能，在金屬的表面會(huì)自發(fā)的形成厚度大概為1~10nm的氧化膜，對(duì)材料的內(nèi)部起到保護(hù)的作用，對(duì)腐蝕起到阻礙作用。

 在許多情況下，不銹鋼和鈦合金受制于海洋腐蝕與摩擦磨損綜合作用，如深海潛水設(shè)備、水下機(jī)器人和潛艇等、骨科用生物材料如生髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)假體、切削工具、化學(xué)泵、食品加工和采礦設(shè)備。這些金屬或合金遭受劃傷、磨損、腐蝕和其他形式的腐蝕損傷、摩擦腐蝕會(huì)導(dǎo)致?lián)p壞或甚至完全去除表面的鈍化膜，導(dǎo)致腐蝕速度的加快。在大多數(shù)情況下，摩擦磨損造成的材料損耗大于純機(jī)械磨損與靜態(tài)腐蝕的簡(jiǎn)單損耗。隨著人們?cè)诨瘜W(xué)、電化學(xué)和機(jī)械領(lǐng)域研究的不斷深入，對(duì)金屬材料的摩擦腐蝕行為進(jìn)行了越來(lái)越多的研究。這些先前的研究大多基于對(duì)復(fù)雜現(xiàn)象的理解，包括識(shí)別腐蝕和磨損之間的協(xié)同作用以及通過(guò)數(shù)學(xué)模型量化協(xié)同成分。尤其是上文中提到的不銹鋼和鈦合金材料，在這些材料在應(yīng)用最廣泛的海水中的研究還很有限，浙江至德鋼業(yè)有限公司主要研究了不銹鋼在海水中的腐蝕性為。不銹鋼的耐腐蝕性很強(qiáng)，但是由于工作時(shí)間長(zhǎng)，腐蝕環(huán)境不斷惡化，不銹鋼也會(huì)發(fā)生一定程度的腐蝕，不銹鋼的腐蝕分類(lèi)主要根據(jù)腐蝕形態(tài)來(lái)區(qū)分，主要包括全面腐蝕和局部腐蝕兩種。全面腐蝕是均勻性的，金屬的表面與腐蝕環(huán)境中的介質(zhì)溶液完全接觸。整個(gè)材料表面都是腐蝕面，腐蝕程度在整個(gè)表面基本一致。而根據(jù)腐蝕狀態(tài)來(lái)分，又分為表面腐蝕和內(nèi)部腐蝕，主要腐蝕形式包括點(diǎn)蝕、晶間腐蝕、電偶腐蝕、縫隙腐蝕、磨損腐蝕、選擇性腐蝕、氫脆和腐蝕疲勞、應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂等。值得明確的是，全面腐蝕造成的質(zhì)量損失較大卻并不如局部腐蝕劇烈，后者因?yàn)椴灰最A(yù)測(cè)、突發(fā)性、復(fù)雜性，導(dǎo)致劇烈的設(shè)備破壞或斷裂，工程危害性極大。

一、晶間腐蝕

 晶間腐蝕是奧氏體不銹鋼中十分常見(jiàn)的一種腐蝕種類(lèi)，是指金屬及合金材料在腐蝕環(huán)境中腐蝕發(fā)生在晶粒晶界的一種腐蝕現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致晶粒之間的結(jié)合能力大大降低，從而對(duì)金屬及合金材料的強(qiáng)度造成極大的破壞。目前對(duì)于不銹鋼晶間腐蝕的理論依據(jù)主要有兩種說(shuō)法：貧化理論及晶界雜質(zhì)選擇溶解理論，而支持最多的是貧化理論，經(jīng)過(guò)高溫(即敏化溫度)處理后的不銹鋼材料會(huì)在晶界處析出碳化鉻，而由于在晶界處存在偏析現(xiàn)象導(dǎo)致晶界處會(huì)消耗更多的鉻，同時(shí)由于鉻在晶粒內(nèi)部的擴(kuò)散速度明顯更慢，來(lái)不及補(bǔ)充晶界處的鉻，所以，在晶界處出現(xiàn)了鉻的貧化現(xiàn)象，而貧鉻去由于電勢(shì)的不同會(huì)產(chǎn)生原電池效應(yīng)，同時(shí)也會(huì)造成鈍化膜的失效，從而導(dǎo)致不銹鋼材料腐蝕速度的加快，這就是晶間腐蝕的貧化理論。

二、應(yīng)力腐蝕

 是指材料在靜應(yīng)力和腐蝕共同作用下產(chǎn)生的失效現(xiàn)象，應(yīng)力腐蝕需要滿足一定的條件才會(huì)發(fā)生，對(duì)于不銹鋼材料，在材料受到一定程度應(yīng)力的同時(shí)，還要滿足產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的材料存在于含有一定濃度的氯離子及氧離子的腐蝕介質(zhì)之中。若氯離子濃度過(guò)高和過(guò)低，都不會(huì)發(fā)生應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象。應(yīng)力腐蝕雖然發(fā)生的條件苛刻，但是一旦發(fā)生，將對(duì)材料帶來(lái)不可挽回的毀滅性的破壞，所以一定要引起重視。應(yīng)力腐蝕引起材料失效主要分為三個(gè)階段：裂紋萌生階段、裂紋擴(kuò)展階段以及過(guò)載斷裂階段。

三、縫隙腐蝕

 工業(yè)生產(chǎn)中，往往是多種材料共同工作，不同的結(jié)構(gòu)材料會(huì)在接觸過(guò)程中形成一定寬度的縫隙，這樣會(huì)導(dǎo)致縫隙之間的介質(zhì)的不流通，從而加速了縫隙內(nèi)材料的腐蝕，這種情況稱為縫隙腐蝕?？p隙腐蝕與點(diǎn)蝕有相似之處，點(diǎn)蝕是在材料的表面局部區(qū)域發(fā)生，這會(huì)在后面詳細(xì)介紹，而縫隙腐蝕是發(fā)生在材料的縫隙部分。