第六章 金属的应力腐蚀和氢脆断裂课件.ppt

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1、材料性能学第六章金属的应力腐蚀和氢脆断裂Ch1材料在单向静拉伸载荷下的力学性能Ch2材料在其他静载荷下的力学性能Ch3材料的冲击韧性及低温脆性Ch4材料的断裂韧性Ch5金属的疲劳性能Ch6金属的应力腐蚀和氢脆Ch7金属的磨损和接触疲劳Ch8金属的高温力学性能Ch9~Ch11聚合物、陶瓷、复合材料的力学性能材料性能学主要内容应力腐蚀氢脆金属腐蚀概述水平热水管线底部垢下局部腐蚀早期穿孔油田管道焊接接头腐蚀照片油管腐蚀穿孔腐蚀危害巨大造成巨大的经济损失10%钢铁→铁锈，2~4%GDP30%钢铁设备损坏约为水

2、灾、火灾、风灾和地震（平均值）损失的6倍造成金属资源和能源的浪费1000多万吨环境、安全危害有毒有害物料泄漏，涂料和缓蚀剂阻碍新技术的发展先解决腐蚀问题§6.1金属腐蚀概述金属与腐蚀介质相互接触由于化学或电化学原因使材料遭受破坏或性能恶化的过程。本质：金属（高能态）→化合物（低能态）△G﹤0，自发过程不可逆过程一、定义二、分类按相互作用的性质：电化学腐蚀化学腐蚀化学腐蚀电化学腐蚀条件金属跟非电解质直接接触不纯金属或合金跟电解质溶液接触现象无电流产生有微弱电流产生本质金属被氧化较活泼金属被氧化按环境：大

3、气腐蚀土壤腐蚀海水腐蚀高温气体化工介质按照破坏形式：全面腐蚀和局部腐蚀局部腐蚀，集中于金属表面某一区域，危害性大。腐蚀速度大几百倍小孔、缝隙、晶间、丝状、应力腐蚀开裂、电偶、氢脆、选择性、冲刷、湍流、气蚀等（一）腐蚀原电池（二）电极电位及电动序（三）极化（四）金属的钝化三、金属电化学腐蚀原理（一）腐蚀原电池电化学腐蚀的实质：浸在电解质溶液中的金属表面上形成了以金属为阳极的腐蚀原电池。(1)工作原理Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑基本构成：两个电子导体、电解质溶液、导电通路定义：腐蚀原电池是只能导致

4、金属材料破坏而不能对外界作功的短路原电池。腐蚀原电池的特点：阳极反应是金属的氧化反应，金属破坏阴、阳极短路，化学能→热能，不对外做功不可逆过程原电池能量转换:化学能→电能（2）形成腐蚀原电池的原因金属方面成分不均匀组织结构表面状态应力和形变热处理差异环境方面金属离子浓度差异氧含量差异温度差异电化学不均匀（3）腐蚀原电池的种类宏观微观(4)腐蚀过程的产物可溶和不可溶性产物定义：电极反应导致在“金属／介质”两相界面上建立起的离子双电层结构间存在的电位差。（1）电极电位（二）电极电位及电动序（2）电动序电动

5、序：将各种金属的标准电位的数值从小到大排列起来作用：粗略地判断金属的腐蚀倾向标准电位标准状态时的平衡电位E0称为标准电位。金属在25度时的标准电极电位EO（V，SHE）腐蚀热力学电极反应Eo电极反应EoK=K++eNa=Na++eMg=Mg2++2eAl=Al3++3eTi=Ti2++2eMn=Mn2++2eCr=Cr2++2eZn=Zn2++2eCr=Cr3++3eFe=Fe2++2eCd=Cd2++2eMn=Mn3++3eCo=Co2++2e-2.925-2.714-2.37-1.66-1.63-

6、1.18-0.913-0.762-0.74-0.440-0.402-0.283-0.277Ni=Ni2++2eMo=Mo3++3eSn=Sn2++2ePb=Pb2++2eFe=Fe3++3eH2=2H++2eCu=Cu2++2eCu=Cu++e2Hg=Hg22++2eAg=Ag++eHg=Hg2++2ePt=Pt2++2eAu=Au3++3e-0.250-0.2-0.136-0.126-0.0360.000+0.337+0.521+0.189+0.799+0.854+1.19+1.50（三）极化与极化

7、曲线(1)极化当电极上有电流流过时电位显著偏离未通电流时的起始值的现象。阳极极化的原因：①V电子迁移>V金属溶解（活化极化）②V金属溶解>V离子扩散（浓差极化）③阳极钝化，（电阻极化）阴极极化的原因：①V电子迁移>V阴极反应（活化极化）②反应物或反应生成物扩散速度慢，（浓差极化）钝化：金属由于表面生成致密钝化膜，阻碍金属氧化产生阳极极化的现象。化学或电化学钝化（四）金属的钝化0102030405060HNO3，%工业纯铁的腐蚀速度与硝酸浓度的关系，温度25度100005000activepassive

8、passivation§6.2应力腐蚀应力腐蚀断裂SCC（StressCorrosionCracking）金属在拉应力和特定的化学介质共同作用下，经过一段时间后所产生的低应力脆断现象。一、应力腐蚀现象及其产生条件1.现象SCC（StressCorrosionCracking）材料类型腐蚀介质类型应力腐蚀名称低碳(低合金)钢苛性碱溶液含硝酸根离子介质碱脆硝脆奥氏体不锈钢含氯离子介质氯脆铜合金氨气介质氨脆高强铝合金潮湿空气、蒸馏水中脆裂2.产生条件应力化学介