ZCT慢应变拉伸机理.doc

《ZCT慢应变拉伸机理.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、衡量合金SCC敏感性的两个重要参数是最大应力值和延伸率。应力值和延伸率都是越大越好，也即σ-δ曲线下的面积越大，合金的敏感性越小。在1×10-6s-1的应变速率下，Zn-Cu-Ti合金的SCC敏感性为：自来水＜3.5%NaCl溶液＜空气。在自来水中，表面形成腐蚀产物ZnO，阻碍裂纹扩展，降低了合金的SCC敏感性；而在NaCl中，Cl的存在使电化学腐蚀作用加剧，虽然表面也形成腐蚀产物ZnO，但是由于腐蚀坑中有Cl，与ZnO、OH一起生成络合物，破坏ZnO沉淀的堵塞作用，导致裂纹尖端酸化减弱，减缓SCC行为，故与在自来水相比，SCC敏感性较大。由图2-30可见，当应变速率为4×10-6s-1时

2、，试样的SSRT拉伸最大载荷强度及延伸率均比应变速率为1×10-5s-1时低，可见应变速率对SCC敏感性有明显影响。当应变速率减小至1×10-6s-1时，试样的最大载荷强度和断裂延伸率继续急剧下降。SSRT测试时，若应变速率进一步提高（10-4s-1），变形过程中的腐蚀开裂作用将减弱，即在高应变速率下，环境介质和试样间未完全发生SCC作用时，拉伸塑性变形就使试样断裂，其延伸率接近空气介质中常规拉伸时的延伸率，表现出较低的SCC敏感性。应变速率过低时，试样拉伸裸露出的新鲜表面上钝化膜形成足够快，甚至快于拉伸产生新表面的速率，则SCC也无法完全发生作用，试样的断裂强度和延伸率也和常规测试近似。

3、由于试样受力表面产生塑性变形及局部溶解，导致表面腐蚀产物局部破坏，形成以腐蚀产物为阴极，裸露基体为阳极的溶解过程，产生蚀坑或裂纹源，进而萌生SCC裂纹。进入合金内部的裂纹尖端不存在腐蚀产物，以电极电位较高的第二相析出物为阴极，在溶液电解液作用下，继续反应，合金可能发生的电化学反应[87]为：阳极：Zn→Zn2++2e-（4.1）阴极：O2+2H2O+2e-→H2O2+2OH-（4.2）H2O2+2e-→2OH-（4.3）Zn2+和OH-生成Zn（OH）2，由于Zn（OH）2的溶解度积Ksp很低，仅为3×10-17，逐渐转化成ZnO，即Zn2++2OH-→Zn（OH）2（4.4）Zn（OH）

4、2→ZnO+H2O（4.5）ZnO覆盖在基体表面，形成具有抗腐蚀性能的膜，可以阻止锌合金的进一步腐蚀。但当絮状的ZnO沉淀堵塞住蚀坑或裂纹源时，裂纹尖端就会形成闭塞区，随着反应的进行，里面的氧耗尽，Zn2+水解酸化，导致环境急剧恶化，SCC加快。第三章讨论了环境介质对ZCT合金SCC行为的影响，结果表明在自来水和3.5%NaCl溶液中，ZCT合金的SCC敏感性减弱。在自来水中ZCT合金的SCC敏感性减弱，根据断口形貌观察，基体表面覆盖有一层较致密的颗粒状腐蚀产物，其具有抗腐蚀性能，可以阻止合金进一步向内部腐蚀，因此ZCT合金的SCC敏感性减弱。为了进一步了解ZCT合金的SCC机理，讨论分析

5、合金在3.5%NaCl溶液中的SCC断口形貌和机理。图4-5Zn-Cu-Ti合金在3.5%NaCl溶液中腐蚀产物的SEM照片和EDS谱图Fig.4-5SEMimagesandEDSspectraofcorrosionproductofZCTalloyin3.5%NaClsolution利用能谱仪分析，ZCT试样在3.5%NaCl中SSRT断口表面的絮状成团物质，结果见图4-5。根据分析结果，此物质中存在大量O元素和少量Cl元素，推断此腐蚀产物是氧化锌（ZnO）和某种锌的络合物。试样在3.5%NaCl溶液中发生腐蚀，生成腐蚀产物ZnO，但是其SCC敏感性与空气中相比反而减弱。这是因为腐蚀坑内

6、存在Cl元素，Cl元素有防止钝化的能力，Cl-与Zn（OH）2反应，生成可溶的Zn2+-Cl--OH–络合物[88]，由此破坏ZnO沉淀的堵塞作用，导致裂纹尖端酸化减弱，使得SCC行为减缓，相当于在应力作用下进行常规拉伸。ZCT合金试样在3.5%NaCl溶液中产生了较大的裂缝（见图3-4（c）），其原因可能是：（1）试样在SSRT测试开始阶段由于电解液的存在，电子传输速度加快，腐蚀速度较快，产生较大裂缝，随着反应进行生成具有保护性的腐蚀产物膜，但是由于溶液中CI-的破坏作用，导致裂纹两侧保护膜溶解消失，裂纹尖端和两侧存在的电位差消失，从而抑制了裂缝尖端金属原子的电化学溶解，因此虽然此前产生

7、了裂纹，但裂纹难以扩展，消失在金属内部。（2）裂缝是合金试样在最后失稳断裂阶段，在应力的拉伸作用下，迅速断裂形成的。因此导致在3.5%NaCl溶液中，ZCT合金试样的SCC敏感性反而减弱。Cl-在ZCT合金的SCC过程中具有减缓SCC进程的作用。综合上述分析，Zn-Cu-Ti合金的SCC机理为阳极溶解型，在3.5%NaCl溶液中ZCT合金的SCC过程可以总结为：锌合金产生保护性腐蚀产物膜→应力作用下保护膜局部破坏→局部阳