晶间腐蚀是什么?关于晶间腐蚀的详细介绍

创闻科学2020-11-17 12:29:32

晶间腐蚀是指金属材料在特定的腐蚀介质中沿晶界发生的一种局部选择性腐蚀。

晶间腐蚀的特征

晶间腐蚀是金属在特定的腐蚀环境中沿着或紧挨着晶界发生和发展的局部腐蚀破坏。由于金属材料在烙炼、焊接和热处理等过程中造成了不均匀性,进而导致晶界及其附近区域与晶粒内部存在电化学腐蚀。晶间腐蚀从金属材料表面开始,沿着晶界向内部发展,使晶粒间的结合力大大丧失,导致材料的强度几乎完全消失。有些经受晶间腐蚀的不诱钢材料,外表虽然还十分光亮,但轻轻敲击即可碎成细粉。因此,晶间腐蚀是一种危害性很大的局部腐蚀。

晶间腐蚀理论

目前有多种理论解释晶间腐蚀现象,但是在探究这种晶界阳极区的来源、发展和分布时,却有不同的见解,因而形成了许多不同的晶间腐蚀理论。

贫铬理论

贫铬理论又称为贫乏理论,最早发现于奥氏体不诱钢,是目前最广泛接受的理论。该理论认为碳化铬在晶界析出使晶界附近的铬贫化,进而导致晶间腐蚀的发生。该理论解释了多种奥氏体不诱钢的晶间腐蚀。

第二相析出理论

晶界α相析出导致晶间腐蚀是最具代表性的第二相析出理论,对于低碳和超低碳不诱钢来说,引起晶界贫铬的碳化物析出较少。但一些实验表明,经过650-850°C加热后,即使是铬和铅含量都很高的超低碳不诱钢,在强氧化性介质中或其电位处于过纯化区时也会发生晶间腐蚀。这种晶间腐蚀与α相在晶界析出有关。α相是铁、铬金属间化合物,还可能溶解部分合金元素钢,它的形成温度为650-850°C。因此,奥氏体不诱钢在析出α相的温度区内长时间受热,可能产生由α相析出引起的晶间腐蚀。研巧者对α相的阳极极化曲线进行了测定,发现在过纯化电位下α相会发生选择性溶解。由此说明这类晶间腐蚀是由沿晶界分布的α相选择溶解引起的。

晶界吸附理论

超低碳不锈钢在1050℃固溶处理后,在强氧化性介质中也会出现晶间腐蚀,此时不能用贫铬或σ相析出理论来解释。实验表明,P杂质达100ppm或Si杂质达1000~ 2000ppm时,它们在高温区会使晶界吸附,并偏析在晶界上,这些杂质在强氧化剂介质作用下便发生溶解,导致晶界选择性的晶间腐蚀。这种钢经敏化处理后,反而不出现晶间腐蚀,这是由于碳和磷生成磷的碳化物,限制了磷向晶界的扩散,减轻杂质在晶界的偏析,消除或减弱了刚才对晶间腐蚀的敏感性。

除了以上的几项主要的晶间腐蚀理论,还有许多不同的晶间腐蚀理论分析与解释了晶间腐蚀起因、发展和分布。例如亚稳沉淀相理论、应力论等。从现有合金脱溶沉淀理论和金属化合物在蚀介质中腐蚀电化学行为的表现出发,目前的晶间腐蚀理论可分为三大类。

第一类是从脱溶结果考虑,基于热力学及结构学角度,依据平衡相图及金相组织分析沉淀相的性质、沉淀相的形貌、沉淀相所导致的应力、沉淀相附近的贫乏区对晶间腐蚀的影响而得出的理论,有阳极相理论、贫乏论、沉淀相形貌论、应力论。

第二类是从脱溶过程考虑,基于动力学,从脱溶各阶段,特别是亚稳沉淀相来探讨晶间腐蚀问题,或将晶界吸附认为是晶界区的预沉淀现象,如亚稳沉淀相理论,晶界吸附理论。

第三类是从腐蚀过程考虑,晶间腐蚀属于局部腐蚀,并和多电极系统在腐蚀介质中各相电化学行为有关。所以从腐蚀电化学理论的基本观点看,晶间腐蚀被认为是一个微区电化学现象。

这三类理论是随着晶间腐蚀研巧的深入而发展起来的,并不是互相抵触的,而是相互补充、相辅相成的,从而适用于不同的合金组织和环境体系。但目前复杂的晶间腐蚀机理模型仍有待进一步的发展。

测定方法

目前晶间腐蚀评定方法有很多,这些方法的实验原理和使用范围各不相同,不同的评定方法适用于不同的不铸钢、合金及不同的环境介质,因此正确合理地选用晶间腐蚀评定方法非常重要。晶间腐蚀的测定方法大致可分为化学试验法、物理试验法和电化学试验法三大类。化学试验方法很多,比较成熟,应用广泛;物理检验方法金相法和弯曲法应用最广,特别是金相检验方法,长期以来在获得晶粒边界附近的结构和成分方面有重要的意义;电化学检验法具有快速、定量、无损以及便于现场检验等优点,近年来越来越多应用于现代材料的腐蚀监测与检测。