晶間腐蝕 晶間腐蝕:金屬材料在特定的腐蝕介質(zhì)中沿晶界發(fā)生的一種局部選擇性腐蝕。晶界是不同晶粒之間的交界。由于晶粒有著不同的位向,故交界處原子的排列必須從一種位向逐步過渡到另一種位向。因此,晶界實際上是種“面型”不完整的結(jié)構(gòu)缺陷。晶界上原子的平均能量因晶格畸變變大而高于晶粒內(nèi)部原子的平均能量。所高出的這部分能量稱為晶界能。純金屬的晶界在腐蝕介質(zhì)中的腐蝕速度比晶粒本體的腐蝕速度快,原因在于晶界的能量較高,原子處于不穩(wěn)定狀態(tài)。
特征 晶間腐蝕的特征是在金屬表面還看不出破壞時,晶粒之間已喪失了結(jié)合力,也失去了金屬的清脆聲,嚴重時只要輕輕敲打就會破碎成粉末。 產(chǎn)生晶間腐蝕的條件: 1、金屬或合金中含有雜質(zhì),或者有第二相沿晶界析出。 2、晶界與晶粒內(nèi)化學成分的差異,在適宜的介質(zhì)中形成腐蝕的電池,晶界為陽極,晶粒為陰極,晶界產(chǎn)生選擇性溶解。 3、有特定的腐蝕介質(zhì)存在。 在某些合金-介質(zhì)體系中,往往產(chǎn)生嚴重的晶間腐蝕。例如奧氏體不銹鋼在弱氧化性介質(zhì)(如充氣海水)或強氧化性介質(zhì)(如濃硝酸)的特定腐蝕介質(zhì)中,可能產(chǎn)生嚴重的晶間腐蝕。
腐蝕機理 1、貧化理論: 該理論認為,晶間腐蝕是由于晶界易析出第二相,造成晶界某一成分的貧乏化。 (1)對于奧氏體不銹鋼,因晶界析出Cr23C6相,造成晶界貧鉻,則為貧鉻理論; (2)對于鎳鉬合金,晶界析出Ni7Mo5,晶界貧鉬; (3)對于銅鋁合金,晶界析出CuAl2,造成晶界貧銅。
2、晶間σ相析出理論: 對于低碳的高鉻、高鉬不銹鋼已不存在貧鉻的條件,可是在650~850℃內(nèi)熱處理時,會生成含鉻42~48%的σ相FeCr金屬間化合物。在過鈍化電位下,相發(fā)生嚴重的腐蝕。其陽極溶解電流急劇地上升??赡苁铅蚁嘧陨淼倪x擇性溶解的緣故。 σ相FeCr金屬間化合物一般只能在很強的氧化性介質(zhì)中才能發(fā)生溶解。因而檢測這種類型的腐蝕必須使用氧化性很強的65%的沸騰硝酸,才能夠使不銹鋼的腐蝕電位達到過鈍化區(qū)。 3、晶界吸附理論: 超低碳不銹鋼在1050℃固溶處理后,在強氧化性介質(zhì)中也會出現(xiàn)晶間腐蝕,此時不能用貧鉻或σ相析出理論來解釋。實驗表明,P雜質(zhì)達100ppm或Si雜質(zhì)達1000~ 2000ppm時,它們在高溫區(qū)會使晶界吸附,并偏析在晶界上,這些雜質(zhì)在強氧化劑介質(zhì)作用下便發(fā)生溶解,導致晶界選擇性的晶間腐蝕。這種鋼經(jīng)敏化處理后,反而不出現(xiàn)晶間腐蝕,這是由于碳和磷生成磷的碳化物,限制了磷向晶界的擴散,減輕雜質(zhì)在晶界的偏析,消除或減弱了剛才對晶間腐蝕的敏感性。 上述幾種晶間腐蝕理論并不矛盾,他們各自適用于一定的合金組織狀態(tài)和介質(zhì)條件。貧化理論適用于弱氧化性介質(zhì),晶間σ相析出理論適用于強氧化劑介質(zhì)、金相中有σ相的高鉻、高鉬不銹鋼,晶界吸附理論適用于強氧化劑介質(zhì)。 影響因素 1、熱處理溫度與時間的影響:不銹鋼在能夠產(chǎn)生晶間腐蝕的電位區(qū),是否產(chǎn)生晶間腐蝕以及腐蝕程度如何,都由鋼的熱處理制度對晶間腐蝕的敏感性所決定,即取決于受熱的程度、時間及冷卻速度。 750℃以上,析出不連續(xù)顆粒,Cr擴散也容易,不產(chǎn)生晶間腐蝕。 600-700℃之間,析出網(wǎng)狀Cr23C6,晶間腐蝕**嚴重的。 600℃以下,Cr、C擴散緩慢,需更長時間形成碳化物,腐蝕減弱。 低于450℃:難于晶間腐蝕。