金属的氯化物应力腐蚀破裂

2019-4-21 10:43:58      点击:

金属的氯化物应力腐蚀破裂又称氯脆,是指金属在腐蚀介质 Cl-和应力(残余应力、热应力、工作应力等共同作用下,产生的脆断现象。铝合金、高强度低合金钢、不锈钢、马 氏体时效钢以及钛合金,在一定条件下都会发生氯脆。其中,不锈钢的氯脆现象是比较常见的。

下面以不锈钢的氯脆为例来解释说明氯脆原理。

多数情况下,氯脆是以点蚀或缝隙腐蚀为起点的。不锈钢具有优良的机械性能和良好的  耐腐蚀性能,Cr Ni 是不锈钢获得耐腐蚀性能最主要的合金元素,其在不锈钢表面生成一 层十分致密、光亮的氧化物保护膜,大大提高了不锈钢的耐腐蚀性能。氯离子Cl-半径  小、穿透能力强,能够穿透这层氧化物保护膜,并且由于 Cl-有很强的可被金属吸附的能力, 它们会从金属表面把氧化物中的氧排挤掉,自身取代氧与金属形成氯化物。但氯化物与金属  表面的吸附不稳定,于是形成了可溶性物质,破坏了氧化保护膜,形成坑点或缝隙,成为氯  脆发生的起点。

氯化物氯离子腐蚀

在应力作用下,金属内部稳定的组织受到破坏,导致晶粒在应力方向的作用下位错而形 成滑移台阶,这些滑移台阶的构成给 Cl- 带来了吸附和渗透的机会。

Cl-在坑点或缝隙处聚集,在应力造成的晶格破坏协助下,渗入到金属基体,通过电化 学的阳极过程形成穿晶腐蚀或晶间腐蚀,阴极则由氢离子(酸性溶液或溶解氧中性水溶 液)担任。

阳极: M M+ + e

阴极: H+ + e H (酸性)

H2O + 1/2O2 + 2e 2OH-    (中性)

通过上述腐蚀萌生点的形成、应力作用、阳极腐蚀过程的进行,金属晶格被破坏,形成  腐蚀破裂现象,即氯化物应力腐蚀破裂。氯脆的腐蚀裂纹萌生处为坑点或缝隙,通常较宽, 而延伸多呈穿晶、沿晶或二者的混合形式,故整体且呈树枝状。

氯化物树状腐蚀

青岛清达环保总工韩泰清高工国家化学清洗标准 HG/T2387-92《工业设备化学清洗质量标准》的起草人和起草组负责人,具有 40 多年的防腐清洗和工业水处理实践经验1975 年发表的文章《奥氏体不锈钢换热器的氯化物应力腐蚀破裂》中提出,发生氯化物应力腐蚀 破裂的极限氯离子浓度是相当低的。即使在氯离子含量很低的水中,由于有局部沸腾如热水锅炉、热交换器等设备而引起氯离子浓缩,如果温度适当,再有溶解氧和一定应力的共 同作用,就易发生腐蚀破裂。

另外,在高温水中,有氯离子存在的条件下,溶解氧对应力腐蚀破裂起决定作用。

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