晶间腐蚀是金属在特定的腐蚀介质中,沿着材料的晶粒间界发生的局部腐蚀。腐蚀沿着金属或合金的晶粒边界或它的临近区域进行,而晶粒本身腐蚀很轻微。
晶间腐蚀从金属表面开始,沿着晶界向内部发展,使晶粒间的结合力大大减弱,降低材料的强度,严重时可使材料的机械强度完全丧失。这是一种危害性很大的局部腐蚀,因为材料产生腐蚀后,外观上没有什么明显变化,但强度已完全丧失,常造成设备的突然损坏。因此,它是危害性较大的局部腐蚀形式之一。
通常,钝态合金组织中的晶界活性不大,但当它经历一定的温度变化过程时,便具备了晶间腐蚀敏感性,此时晶界的活性增大,晶界与晶粒之间存在着一定程度的电位差,形成腐蚀原电池。晶粒为阴极,晶界为阳极,晶界产生局部腐蚀。
产生晶间腐蚀的另一原因是晶界物质自身具有晶间腐蚀敏感性,因为晶界是新相形成的最佳场所,新相的形成往往造成某种或几种合金元素的贫化,使晶界区的耐蚀性下降。并且,有些新相本身就容易腐蚀,或新相在晶界的析出造成晶界的内应力较大。由此造成晶粒和晶界在电化学上的不均匀性,使得晶粒和晶界具有不同的腐蚀速度。
不锈钢、镍基合金、铝合金、镁合金等都是晶间腐蚀的敏感材料。这些材料在高温条件下工作或焊接时都会引起晶间腐蚀。以晶间腐蚀为起源,在应力和介质的双重作用下,可使不锈钢、铝合金等诱发晶间应力腐蚀,所以,晶间腐蚀有时是应力腐蚀的先导。
溶质贫化理论是人们目前普遍接受的理论。“贫化”是个总称,对不锈钢和钼、铬、镍合金是贫铬论,对铅铜合金是贫铜论。这个理论能很好地解释奥氏体不锈钢的晶间腐蚀。现以此为例来介绍贫化理论。
不锈钢材料在出厂时已经过固溶处理,即把钢加热到1 050℃~1 150℃后进行淬火,目的是获得均相固溶体。奥氏体中含有少量碳,碳在奥氏体中的固溶度随温度的下降而减少。所以经固溶处理的钢,碳是过饱和的,当钢在450℃~850℃范围缓慢经过或停留时,便会在晶界上析出(Fe,Cr)23C6型碳化物。由于这种碳化物的含铬量比奥氏体基体的含铬量高得多,它的析出自然消耗了晶界附近大量的铬,而消耗的铬不能及时通过扩散得到补充。因为铬的扩散速度很慢,结果使晶界附近的铬含量低于钝化所必需的极限量(Cr为12%),形成贫铬区,因而钝态遭到破坏,晶界邻近区域电位下降。而晶粒本体仍维持钝态,电位较高,晶粒与晶界构成活态-钝态微电池,且具有大阴极—小阳极的面积比,导致晶界区的腐蚀。
当进一步增加回火时间,铬的扩散超过碳的扩散,因为晶内固溶体中铬的浓度实际没有改变,而碳的浓度由于形成了碳化物而显著降低,从而使晶内和晶界铬的浓度均匀化,因而提高了晶界的耐蚀性,降低了晶间腐蚀的倾向。
未完下接《表面科学与工程表面中金属的常见腐蚀形态之四——晶间腐蚀(2)》