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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)

上接《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(1)》

       溶质贫化理论能很好地解释回火温度和时间、钢的含碳量、碳化物生成元素的含量,以及保证钢的耐蚀性的合金元素(CrMoSi等)对晶界腐蚀的影响。

实验表明,奥氏体不锈钢在强氧化性介质(如浓硝酸)中也能产生晶间腐蚀,但腐蚀情况与在氧化性或弱氧化性介质中的情况不同。观察发现,晶间腐蚀发生于经过固溶处理的不锈钢,而经过敏感化处理的不锈钢反而不发生。显然不能用贫化理论来解释这种现象。同时,实验还表明,当固溶体中含有磷杂质达1×104时,或硅杂质为(12)×103时,它们便会偏析在晶界上。这些杂质在强氧化性介质作用下便发生溶解,导致晶间腐蚀。而不锈钢经敏感化处理后,由于碳可以与磷和金属(M)生成(MP23C6或由于碳的首先偏析限制了磷向晶界扩散,这两种情况都会免除或减轻杂质在晶界上偏析,结果反而消除或减弱了不锈钢对晶界腐蚀的敏感性。

       上述两种解释晶间腐蚀机理的理论各自适用于一定合金的组织状态和一定的介质,不是互相排斥而是互相补充的。但应该看到,最常见的晶间腐蚀多数是在弱氧化性或氧化性介质中发生的。因此,对绝大多数的腐蚀实例都可用贫化理论来解释。

       引起常用奥氏体不锈钢晶界腐蚀的介质,主要有两类:一类是氧化性或弱氧化性介质,如充气的海水,MgCl溶液等;另一类是强氧化性介质,如浓硝酸,Na2Cr2O7溶液等。其中以前者较为普遍,腐蚀也较为严重。

晶粒与晶界间存在电位差,是产生晶间腐蚀的内在因素。在氧化性介质中,随着不锈钢中铬含量的减少,阳极电流密度显著增大。由于晶界贫铬,因此,晶界的腐蚀速度远大于晶粒本体的腐蚀速度,加速了晶间腐蚀。

在能够产生晶间腐蚀的电位区内,不锈钢是否发生晶间腐蚀,以及腐蚀程度如何,都依钢的热履历来确定。不锈钢经过在450~850℃温度范围内的加热,可产生晶间腐蚀倾向,其中在650℃一750℃范围内加热对晶间腐蚀最为敏感,说明在此温度下产生晶间腐蚀倾向所需时间最短。在一定的敏化温度下,随着加热时间的延长,晶间腐蚀倾向增大。

最主要的影响因素是碳,钢中碳含量愈高,碳向晶界扩散倾向越大,造成晶间腐蚀倾向越严重。铬、钼含量增加,可降低碳的活度,降低晶间腐蚀倾向;而镍、硅等不形成碳化物的元素,会提高碳的活度,加速晶间腐蚀;钛、铌等稳定化元素能降低产生晶间腐蚀的敏感性,从而提高材料抗晶间腐蚀的能力


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