晶間腐蝕是金屬在適宜的腐蝕環境中沿著或緊挨著材料的晶粒間界發生和發展的局部腐蝕破壞形態。晶間腐蝕從金屬材料表面開始,沿著晶界向內部發展,使晶粒間的結合力喪失,以致材料的強度幾乎完全消失。例如,經受這種腐蝕的不銹鋼材料,外表雖然還十分光亮,但輕輕敲擊可能碎成細粉。因此,晶間腐蝕是一種危害性很大的局部腐蝕。
總體概況
晶間腐蝕是金屬材料在特定的腐蝕介質中沿晶界發生腐蝕,而使材料性能降低的現象。不銹鋼、鋁及鋁合金、銅合金和鎳合金都會發生晶間腐蝕。晶間腐蝕試驗方法一般可分為三類:現場掛片試驗、實驗室模擬試驗和實驗室加速試驗。從原理上看,各種試驗方法都是通過選擇適當的侵蝕劑和侵蝕條件加速對晶界區的腐蝕。通常可以采用化學浸泡和電化學方法實現。
化學浸泡試驗
化學浸泡試驗根據腐蝕介質的不同,晶間腐蝕的試驗方法可分為沸騰硝酸法、硫酸-硫酸鐵法、酸性硫酸銅法、硝酸-氫氟酸法等。
沸騰硝酸試驗是Huey于1930年最先提出的,以后Truman和Streicher等詳細地研究了試驗條件變化的影響。此法在美國應用最廣。它要求在65%的沸騰HNO3中進行五個周期(48h/周期)的試驗,每經一個周期試驗后均要更新試驗溶液,最終以試樣的質量損失來評定試驗結果,在某些情況下輔以肉眼或顯微鏡觀察晶粒脫落的情況。這種方法對于用于檢測在硝酸或其他強氧化性酸溶液中使用的合金的晶間腐蝕傾向是一種較好的方法。
草酸電解浸蝕試驗
不銹鋼10%草酸點解侵蝕試驗方法用于檢驗奧氏體不銹鋼和穩定化的鐵素體不銹鋼因碳化鉻沉淀引起的晶間腐蝕敏感性,此法不能檢驗σ相引起的晶間腐蝕敏感性。
10%草酸點解侵蝕試驗的溶液是將100g草酸溶于900ml蒸餾水中配制而成的,將試樣置于室溫溶液中,在1A/cm2電流密度下陽極電解1.5min.然后再150~500倍金相顯微鏡下檢查經電解侵蝕后的試樣表面,并根據晶界破壞程度確定材料是否需要用另一種標準化學浸泡方法進行再試驗。國家標準將浸蝕后晶界形態和組織結構分為七類,可據此確定材料是否沒有晶間腐蝕敏感性,或需要進一步用其他標準試驗方法再檢驗。草酸電解侵蝕試驗的工作電位在2.00V(SHE)以上,在這樣高的電位下,晶界的碳化鉻溶解速度至少比晶粒母體快一個數量級。因此如果碳化鉻在晶界是連續分布的,就會觀察到“溝槽”結構;如果碳化鉻在晶界的存在是不連續,就可觀察到“混合”結構。草酸點解侵蝕試驗能快速篩選通過優質材料,從而減少一部分繁雜耗時的檢驗工作,但該方法不能判廢任何材料。
動電位再活化法
電化學動電位再活化法是Novak1975年提出的,旨在預測奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕敏感性。將試樣在去氣的0.5M H2SO4+0.01M KSCN溶液(30℃)中浸泡5分鐘,然后以200mV/min的掃描速度從自然腐蝕電位(約0.450VSCE)正向極化到+0.200VSCE,在此電位下保持2分鐘使試樣鈍化后,再以同樣的速度逆向掃描到活化區。以曲線活化峰下面積說所給定的活化電荷Pa以及活化狀態的峰值電流密度iCa作為鑒別敏化試樣和正常試樣的標準。敏化試樣表現出較高的Pa和iCa,而對晶間腐蝕不敏感的試樣測得的數值就相對較低。這樣再活化電量Pa和電流密度iCa就與不銹鋼的晶間腐蝕狀態相關聯,且可對材料的敏化狀態作出比較。這種方法的特點是簡單方便,測定迅速。
恒電位法
不銹鋼中的晶間腐蝕大都在陽極控制下。晶界浸蝕大部分是由于晶界陽極極化較小的緣故,所以對晶間腐蝕非常敏感的材料表現的陽極極化行為與耐蝕材料是不同的。理想的電化學試驗方法是用恒電位儀把指定溶液介質中的試樣控制在給定電位,測量相應的極化電流,以特征參數區分不同敏化狀態或晶間腐蝕程度。
晶界屏蔽法
晶界腐蝕的本質是電化學腐蝕過程,在介質(或恒定電位)的作用下晶粒本體和晶界表現出完全不同的溶解速度。在解釋晶間腐蝕時,人們往往把材料的陽極極化曲線看作是晶界和晶粒本體的陽極極化曲線之和。JIeBИH于1955年利用晶界屏蔽法對鐵素體不銹鋼Cr27進行了研究。他首先測定整體試樣在4M HNO3溶液中的陽極極化曲線,然后把晶界屏蔽起來測出晶粒本體的極化曲線,然后利用減差法求出晶界的陽極極化曲線。這一個工作對于理解認識晶間腐蝕現象有幫助。

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