【正文】 較大,易于擴(kuò)散而有利于閉氣孔的清除；而原子半徑大的氮?jiǎng)t由于其擴(kuò)散系數(shù)較小難于擴(kuò)散而阻礙燒結(jié)。 ：由D0= 和t=30min,D=3D0=：　　　　　D2D02=kt 　K=　　　　　D=1181。m,12()2=kt=　　　∴ t=腐蝕與防護(hù)1 名詞解釋及符號(hào)意義全面腐蝕：是常見的一種腐蝕,是指整個(gè)金屬表面均發(fā)生腐蝕,它可以是均勻的也可以是不均勻的。全面腐蝕一般屬于微觀電池腐蝕。 　　　局部腐蝕：腐蝕作用集中在某一定的區(qū)域內(nèi),而金屬的其余部分幾乎沒有發(fā)生腐蝕。主要有點(diǎn)腐蝕(孔腐蝕) 、縫隙腐蝕、晶間腐蝕、選擇腐蝕,應(yīng)力腐蝕、腐蝕疲勞、湍流腐蝕等。 　　　點(diǎn)腐蝕：金屬的大部分表面不發(fā)生腐蝕或腐蝕很輕微,但在局部地方出現(xiàn)腐蝕小孔并向深處發(fā)展的一種腐蝕破壞形式。 　　　晶間腐蝕：是金屬材料在特定的腐蝕介質(zhì)中沿著材料的晶界發(fā)生的一種局部腐蝕。這種腐蝕是在金屬(合金) 表面無任何變化的情況下,使晶粒間失去結(jié)合力,金屬?gòu)?qiáng)度完全喪失,導(dǎo)致設(shè)備突發(fā)性破壞。 　　　應(yīng)力腐蝕：(英文縮寫SCC,stress corrosion crack) 是指金屬材料在特定腐蝕介質(zhì)和拉應(yīng)力共同作用下發(fā)生的脆性斷裂。 　　　腐蝕疲勞：在腐蝕介質(zhì)和交變應(yīng)力共同作用下而引起的材料或構(gòu)件的破壞。 　　　渦流腐蝕：腐蝕性流體與金屬間相互運(yùn)動(dòng)引起的金屬加速破壞。 　　　縫隙腐蝕：浸在腐蝕介質(zhì)中的構(gòu)筑物,由于金屬與金屬之間或金屬與非金屬之間形成縫隙,而縫隙中又可進(jìn)入并存留住腐蝕介質(zhì),從而使縫隙內(nèi)部產(chǎn)生加速腐蝕的現(xiàn)象。 　　　KISCC ： 一般認(rèn)為當(dāng)拉伸應(yīng)力低于某一個(gè)臨界值時(shí),不再發(fā)生斷裂破壞,這個(gè)臨界應(yīng)力稱應(yīng)力腐蝕開裂門檻值,用KISCC或臨界應(yīng)力243。th 表示。 　　　da/dt：表示單位時(shí)間內(nèi)裂紋的擴(kuò)展量叫應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展速率。 2 以不銹鋼在充氣的NaCl溶液中孔腐蝕為例,簡(jiǎn)述小孔腐蝕的機(jī)理。表面帶有氧化膜的金屬與含有活性氯離子的介質(zhì)接觸時(shí),活性氯離子首選吸附在金屬表面氧化膜的某些部位。當(dāng)金屬的電位達(dá)到孔蝕電位時(shí),在氧化膜或鈍化膜的薄弱點(diǎn),如在晶界、位錯(cuò)露頭、外來原子在點(diǎn)陣中的夾雜和氧化膜的應(yīng)力裂紋處,或者由于競(jìng)爭(zhēng)吸附的結(jié)果使金屬表面的吸附氧被氯離子取代,或由于電場(chǎng)強(qiáng)度使氯離子獲得足夠能量,使其穿過氧化膜的薄弱部分,從而使氧化膜受到局部破壞并使金屬發(fā)生局部的陽極溶解,于是開始形成蝕孔。在蝕孔開始形成之前有一段很長(zhǎng)的孕育期,有的可長(zhǎng)達(dá)幾個(gè)月甚至幾年,而一旦蝕孔形成之后,它的生長(zhǎng)卻是一個(gè)自催化過程,以不斷增長(zhǎng)的速度穿透金屬。 3 為提高18Cr9Ni不銹鋼的抗點(diǎn)蝕性能,可在鋼中加入哪些元素?增加鉻和鎳含量,加入鉬等。 4 應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展速率da/,試指出曲線上的兩個(gè)端點(diǎn)各代表材料的什么特征值？并根據(jù)此圖說明裂紋擴(kuò)展速率da/dt與KI值的關(guān)系 曲線與橫坐標(biāo)的交點(diǎn)代表到達(dá)臨界點(diǎn),既da/dt馬上就要大于零,裂紋即將產(chǎn)生。 　　　曲線的最高點(diǎn)代表 裂紋深度已接近臨界尺寸,馬上就要斷裂。 　　　(1) 區(qū)域I 當(dāng)KI稍大于KISCC時(shí),裂紋經(jīng)過一段孕育后突然加速發(fā)展,即在I區(qū)內(nèi),裂紋生長(zhǎng)速率對(duì)KI值較敏感。 　　　(2) 區(qū)域II da/dt與KI無關(guān),通常說的裂紋擴(kuò)展速率就是指該區(qū)速率,因?yàn)樗饕呻娀瘜W(xué)過程控制,較強(qiáng)烈地依賴于溶液的p值,粘度和溫度； 　　　(3) 區(qū)域III 失穩(wěn)斷裂區(qū),裂紋深度已接近臨界尺寸acr ,當(dāng)超過這個(gè)值時(shí),應(yīng)力強(qiáng)度因子KI達(dá)到KIC時(shí),裂紋生長(zhǎng)速率迅速增加直至發(fā)生失穩(wěn)斷裂。 5 影響晶間腐蝕的因素有哪些？影響晶間腐蝕的因素主要有： 　　　(1) 加熱溫度與時(shí)間 　　　(2) 合金成分 　　　不銹鋼中除了主要成分Cr、Ni C外,還含有Mo、Ti、Nb 等合金元素。它們對(duì)晶間腐蝕的作用如下： ① 碳：奧氏體不銹鋼中碳量愈高,晶界腐蝕傾向愈嚴(yán)重,%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) 。 ② 鉻：能提高不銹鋼耐晶界腐蝕的穩(wěn)定性。當(dāng)鉻含量較高時(shí),允許增加鋼中含碳量。例如,當(dāng)不銹鋼中鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從18％提高到22％時(shí),％ ％。 ③ 鎳：增加不銹鋼晶界腐蝕敏感性。可能與鎳降低碳在奧氏體鋼中的溶解度有關(guān)。 ④ 鈦、鈮：都是強(qiáng)碳化物生成元素,高溫時(shí)能形成穩(wěn)定的碳化物TiC及NbC,減少了碳在回火時(shí)的析出,從而防止了鉻的貧化。 6 簡(jiǎn)述應(yīng)力腐蝕的機(jī)理及減少應(yīng)力腐蝕的措施。應(yīng)力腐蝕機(jī)理的主要理論有： 　　　(1)陽極快速溶解理論 　　　何爾(Hoar)和希納斯(Hines)首先提出陽極快速溶解理論。該理論認(rèn)為裂紋一旦形成,裂紋尖端的應(yīng)力集中導(dǎo)致裂紋尖端前沿區(qū)發(fā)生迅速屈服,晶體內(nèi)位錯(cuò)沿著滑移面連續(xù)地到達(dá)裂紋尖端前沿表面,產(chǎn)生大量瞬間活性溶解質(zhì)點(diǎn),導(dǎo)致裂紋尖端(陽極)快速溶解。 　　　(2) 閉塞電池理論 　　　該理論認(rèn)為,在已存在的陽極溶解的活化通道上,腐蝕優(yōu)先沿著這些通道進(jìn)行。在應(yīng)力協(xié)同作用下,閉塞電池腐蝕所引發(fā)的腐蝕孔擴(kuò)展為裂紋,產(chǎn)生SCC。這種閉塞電池作用與孔腐蝕相似,也是一個(gè)自催化的腐蝕過程,在拉應(yīng)力作用下使裂紋不斷擴(kuò)展,直至斷裂。 　　　(3)膜破裂理論（滑移溶解理論） 　　　該理論認(rèn)為,金屬表面是由鈍化膜覆蓋,并不直接與介質(zhì)接觸。在應(yīng)力或活性離子(Cl)的作用下易引起鈍化膜破裂,露出活性的金屬表面。介質(zhì)沿著某一擇優(yōu)途徑浸入并溶解活性金屬,最終導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕斷裂。 　　　防止或減輕應(yīng)力腐蝕的措施主要有： 　　　① 合理選材 盡量避免金屬或合金在易發(fā)生應(yīng)力腐蝕的環(huán)境介質(zhì)中使用。 　　?、?控制應(yīng)力 在制造和裝配金屬構(gòu)件時(shí),應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)具有最小的應(yīng)力集中系數(shù),并使與介質(zhì)接觸的部分具有最小的殘余應(yīng)力。參余應(yīng)力往往是引起SCC的主要原因,熱處理退火可消除殘余應(yīng)力。 　　?、?改變環(huán)境 通過除氣、脫氧、除去礦物質(zhì)等方法可除去環(huán)境中危害較大的介質(zhì)組分。還可通過控制溫度、pH值,添加適量的緩蝕劑等,達(dá)到改變環(huán)境的目的。 　　?、?電化學(xué)保護(hù)金屬（合金)發(fā)生SCC與電位有關(guān),可通過電化學(xué)保護(hù)使金屬離開SCC敏感區(qū),從而抑制SCC 。 　　?、?涂層好的鍍層(涂層)可使金屬表面和環(huán)境隔離開,從而避免產(chǎn)生SCC。 7 試述硅酸鹽材料的腐蝕機(jī)理及影響腐蝕的因素。無機(jī)非金屬材料除石墨以外,在與電解質(zhì)溶液接觸時(shí)不像金屬那樣形成原電池,故其腐蝕不是由電化學(xué)過程引起的,而往往是由于化學(xué)作用或物理作用所引起。 除熔融制品(如玻璃、鑄石) 外,陶瓷材料結(jié)構(gòu)中或多或少地含有一定的孔隙。孔隙會(huì)降低材料的耐腐蝕性,因?yàn)榭紫兜拇嬖跁?huì)使材料接觸介質(zhì)的面積增大,腐蝕不僅可發(fā)生在表面上而且也發(fā)生在材料內(nèi)部,使得侵蝕作用明顯增強(qiáng)。當(dāng)化學(xué)反應(yīng)生成物出現(xiàn)結(jié)晶時(shí)還會(huì)造成物理性能的破壞,例如制堿車間的水泥地面,當(dāng)間歇地受到苛性鈉溶液的浸潤(rùn)時(shí),由于滲透到孔隙中的苛性鈉吸收二氧化碳后變成含水碳酸鹽結(jié)晶,體積增大,在水泥內(nèi)部膨脹,使材料產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力破壞。 　　　當(dāng)孔隙為閉孔時(shí),受腐蝕性介質(zhì)的影響要比開口的孔隙小。而當(dāng)孔隙為開口時(shí),腐蝕性液體容易透入材料內(nèi)部。 　　　無機(jī)非金屬材料的耐蝕性還與其結(jié)構(gòu)有關(guān)。晶體結(jié)構(gòu)的耐腐蝕性較無定型結(jié)構(gòu)高。例如二氧化硅處于結(jié)晶狀態(tài)時(shí),雖屬耐酸材料但也有一定的耐堿性。而無定形的二氧化硅就易溶于堿溶液中。具有晶體結(jié)構(gòu)的熔鑄輝綠巖也是如此,它比同一組成的無定形化合物具有更高的化學(xué)穩(wěn)定性。 8 玻璃的腐蝕有哪幾種形式? 簡(jiǎn)要說明之。玻璃材料的腐蝕主要由含水介質(zhì)的作用而引起的。大氣條件下,被稱為風(fēng)化的玻璃腐蝕基本上是由水蒸氣所造成的。風(fēng)化的機(jī)理有兩種,一種是蒸發(fā),一種是攜帶與其反應(yīng)的任何產(chǎn)物從表面流聚到一點(diǎn)。 9 混凝土的腐蝕有哪幾種形式? 簡(jiǎn)要說明之。 10 以Al2O3/SiC復(fù)合材料為例說明陶瓷基復(fù)合材料的氧化行為。 11 什么是高分子材料的腐蝕?有何主要表現(xiàn)？高分子材料在加工、儲(chǔ)存和使用過程中,由于內(nèi)外因素的綜合作用,其物理化學(xué)性能和機(jī)械性能逐漸變壞,以至最后喪失使用價(jià)值,這種現(xiàn)象稱為高分子材料的腐蝕,亦稱為老化。老化主要表現(xiàn)在：（1）外觀的變化：出現(xiàn)污漬、斑點(diǎn)、銀紋、裂縫、噴霜、粉化及光澤、顏色的變化；(2) 物理性能的變化：包括溶解性、溶脹性、流變性能,以及耐寒、耐熱、透水、透氣等性能的變化；(3) 力學(xué)性能的變化：如抗張強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、抗沖擊強(qiáng)度等的變化；(4) 電性能的變化：如絕緣電阻、電擊穿強(qiáng)度、介電常數(shù)等的變化。 12 何為高分子材料的物理老化,其特點(diǎn)是什么? 物理老化對(duì)性能有何影響？高聚物的物理老化僅指由于物理作用而發(fā)生的可逆性的變化,不涉及分子結(jié)構(gòu)的改變。由于玻璃態(tài)高聚物多數(shù)處于非平衡態(tài),其凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)是不穩(wěn)定的。這種不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg以下存放過程中會(huì)逐漸趨向穩(wěn)定的平衡態(tài),從而引起高聚物材料的物理力學(xué)性能隨存放或使用時(shí)間而變化,這種現(xiàn)象被稱為物理老化或“存放效應(yīng)” 。物理老化是玻璃態(tài)高聚物通過小區(qū)域鏈段的微布朗運(yùn)動(dòng)使其凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)從非平衡態(tài)向平衡態(tài)過渡的弛豫過程,因此與存放的溫度有關(guān)。在可觀察的時(shí)標(biāo)內(nèi),它發(fā)生在高聚物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg和次級(jí)轉(zhuǎn)變溫度TB之間,所以又稱為Tg以下的退火效應(yīng)。疲勞與斷裂1 解釋系列概念：　　解：疲勞是指材料或構(gòu)件在交變應(yīng)力(應(yīng)變)作用下發(fā)生的破壞。 　　低溫疲勞是指在室溫以下工作的材料或構(gòu)件所發(fā)生的疲勞破壞現(xiàn)象。目前還沒有關(guān)于低溫疲勞的確切定義。 　　熱疲勞是指由于溫度的變化形成的變動(dòng)熱應(yīng)力引起的疲勞。 　　韌－脆轉(zhuǎn)化溫度是指材料 由韌性斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈詳嗔训臏囟萒K,也稱為冷脆轉(zhuǎn)化溫度。 　　氫致斷裂是指材料由于受到含氫氣氛的作用而引起的斷裂,也稱為氫脆斷裂,簡(jiǎn)稱氫脆。 　　疲勞強(qiáng)度一般稱為疲勞極限,它是疲勞曲線水平部分所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力,表示材料經(jīng)受無限多次應(yīng)力循環(huán)而不斷裂的最大應(yīng)力。 　　蠕變強(qiáng)度一般稱為蠕變極限,它是高溫長(zhǎng)時(shí)期載荷下材料對(duì)變形的抗力指標(biāo),有兩種表征方法：一種是在給定溫度下,規(guī)定時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生一定蠕變總量的應(yīng)力值,以 (MPa)表示；另一種是在一定溫度下,產(chǎn)生規(guī)定的穩(wěn)態(tài)蠕變速率的應(yīng)力值,以 (MPa)表示。 2 試述疲勞失效的特點(diǎn)。解：疲勞斷裂與靜載荷作用下的斷裂不同,有其本身的特點(diǎn)： 　　　(1) 疲勞斷裂表現(xiàn)為低應(yīng)力下的破壞斷裂。 　　　(2) 疲勞破壞宏觀上無塑性變形,具有更大的危險(xiǎn)性。 　　　(3) 疲勞是與時(shí)間有關(guān)的一種失效方式,具有多階段性。 　　　(4) 與單向靜載斷裂相比,疲勞失效對(duì)材料的微觀組織和缺陷更加敏感。 　　　(5) 疲勞失效受載荷歷程的影響。 3 分析材料高溫下的失效方式。解：材料高溫下的失效方式主要有三種： 　　　(1)　在載荷持續(xù)作用下的蠕變和蠕變損傷。 　　　(2) 溫度反復(fù)急劇變化引起的熱疲勞。 　　　(3) 高溫氧化、腐蝕以及與時(shí)間有關(guān)的高周和低周疲勞損傷。 4 簡(jiǎn)述氫脆的類型。解：氫脆主要有以下幾類： 　　　(1) 氫壓裂紋。氫壓裂紋包括鋼中白點(diǎn)、H2S浸泡裂紋、焊接冷裂紋以及高逸度充氫時(shí)產(chǎn)生的微裂紋。 　　　(2) 氫致化學(xué)變化導(dǎo)致的氫脆——?dú)涓g。 　　　(3) 氫致相變導(dǎo)致的氫脆。包括氫化物析出導(dǎo)致氫脆和氫致馬氏體相變導(dǎo)致氫脆兩種情況。 　　　(4) 可逆氫脆。指固溶的氫在拉伸過程中通過擴(kuò)散和富集導(dǎo)致材料塑性下降的現(xiàn)象。 　　　(5) 氫致滯后斷裂。指在恒載荷(或恒位移)條件下,原子氫通過應(yīng)力誘導(dǎo)擴(kuò)散、富集,到臨界值后就引起氫致裂紋形核、擴(kuò)展,從而導(dǎo)致低應(yīng)力斷裂的現(xiàn)象。 5 試述氫致開裂機(jī)理。解：長(zhǎng)期以來,人們對(duì)氫脆機(jī)理進(jìn)行了大量研究,并提出了多種理論。但是,由于氫對(duì)鋼的性能影響十分復(fù)雜,而且氫脆過程的一些重要參數(shù)缺乏精確的測(cè)試手段,所以對(duì)氫脆機(jī)理的看法仍然存在分歧。目前比較看好以下幾種理論： (1) 氫壓理論。在H2氣環(huán)境中H2分解為H原子進(jìn)入金屬中,其濃度CH和成正比。反過來,如果溶解在金屬中的H進(jìn)入某些特殊區(qū)域(如夾雜或第二相界面、空位團(tuán))就會(huì)復(fù)合成H2,即2HH2,這時(shí)該處的H2氣壓力P就和CH2成正比。當(dāng)局部區(qū)城CH很高,則壓力很大,若該壓力超過了原子鍵合力σth,就會(huì)使局部地區(qū)的原于鍵斷裂而形成微裂紋。(2) 氫降低原子鍵合力理論。認(rèn)為,當(dāng)局部應(yīng)力集中σyy等于原子鍵合力σth時(shí),原于鍵就破裂,從而微裂紋形核；而固溶的原于氫能使原于鍵合力從σth降為σth(H)。這就是說,使氫致微裂紋形核所需的局部應(yīng)力集中將從σyy＝σth降低為σyy(H) ＝σth(H)。這樣一來就會(huì)使造成局部應(yīng)力集中所需的臨界外加應(yīng)力從σc降為σc(H),或使臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子從KIC降為KIH。因此,裂紋更容易形成。 (3) 氫降低表面能理論。認(rèn)為,氫吸附在表面就會(huì)使表面能由降為(H)。根據(jù) Griffith 理論,斷裂應(yīng)力σs或斷裂韌性KIC和成正比,因而當(dāng)氫使下降,必然使σ降為σ(H),或使KIC為KIH,從而增大裂紋形成傾向。 (4) 氫致開裂新機(jī)理。同時(shí)考慮了氫促進(jìn)局部塑性變形,氫降低原子鍵合力以及氫壓的作用,因此能夠解釋各種氫脆現(xiàn)象。25