應(yīng)力腐蝕是指在拉應(yīng)力作用下,金屬在腐蝕介質(zhì)中引起的破壞。這種腐蝕一般均穿過晶粒,即所謂穿晶腐蝕。應(yīng)力腐蝕由殘余或外加應(yīng)力導(dǎo)致的應(yīng)變和腐蝕聯(lián)合作用產(chǎn)生的材料破壞過程。應(yīng)力腐蝕導(dǎo)致材料的斷裂稱為應(yīng)力腐蝕斷裂。
7050鋁合金和A470不銹鋼被廣泛用于蒸汽/燃?xì)鉁u輪機(jī)行業(yè),但這兩種材料在腐蝕性的環(huán)境中易發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂,有可能會導(dǎo)致災(zāi)難性的結(jié)果,并造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。B. Bavarian等研究發(fā)現(xiàn),添加緩蝕劑能有效的減小和控制這兩種材料的應(yīng)力腐蝕開裂敏感性。結(jié)果表明,添加1%濃度的緩蝕劑后,生成了保護(hù)性膜,在水分子位移極化電阻的影響下,擊穿電位升高,鈍化區(qū)間增大,應(yīng)力腐蝕開裂得到明顯的抑制。
08Cr2AlMo鋼是一種用于含硫化氫體系中的金屬材料,近年來在熱交換器管束開發(fā)方面得到了廣泛應(yīng)用。F. Y. Zhang和B. Q. Gu采用慢應(yīng)變速率拉伸試驗,借助掃描電子顯微鏡,動電位極化和電化學(xué)阻抗譜測試等實驗方法研究了08Cr2AlMo鋼在H2S水溶液中的應(yīng)力腐蝕開裂情況。結(jié)果表明,08Cr2AlMo鋼在飽和H2S水溶液中很容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂,在實驗介質(zhì)中添加咪唑啉和二亞乙基三胺后能有效的抑制08Cr2AlMo鋼在H2S水溶液中的SCC行為,而且二亞乙基三胺的抑制效果要優(yōu)于咪唑啉緩蝕劑。通過機(jī)理研究發(fā)現(xiàn),緩蝕劑能促進(jìn)鋼片試樣表面保護(hù)膜的生成,同時緩蝕劑可以降低陰極析氫的電位,從而防止了氫滲透進(jìn)入實驗試樣導(dǎo)致氫致開裂。但當(dāng)緩蝕劑的濃度低于0.2%時,對SCC沒有明顯的抑制作用。
鋁-鋰合金由于密度小、性能好等特點(diǎn)被廣泛用于航空領(lǐng)域,由于具有良好的機(jī)械性能和高損傷容限,較傳統(tǒng)合金來說這些合金不易發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂行為,但在NaCl+ H2O2溶液中,Al-Li-Cu-Mg合金(8090-T8171)仍然會發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。研究發(fā)現(xiàn),向?qū)嶒炄芤褐屑尤?0,000 ppm的氯化鈰有效的抑制了8090合金的應(yīng)力腐蝕開裂。氯化鈰的加入會在合金表面形成氧化鈰/氫氧化物的沉淀化合物膜,這些化合物在合金表面上的沉積減少了合金表面的腐蝕坑數(shù)量,通過阻礙陽極溶解達(dá)到抑制開裂的效果。
Yongsun Yi等采用慢應(yīng)變速率拉伸試驗和極化測量方法對600合金鋼在除氧的40%氫氧化鈉溶液和未除氧的氨溶液(pH值約為9.5)中的腐蝕情況進(jìn)行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn),在315℃的氫氧化鈉溶液中,測試試樣發(fā)生了嚴(yán)重的晶間應(yīng)力腐蝕開裂,在315℃的氨溶液中,測試試樣上觀察到很多小裂紋。當(dāng)NiB加入到這兩種測試溶液中后,有效的抑制了600合金鋼的SCC行為。通過動電位掃描發(fā)現(xiàn),硼化物緩蝕劑的加入,有效的降低了600合金鋼在兩種測試體系中的腐蝕電流密度。并且發(fā)現(xiàn),NiB比CeB6能更有效地抑制600合金鋼的SCC行為。在其他體系中,如含Pb污染水和苛性堿溶液中,NiB對600合金鋼也是有效的應(yīng)力腐蝕開裂緩蝕劑。
Ahmed Abdel Nazeer等進(jìn)行了Cu10Ni合金在含硫化物、3.5%NaCl溶液中的應(yīng)力腐蝕開裂行為研究。研究發(fā)現(xiàn),由于硫化物離子的存在,Cu10Ni合金顯示出極高的應(yīng)力腐蝕開裂敏感性。在溶液中加入甘氨酸后,測試試樣斷裂時間延長,有效的抑制了開裂的發(fā)生。因此,甘氨酸可做為一種潛在的環(huán)境友好應(yīng)力腐蝕抑制劑。同時,電化學(xué)測量結(jié)果表明,甘氨酸是一種混合型緩蝕劑,與KI復(fù)配使用,會有更好的協(xié)同效果。
國內(nèi)學(xué)者對金屬材料應(yīng)力腐蝕開裂和緩蝕劑也有較多報道。曹楚南等研究發(fā)現(xiàn)了硫脲及其衍生物、伯胺以及季胺鹽均對321不銹鋼在酸性氯化物溶液中應(yīng)力腐蝕開裂有一定的緩蝕作用,并提出了作用系數(shù)的概念。牛林等利用慢拉伸實驗方法,結(jié)合動電位掃描、電化學(xué)阻抗測量技術(shù)研究了苯并三氮唑(BTA)對18-8鋼在酸性氯化物溶液中的應(yīng)力腐蝕開裂緩蝕作用。發(fā)現(xiàn)BTA能覆蓋金屬表面的活性位置抑制金屬陽極溶解,從而能降低金屬應(yīng)力腐蝕開裂敏感性。黃琳等評價了N-甲基二乙醇胺(MDEA)、單油咪唑啉兩種緩蝕劑對脫硫裝置中碳鋼應(yīng)力腐蝕開裂的影響,發(fā)現(xiàn)兩種緩蝕劑都能有效抑制氫鼓泡的現(xiàn)象,并且能很大程度地降低碳鋼應(yīng)力腐蝕開裂敏感性。
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