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晶间腐蚀

  • 2023.06.05 17:16:20
  • 米思米
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 大多数金属都是由许多晶体组成的。晶粒之间相互接触的边界表面,称为晶粒边界(简称晶界)。原子在每个晶粒内呈有序排列,但相邻晶粒之间的原子排列取向不同。因此,将晶粒连接在一起的晶界上的原子,必须与某一个晶粒上的原子对齐,所以其排列呈现无序状态。也就是说,可以说是其处于高能状态。

 当使用适当的蚀刻剂蚀刻用于观察晶相组织结构的显微观察样品时,晶界被溶解,从而可以清晰地看到每个晶粒,由此可以理解,晶界的能级状态更高。

 这种化学腐蚀停留在表层,不会再进一步发展,但在一定条件下加热时,会引起晶界化学成分的变化,而在腐蚀环境中则会发生选择性腐蚀。这种现象见于SUS304等奥氏体不锈钢。其原因如下所示。

 不锈钢之所以不易生锈,是因为表面会形成一层钝化膜,而为了实现这一点,铬的存在是必不可少的。不锈钢通常需要12~13%以上的铬,而晶间腐蚀中,会导致问题的是钢材中的碳含量。

 碳具有易于与铬结合形成碳化铬的性质。不锈钢在500~850℃的温度范围内加热一定时间后会形成碳化铬,具体则取决于碳含量。用时最短的温度在750℃左右,含碳量为0.06%,据说不到1分钟,而500℃则需要几百小时。


 碳化铬主要是在晶界上生成。碳化铬无助于形成钝化膜。因此,会沿着晶界出现没有钝化膜的不锈钢表面。当处于这种状态的不锈钢暴露在腐蚀环境中时,腐蚀会沿着晶界进行。这一现象称为“晶间腐蚀”。发生晶间腐蚀的SUS304的截面照片如【图1】所示腐蚀的原理是电池的形成,有钝化膜的部分变成正极,没有钝化膜的部分变成负极,从而导致晶间腐蚀不断进行。


晶间腐蚀


 作为防止晶间腐蚀的对策,需要采取如下措施。将加工为最终形状的不锈钢材料加热到1000℃以上,让碳化铬溶解,依靠来自其他部位的铬扩散,使其移动到晶界位置,再用水对其进行快速冷却,进行“固溶处理”。

 经过防晶间腐蚀处理后的不锈钢材料在进行焊接等高温加工时,又会发生晶间腐蚀,所以最好避免这种使用方式。当需要用于此类用途时,应使用碳含量较低的SUS304L或SUS316L(0.03%C)。

 碳素钢不会发生晶间腐蚀,但是高强度铝(含百分之几铜的合金)有可能发生。


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