金属腐蚀显微组织图谱

本书共15章:第1章简要介绍金属腐蚀及其表征分析方法等相关知识;第2章~第12章介绍大气腐蚀、液态金属腐蚀、微生物腐蚀与海生物污损、冲刷腐蚀、脱成分腐蚀、空泡腐蚀、氢损伤、应力腐蚀、腐蚀疲劳、金属引起的脆性和表面保护膜的腐蚀破坏;第13章介绍金属氧化物阳极的组织与损伤;第14章介绍点蚀、海水腐蚀及其他腐蚀;第15章介绍典型失效分析案例。本书适宜于从事材料科学和材料工程的科技工作者，以及从事腐蚀与防护工作的工程技术人员阅读。

第1章 绪论 001

1.1 金属材料的腐蚀 001

1.2 金属腐蚀显微组织研究方法 002

1.2.1 光学显微术 002

1.2.2 扫描电子显微镜(SEM) 012

1.2.3 X射线能谱仪(EDS) 020

1.2.4 背散射电子衍射(EBSD) 022

1.2.5 表面分析技术 028

1.2.6 扫描探针显微镜(SPM) 033

1.2.7 拉曼光谱和红外光谱 034

1.3 金属腐蚀失效的分析程序 035

1.3.1 对程序中要点的说明 035

1.3.2 腐蚀产物分析 037

附录 040

附录1.1 本书所使用的彩色金相侵蚀方法表 040

附录1.2 常用断口化学清洗剂表 041

附录1.3 常用清洗断口的电解液表 042

参考文献 042

第2章 大气腐蚀 045

2.1 大气(氧)腐蚀问题 045

2.2 大气腐蚀的分类 045

2.3 金属大气腐蚀机理 046

2.3.1 钢在大气中的腐蚀机理 046

2.3.2 铜的大气腐蚀 049

2.3.3 铝及其铝合金的大气腐蚀-剥蚀 049

2.4 大气腐蚀图谱 050

2.4.1 钢铁的大气腐蚀 050

2.4.2 铜合金的大气腐蚀 0542.4.3 铝合金的剥蚀 061

参考文献 072

第3章 金属的液态金属腐蚀 073

3.1 液体金属腐蚀 073

3.2 液体金属腐蚀机理 073

3.3 高温合金的液态锂腐蚀图谱 074

3.3.1 Ni-37%Cr-11%Al-1%Y高温合金在液态锂中的腐蚀 074

3.3.2 高温合金GH3030(GH30) 在液态锂中的腐蚀 075

3.3.3 高温合金GH4037(GH37) 在液态锂中的腐蚀 077

3.3.4 K438高温合金在液态锂中的腐蚀 079

3.3.5 高温合金GH4049(GH49) 在液态锂中的腐蚀 079

参考文献 080

第4章 微生物腐蚀与海洋生物污损 081

4.1 微生物 081

4.2 微生物腐蚀的机理 084

4.2.1 微生物膜的形成 084

4.2.2 酸的形成 087

4.2.3 沉积膜下的腐蚀 087

4.2.4 腐蚀产物中合金元素化合价态变化 089

4.3 海生物污损 094

4.4 部分船舶材料微生物腐蚀形貌图谱 094

4.4.1 铝青铜 094

4.4.2 CrMoV奥氏体不锈钢 095

4.4.3 部分船用材料的硫酸盐还原菌(SRB)腐蚀形貌 099

4.5 海生物污损图谱 113

参考文献 119

第5章 冲刷腐蚀(冲蚀) 121

5.1 冲刷腐蚀概述 121

5.2 冲刷腐蚀的机理 122

5.3 冲蚀坑内表面纳米晶 124

5.4 冲刷腐蚀的影响因素 126

5.5 金属冲刷腐蚀图谱 127

5.5.1 铜合金的冲刷腐蚀 127

5.5.2 钢的冲刷腐蚀 129

5.5.3 船用海水冷却系统紫铜管道的冲刷腐蚀 131

参考文献 141

第6章 脱成分腐蚀 143

6.1 脱成分腐蚀现象 143

XI

6.2 脱成分腐蚀机理 143

6.3 脱成分腐蚀图谱 145

6.3.1 紫铜管黄铜补焊焊缝的脱锌腐蚀 145

6.3.2 船用B30铜镍合金管的脱成分腐蚀 150

6.3.3 船用冷却系统黄铜管的脱成分腐蚀 152

6.3.4 Mn-Cu阻尼合金的脱成分腐蚀 153

6.3.5 铜合金在其他工业领域的脱成分腐蚀 153

参考文献 154

第7章 空泡腐蚀(空蚀) 155

7.1 空泡腐蚀概述 155

7.2 空泡腐蚀的一般规律 156

7.3 空泡腐蚀机理与冲击表面的形貌 157

7.3.1 空泡腐蚀机理 157

7.3.2 空泡腐蚀表面的形貌 160

7.3.3 抗空泡腐蚀材料的选材原则 161

7.4 相关材料空泡腐蚀图谱 161

7.4.1 铜合金磁致伸缩空泡腐蚀损伤过程观察 161

7.4.2 转盘空泡腐蚀试验 167

7.4.3 水下喷射空泡腐蚀试验样品的电镜观察 171

7.4.4 空泡腐蚀样品横截面一些特殊现象 174

7.4.5 空泡腐蚀表面的透射电镜观察:非晶与纳米晶 177

参考文献 184

第8章 金属材料的氢损伤 185

8.1 金属的氢损伤 185

8.2 氢损伤的类型 186

8.3 金属中氢的来源 189

8.4 氢损伤机理及应力对其影响 191

8.4.1 氢损伤机理 191

8.4.2 应力对氢脆的影响 193

8.5 几种材料的氢损伤说明 193

8.6 氢脆断口特征 195

8.7 材料氢损伤图谱 197

8.7.1 氢脆(白)点的断口特征 197

8.7.2 船体钢焊缝中的白点断口 199

8.7.3 电镀件氢脆 202

8.7.4 钢制品的延迟开裂 205

8.7.5 铜合金氢损伤断口 206

8.7.6 双相钢的氢损伤 207

8.7.7 钛化氢引起的氢脆 210

8.8 与环境断裂相关的断裂学 213

参考文献 215

第9章 应力腐蚀开裂 217

9.1 应力腐蚀开裂 217

9.2 应力腐蚀开裂的机理 218

9.2.1 应力腐蚀开裂裂纹萌生机理 218

9.2.2 应力腐蚀开裂裂纹的长大(扩展)机理 219

9.3 应力腐蚀开裂的类型 222

9.4 应力腐蚀开裂图谱 222

9.4.1 不锈钢的应力腐蚀开裂 222

9.4.2 合金钢的应力腐蚀开裂 229

9.4.3 钛合金的应力腐蚀开裂 231

9.4.4 铜合金的应力腐蚀开裂 233

参考文献 235

第10章 腐蚀疲劳 237

10.1 腐蚀疲劳概述 237

10.2 腐蚀疲劳裂纹的萌生条件与萌生机理 238

10.3 腐蚀疲劳裂纹扩展机理 240

10.4 腐蚀疲劳的特征 240

10.4.1 腐蚀疲劳断口的特征 240

10.4.2 腐蚀疲劳与应力腐蚀的关系 241

10.5 腐蚀疲劳断口图谱 242

10.5.1 Fe-6Ni船用钢等的腐蚀疲劳断口 242

10.5.2 黄铜等合金的腐蚀疲劳断口 244

10.5.3 不锈钢波纹管的腐蚀疲劳 245

10.5.4 高强耐蚀铜合金的腐蚀疲劳断口 249

10.5.5 钛合金的腐蚀疲劳 251

参考文献 252

第11章 金属引起的材料脆性 253

11.1 现象简介 253

11.2 引起材料脆性的环境 253

11.3 脆化源 254

11.4 液态金属和固态金属致金属材料脆性的机理 254

11.4.1 液态金属致脆性的机理 254

11.4.2 固态金属致脆的机理 257

11.5 对脆性敏感性的影响因素 257

11.5.1 合金强度、成分和显微组织 257

11.5.2 温度 257

11.5.3 样品几何尺寸、应力模式和应变速率 257

11.6 LME/SMIE的金相和断口表征 257

11.7 断后脆性金属的检测 258

11.8 MIE与HE/SCC之间的区别 258

11.9 固态金属致脆和液态金属致脆案例图谱 259

11.9.1 不锈钢的铜钎焊裂纹 259

11.9.2 天然气管道的铜脆 262

11.9.3 锌脆 263

11.9.4 铝引起GH625合金波纹管开裂 265

11.9.5 镉引起钛合金的脆性 265

11.9.6 非金属元素引起的脆性 268

参考文献 270

第12章 表面膜和表面涂层及其损伤 271

12.1 表面处理膜和表面涂层 271

12.1.1 非晶膜(Ni-P镀层) 272

12.1.2 电镀膜 274

12.1.3 常温磷化膜(磷化处理膜) 276

12.1.4 钢的高分子镀膜 277

12.2 表面处理膜的损伤图谱 278

参考文献 284

第13章 金属氧化物阳极的组织与损伤 285

13.1 金属氧化物阳极微观形貌的基本特征 285

13.1.1 钛基体的微观形貌 285

13.1.2 金属氧化物阳极的微观结构 287

13.1.3 纳米氧化物阳极的微观结构 289

13.2 金属氧化物阳极失效图谱 292

13.2.1 金属氧化物阳极强化电解失效机理及形貌分析 292

13.2.2 金属氧化物阳极正反交替电解失效后的形貌 295

参考文献 297

第14章 点蚀、海水腐蚀及其他 299

14.1 点蚀 299

14.1.1 金属的点蚀 299

14.1.2 点蚀机理 299

14.2 海洋环境腐蚀 302

14.2.1 海水腐蚀机理概述 303

14.2.2 海水腐蚀的特点 303

14.2.3 海水腐蚀形貌 304

14.3 其他腐蚀产物形貌 312

14.3.1 保护材料的转移 312

14.3.2 B30冷凝器管上的腐蚀产物 312

14.3.3 室内腐蚀实验 313

14.4 钢海水腐蚀产物结构与组成 318

参考文献 320

第15章 失效分析案例 321

15.1 烟气轮机波纹管失效分析 321

15.1.1 波纹管的工作条件和失效情况 321

15.1.2 分析结果 322

15.1.3 验证试验 325

15.1.4 讨论 325

15.1.5 结论 326

15.2 石油气田集气弯管裂纹分析 326

15.2.1 来样情况 326

15.2.2 分析结果 326

15.2.3 结论 329

15.3 铝标牌熔化引起波纹管开裂 329

15.3.1 背景材料 329

15.3.2 金相分析 330

15.3.3 彩色金相分析 330

15.3.4 能谱成分分析 332

15.3.5 结论 333

15.4 海水泵电机轴失效分析 333

15.4.1 失效件的背景材料 333

15.4.2 失效件的分析检验 334

15.4.3 结果分析与讨论 338

15.4.4 结论 339

15.4.5 建议 339

15.5 醋酸精馏塔钛过滤板腐蚀失效 339

15.5.1 情况简介 339

15.5.2 检验分析 339

15.5.3 结果分析 344

15.5.4 结论与建议 346

参考文献 346"

金相即金相学，就是研究金属或合金内部结构的科学。不仅如此，它还研究当外界条件或内在因素改变时，对金属或合金内部结构的影响。所谓外部条件就是指温度、加工变形、浇注情况等。所谓内在因素主要指金属或合金的化学成分。 金相组织是反映金属金相的具体形态，如马氏体，奥氏体，铁素体，珠光体等等。

1.奥氏体 -碳与合金元素溶解在γ-fe中的固溶体，仍保持γ-fe的面心立方晶格。晶界比较直，呈规则多边形;淬火钢中残余奥氏体分布在马氏体间的空隙处

2.铁素体-碳与合金元素溶解在a-fe中的固溶体。亚共析钢中的慢冷铁素体呈块状，晶界比较圆滑，当碳含量接近共析成分时，铁素体沿晶粒边界析出。

3.渗碳体-碳与铁形成的一种化合物。在液态铁碳合金中，首先单独结晶的渗碳体(一次渗碳体)为块状，角不尖锐，共晶渗碳体呈骨骼状。过共析钢冷却时沿acm线析出的碳化物(二次渗碳体)呈网结状，共析渗碳体呈片状。铁碳合金冷却到ar1以下时，由铁素体中析出渗碳体(三次渗碳体)，在二次渗碳体上或晶界处呈不连续薄片状。

4.珠光体-铁碳合金中共析反应所形成的铁素体与渗碳体的机械混合物。

珠光体的片间距离取决于奥氏体分解时的过冷度。过冷度越大，所形成的珠光体片间距离越小。在a1~650℃形成的珠光体片层较厚，在金相显微镜下放大400倍以上可分辨出平行的宽条铁素体和细条渗碳体，称为粗珠光体、片状珠光体，简称珠光体。在650~600℃形成的珠光体用金相显微镜放大500倍，从珠光体的渗碳体上仅看到一条黑线，只有放大1000倍才能分辨的片层，称为索氏体。在600~550℃形成的珠光体用金相显微镜放大500倍，不能分辨珠光体片层，仅看到黑色的球团状组织，只有用电子显微镜放大10000倍才能分辨的片层称为屈氏体。

5.上贝氏体-过饱和针状铁素体和渗碳体的混合物，渗碳体在铁素体针间。过冷奥氏体在中温(约350~550℃)的相变产物，其典型形态是一束大致平行位向差为6~8od铁素体板条，并在各板条间分布着沿板条长轴方向排列的碳化物短棒或小片;典型上贝氏体呈羽毛状，晶界为对称轴，由于方位不同，羽毛可对称或不对称，铁素体羽毛可呈针状、点状、块状。若是高碳高合金钢，看不清针状羽毛;中碳中合金钢，针状羽毛较清楚;低碳低合金钢，羽毛很清楚，针粗。转变时先在晶界处形成上贝氏体，往晶内长大，不穿晶。

6.下贝氏体-同上，但渗碳体在铁素体针内。过冷奥氏体在350℃~ms的转变产物。其典型形态是双凸透镜状含过饱和碳的铁素体，并在其内分布着单方向排列的碳化物小薄片;在晶内呈针状，针叶不交叉，但可交接。与回火马氏体不同，马氏体有层次之分，下贝氏体则颜色一致，下贝氏体的碳化物质点比回火马氏体粗，易受侵蚀变黑，回火马氏体颜色较浅，不易受侵蚀。高碳高合金钢的碳化物分散度比低碳低合金钢高，针叶比低碳低合金钢细。

7.粒状贝氏体-大块状或条状的铁素体内分布着众多小岛的复相组织。过冷奥氏体在贝氏体转变温度区的最上部的转变产物。刚形成时是由条状铁素体合并而成的块状铁素体和小岛状富碳奥氏体组成，富碳奥氏体在随后的冷却过程中，可能全部保留成为残余奥氏体;也可能部分或全部分解为铁素体和渗碳体的混合物(珠光体或贝氏体);最可能部分转变为马氏体，部分保留下来而形成两相混合物，称为m-a组织。

8.无碳化物贝氏体-板条状铁素体单相组成的组织，也称为铁素体贝氏体。形成温度在贝氏体转变温度区的最上部。板条铁素体之间为富碳奥氏体，富碳奥氏体在随后的冷却过程中也有类似上面的转变。无碳化物贝氏体一般出现在低碳钢中，在硅、铝含量高的钢中也容易形成。