《裂紋在沿晶氧化膜內形核的應力腐蝕新機理》是依託北京科技大學，由李金許擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：裂紋在沿晶氧化膜內形核的應力腐蝕新機理
- 依託單位：北京科技大學
- 項目負責人：李金許
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
通過透射電鏡（TEM）和掃描電鏡（SEM）原位觀察，結合電子背散射（EBSD）或衍射襯度層析成像（DCT）等技術，證明黃銅在氨水、不鏽鋼在MgCl2溶液或高溫高壓水中等陽極溶解型應力腐蝕開裂（SCC）先形成沿晶氧化膜或腐蝕產物膜，並產生膜致應力。當膜致應力或膜致應力與外應力之和等於或大於臨界值時，就會引起氧化膜局部開裂；應力腐蝕裂紋在氧化膜內形核後會使其周圍的應力鬆弛；隨氧化膜不斷生長，膜致應力又增大，新的微裂紋在氧化膜內又形核，並和原裂紋連線；而在氧化膜外則不存在裂紋。用撓度法或流變應力差值法在試驗上測量膜致應力。通過EBSD或DCT等技術確定SCC時什麼晶界開裂，什麼晶界不開裂；用分子動力學模擬計算腐蝕產物膜引起的開裂晶界和不開裂晶界的應力分布。通過模擬計算並結合試驗數據，獲得定量的膜致應力及其分布，從而在微觀上確認膜致應力與晶界開裂的關係，確定膜致應力在應力腐蝕中的作用。
結題摘要
黃銅在氨水溶液中的應力腐蝕屬於典型的陽極溶解型，已經提出多種陽極溶解型應力腐蝕機理，如膜致脆斷、擇優溶解和滑移溶解等，但對一些機理的根本依據仍存在爭議，如沿晶氧化膜開裂機理就尚未被充分證實。本項目正是為此而生。首先研究並分析了H62黃銅在Mattsson溶液中發生SCC時產生的腐蝕產物膜的微觀結構、組織成分。結果表明，H62黃銅在氨水溶液中能夠發生應力腐蝕開裂，β相優先溶解，由於兩相腐蝕速度不同，被腐蝕試樣表面凸凹不平。應力腐蝕裂紋尖端前方、周邊的晶界和相界在沒有開裂前優先被氧化。由於氧化物的形成會帶來晶格膨脹，引起基體內應力升高，因而可以推斷沿晶氧化物的形成是H62黃銅在Mattsson溶液中應力腐蝕裂紋擴展的先導和路徑。腐蝕產物主要為Cu2O、CuO和Cu，隨應力腐蝕時間延長，部分Cu2O再被氧化成CuO。沿晶界向基體內部深入，氧化程度逐漸降低。 其次，研究了H62黃銅在Mattsson溶液中的腐蝕產物膜引起的膜致應力與SCC敏感性之間的關係，確定了膜致應力的地位和作用。發現隨著預應變的增加，促進腐蝕電流密度的增加、腐蝕電位降低，導致陽極溶解加速，促進膜的生長速率，導致膜致應力增大和臨界膜厚降低，加速膜破裂的頻率，促使SCC敏感性增加。利用SEM原位觀察帶載荷的WOL試樣在Mattsson溶液中SCC裂紋擴展，表明氧化膜沿晶界深入到試樣的內部，在外力和膜致應力的共同作用下局部氧化膜破裂而形成微裂紋；並隨著腐蝕時間的增加，膜致應力增大而促使裂紋尖端的氧化膜向外擴展。 第三，研究310和敏化的304不鏽鋼在沸騰MgCl2溶液中發生SCC時的腐蝕產物膜的微觀結構、組織成分，分析了其微觀腐蝕機理。發現310應力腐蝕裂紋以解理擴展為主，尖端前方存在著非晶態氧化區。敏化態304SS在130℃的沸騰MgCl2溶液中應力腐蝕，裂紋以沿晶擴展為主，應力腐蝕裂紋兩側被腐蝕產物覆蓋。腐蝕產物呈雙層結構，內層為Cr的氧化物，外層以鐵的氧化物為主。兩種不鏽鋼的應力腐蝕主裂紋前方，均存在著不連續微裂紋，這些微裂紋導致主裂紋擴展。 上述結果表明，對H62黃銅在氨水溶液中和奧氏體不鏽鋼在沸騰MgCl2溶液中兩個體系，其應力腐蝕開裂過程均是氧化物優先形成並長大、微裂紋在氧化物內形核而後連線導致應力腐蝕開裂。這一發現為“裂紋在氧化膜內形核的應力腐蝕新機理”提供了確鑿的證據。
