腐蚀疲劳过程中形变与电化学交互作用研究
本文根据腐蚀疲劳局部形变区的应变电极特征,系统研究了活化与钝化两种体系在极化曲线的不同区域的应变电极行为,并以应变电极的电化学参数的变化为依据,研究了形变与电化学交互作用的微观机制,并在此基础上研究了两种体系的腐蚀疲劳的裂纹萌生与扩展机制,提出了材料的开裂机制受极化条件控制,并通过活化与钝化两种体系的一系列实验加以验证. 首先,从理论上分析了应变电极体系的热力学及动力学过程,得出形变与电化学的协同作用增加了电化学反应的势能,降低了反应能,加速了电极反应的动力学过程本文详细研究了单向和循环应变电极行为,在霍耳的基础上发展了滑移溶解模型,提出钝化体系膜的再钝化速率随溶解过程不断增大,力学化学效应受膜的再钝化速率和应变率的共同控制,并根据这个模型通过计算机模拟得到的结果与实验曲线符合极好.发现了文献中报导的力学化学效应与应变率的线性关系只在大应变量时才出现,而在初始形变硬化阶段由于不同应变率的形变强化行为的差别而不出现线性关系.并且对钝化体系缺口根部的应变行为进行仔细研究,发现浸泡和不同钝化电位的极化及阴极极化对缺口根部的应变影响不大.发现了在钝化电位区间,形变局部化和膜破裂而导致的择优溶解造成表面电流出现较大的起伏涨落,诱发点蚀生成. 对活化体系的应变电极行为研究表明力学化学效应不仅受应变率控制,也受应变幅的控制.由于力学化学效应是力学,化学作用和两者交互作用的叠加,所以分别增大力学或化学效应都影响总的力学化学效应.应变率越小,材料活性点的电化学反应时间越长,由电化学造成的损伤越严重;大的应变幅能够导致大的力学损伤.另外,通常认为形变使材料的自腐蚀电位逐渐负移,导致工作点相对于自腐蚀电位的差发生变化,在阳极极化时,加速了阳极反应,而在阴极极化时,则随工作点的位置不同而不同.对本文选用的活化体系,形变增大了阳极极化和强阴极极化的力学化学效应,而在阴极保护电位附近,形变却降低了阴极反应. 对钝化体系,在钝化电位区间低周腐蚀疲劳的裂纹萌生行为研究表明裂纹在应变集中导致的膜破裂处优先萌生.而应变集中行为受应变率控制,在低应变率时,表面形变为面滑移为主,裂纹在驻留滑移带处萌生;而在高应变率时,晶粒〓变导致裂纹在晶界萌生.钝化体系的裂纹扩展由裂尖塑性区的应变电极行为决定.在固定应变幅,应变率和再钝化速率决定了裂纹扩展率.加载频率越小,再钝化时间越长,裂尖的再钝化越彻底,裂纹扩展速率越小. 在活化体系,在阳极极化条件,材料的裂纹萌生和扩展主要受阳极溶解控制,应变率越小,溶解的时间越长,由溶解造成的损伤越大,裂纹的萌生寿命越小,裂纹扩展速率越快.在强阴极极化条件,材料的开裂过程主要受氢脆机制控制,应变率越小,充氢时间越长,氢吸附导致材料表面形成很多小裂纹,裂尖塑性区脆化,裂纹萌生寿命变短,裂纹扩展速率越大,并且在不同的阴极电位极化下,断口的形貌随充氢电位的不同而改变.而阴极保护条件,材料的开裂过程与空气中相似,对A537铁素体与珠光体条带状组织结构,形变主要集中在软的铁素体相条带,随形变量的增大,逐渐穿过珠光体条带,连接成大裂纹.对不同极化条件的低周腐蚀疲劳样品的位错组态研究表明,强极化加速了位错运动,加剧了表面损伤,只观察到位错墙结构,而在阴极保护条件,位错为胞结构.
- 作者：
- 王俭秋
- 学位授予单位：
- 中国科学院金属腐蚀与防护研究所
- 专业名称：
- 腐蚀与防护
- 授予学位：
- 博士
- 学位年度：
- 1995年
- 导师姓名：
- 师昌绪；柯伟
- 关键词：
- 腐蚀疲劳；金属腐蚀
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