应力腐蚀是指在拉应力作用下,金属在腐蚀介质中引起的破坏。这种腐蚀一般均穿过晶粒,即所谓穿晶腐蚀。应力腐蚀由残余或外加应力导致的应变和腐蚀联合作用产生的材料破坏过程。应力腐蚀导致材料的断裂称为应力腐蚀断裂。
7050铝合金和A470不锈钢被广泛用于蒸汽/燃气涡轮机行业,但这两种材料在腐蚀性的环境中易发生应力腐蚀开裂,有可能会导致灾难性的结果,并造成巨大的经济损失。B. Bavarian等研究发现,添加缓蚀剂能有效的减小和控制这两种材料的应力腐蚀开裂敏感性。结果表明,添加1%浓度的缓蚀剂后,生成了保护性膜,在水分子位移极化电阻的影响下,击穿电位升高,钝化区间增大,应力腐蚀开裂得到明显的抑制。
08Cr2AlMo钢是一种用于含硫化氢体系中的金属材料,近年来在热交换器管束开发方面得到了广泛应用。F. Y. Zhang和B. Q. Gu采用慢应变速率拉伸试验,借助扫描电子显微镜,动电位极化和电化学阻抗谱测试等实验方法研究了08Cr2AlMo钢在H2S水溶液中的应力腐蚀开裂情况。结果表明,08Cr2AlMo钢在饱和H2S水溶液中很容易发生应力腐蚀开裂,在实验介质中添加咪唑啉和二亚乙基三胺后能有效的抑制08Cr2AlMo钢在H2S水溶液中的SCC行为,而且二亚乙基三胺的抑制效果要优于咪唑啉缓蚀剂。通过机理研究发现,缓蚀剂能促进钢片试样表面保护膜的生成,同时缓蚀剂可以降低阴极析氢的电位,从而防止了氢渗透进入实验试样导致氢致开裂。但当缓蚀剂的浓度低于0.2%时,对SCC没有明显的抑制作用。
铝-锂合金由于密度小、性能好等特点被广泛用于航空领域,由于具有良好的机械性能和高损伤容限,较传统合金来说这些合金不易发生应力腐蚀开裂行为,但在NaCl+ H2O2溶液中,Al-Li-Cu-Mg合金(8090-T8171)仍然会发生应力腐蚀开裂。研究发现,向实验溶液中加入10,000 ppm的氯化铈有效的抑制了8090合金的应力腐蚀开裂。氯化铈的加入会在合金表面形成氧化铈/氢氧化物的沉淀化合物膜,这些化合物在合金表面上的沉积减少了合金表面的腐蚀坑数量,通过阻碍阳极溶解达到抑制开裂的效果。
Yongsun Yi等采用慢应变速率拉伸试验和极化测量方法对600合金钢在除氧的40%氢氧化钠溶液和未除氧的氨溶液(pH值约为9.5)中的腐蚀情况进行了研究。结果发现,在315℃的氢氧化钠溶液中,测试试样发生了严重的晶间应力腐蚀开裂,在315℃的氨溶液中,测试试样上观察到很多小裂纹。当NiB加入到这两种测试溶液中后,有效的抑制了600合金钢的SCC行为。通过动电位扫描发现,硼化物缓蚀剂的加入,有效的降低了600合金钢在两种测试体系中的腐蚀电流密度。并且发现,NiB比CeB6能更有效地抑制600合金钢的SCC行为。在其他体系中,如含Pb污染水和苛性碱溶液中,NiB对600合金钢也是有效的应力腐蚀开裂缓蚀剂。
Ahmed Abdel Nazeer等进行了Cu10Ni合金在含硫化物、3.5%NaCl溶液中的应力腐蚀开裂行为研究。研究发现,由于硫化物离子的存在,Cu10Ni合金显示出极高的应力腐蚀开裂敏感性。在溶液中加入甘氨酸后,测试试样断裂时间延长,有效的抑制了开裂的发生。因此,甘氨酸可做为一种潜在的环境友好应力腐蚀抑制剂。同时,电化学测量结果表明,甘氨酸是一种混合型缓蚀剂,与KI复配使用,会有更好的协同效果。
国内学者对金属材料应力腐蚀开裂和缓蚀剂也有较多报道。曹楚南等研究发现了硫脲及其衍生物、伯胺以及季胺盐均对321不锈钢在酸性氯化物溶液中应力腐蚀开裂有一定的缓蚀作用,并提出了作用系数的概念。牛林等利用慢拉伸实验方法,结合动电位扫描、电化学阻抗测量技术研究了苯并三氮唑(BTA)对18-8钢在酸性氯化物溶液中的应力腐蚀开裂缓蚀作用。发现BTA能覆盖金属表面的活性位置抑制金属阳极溶解,从而能降低金属应力腐蚀开裂敏感性。黄琳等评价了N-甲基二乙醇胺(MDEA)、单油咪唑啉两种缓蚀剂对脱硫装置中碳钢应力腐蚀开裂的影响,发现两种缓蚀剂都能有效抑制氢鼓泡的现象,并且能很大程度地降低碳钢应力腐蚀开裂敏感性。