晶间腐蚀检测及判断方法

不锈钢、Ei基合金、Al合金（Al-Cu、Al-Cu-Mg、Al-Zn-Mg及Mg质量分数大于3%的Al-Mg合金）中经常产生晶间腐蚀。晶间腐蚀特点是沿晶界腐蚀，晶粒不腐蚀或腐蚀的很轻微。金属中出现晶间腐蚀后外观无明显变化，但是材料的物理、力学性能几乎全部丧失，因此破坏性很大。

导致晶间腐蚀的原因有两种理论，一是合金元素贫化，例如奥氏体不锈钢是贫Cr，Ei-Cr-Mo合金是贫Mo，Al-Cu合金是贫Cu；二是选择性溶解，例如奥氏体不锈钢在强氧化性介质中经固溶处理后也产生晶间腐蚀，而经敏化处理后反而不产生晶间腐蚀。这可能是由于固溶处理使P、Si在晶界上偏聚，引起选择性溶解，而敏化处理使P、Si不再富集。

晶间腐蚀试验方法很多，其原理及适用范围各不相同，不同的材料和介质应当选用不同的方法。晶间腐蚀试验方法可分为三大类，一是化学浸泡法，其特点是应用广泛，较为成熟，其中一些方法已被一些国家列为国标；二是电化学法，其特点是试验时间短，不破坏试样；三是物理试验法，其中以金相法和弯曲法应用较广泛。

10.3.4.1 化学浸泡法

常用的化学浸泡法见表10-16（参照国标GB/T4334—2008）。

表10-16 晶间腐蚀化学浸泡的试验方法（参照国标GB/T 4334—2008）

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1.草酸腐蚀试验 该试验是快速电解腐蚀，方法灵敏，用于筛选试验。此法不能检验因σ相引起的晶间腐蚀，也不能用于铁素体不锈钢。

草酸腐蚀后的晶界形态分为五类，见表10-17。在500倍金相显微镜下观察，蚀坑（或凹坑）形态分为两类，见表10-18。草酸筛选试验与其他试验方法的关系见表10-19。

2.沸腾硝酸试验 采用65%（质量分数）的沸腾硝酸试验可以选择性地腐蚀贫Cr区、碳化物、σ相。含Mo不锈钢（例如316L）和Ei基合金（例如哈氏合金）中的贫Cr区在其他化学浸泡试验可能不易显示，但在沸腾硝酸试剂中有明显的腐蚀速度。此法缺点是腐蚀时间长，硝酸浓度对腐蚀速度有影响，每次需要更换新试剂。

3.硫酸-硫酸铁试验 此法优点是对不锈钢晶界贫Cr、贫Mo的检验很敏感，其敏感程度与硝酸试验相近，但时间大大缩短。此法缺点是试剂中硫酸铁含量对腐蚀速度有影响。因此配制溶液时应使硫酸铁全部溶解，在试验过程中应及时补加硫酸铁。

表10-17 晶界形态分类

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表10-18 凹坑形态的分类

表10-19 草酸筛选试验与其他试验方法的关系

注：×表示不必作其他方法试验；○表示要作其他方法试验；—表示没有这种组织。

10.3.4.2 电化学法和物理法(www.xing528.com)

1.电化学法 有恒电位法与动电位法，恒电位法测定晶间腐蚀是依据晶间腐蚀敏感材料的阳极极化行为与耐晶间腐蚀材料之间的不同。例如晶间腐蚀敏感材料的腐蚀电流大于非敏感材料。图10-23所示为奥氏体不锈钢的阳极极化曲线，图10-24所示为铁素体不锈钢的阳极极化曲线。还可用阳极极化曲线形状或第二阳极峰形状判断晶间腐蚀倾向。

2.物理法

（1）电阻试验。有晶间腐蚀时材料电阻增大，因此测定试样经浸泡后电阻变化，可判断晶间腐蚀程度。

式中 ρ0——浸泡前试样的电阻率；

Δρ——浸泡前后试样电阻率之差；

R₀——浸泡前试样电阻；

R——浸泡后试样电阻；

ϕ₀——浸泡前试样直径；

ϕ——浸泡后试样直径。

电阻法判断晶间腐蚀的标准是Δρ/ρ0小于1%时为无晶间腐蚀，而Δρ/ρ0=1%～3%时有轻微晶间腐蚀。

图10-23 18Cr-8Ni钢经650℃、0～1000h敏化处理后，在90℃、1mol/L H₂SO₄溶液中的阳极极化曲线

图10-24 18Cr-2Mo不锈钢在24℃的H₂SO₄溶液中的阳极极化曲线

浸泡溶液对晶界腐蚀透入深度及失重量各不相同。例如，用H₂SO₄-CuSO₄溶液浸泡时的晶间腐蚀透入深度大，而失重小；沸腾HEO₃溶液浸泡时的晶间腐蚀透入深度小，而失重大；H₂SO₄-Fe₂（SO₄）3溶液介于两者之间。因此用H₂SO₄-CuSO₄溶液浸泡试样测定电阻是最好的方法，如图10-25所示。

图10-25 AISI 304钢在几种溶液中晶间腐蚀深度和失重的关系

1—H₂SO₄-CuSO₄溶液，经4320h腐蚀 2—H₂SO₄-Fe₂（SO₄）3溶液，经188h腐蚀 3—HEO₃溶液，经320h腐蚀

（2）弯曲试验。将浸泡过的试样弯曲成90°或180°，用肉眼或放大镜观察弯曲部位外侧是否存在裂纹，并进行评级。1级为无裂纹，2级为放大10倍时可看见轻微裂纹，3级为肉眼可见微小裂纹，4级为大裂纹，5级为严重裂纹。2～5级均为有晶间腐蚀。

3.金相法 常规金相法是将浸泡过的试样制成金相试片，在光学金相显微镜下观察晶间腐蚀情况，测定晶界腐蚀深度。用复膜透射电镜和透射电镜观察试样的晶间腐蚀，可以克服光学金相显微镜鉴别能力低、放大倍数不足的缺点。

用扫描电镜检查试样晶间腐蚀时，能使不平的试样表面很好的聚焦成清晰的图像。用电子探针研究晶间腐蚀可测定晶界贫Cr区宽度、Cr的浓度梯度。此外，还可用穆斯堡尔仪和俄歇谱仪分析晶间腐蚀情况。