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在線客服 應力腐蝕的危害與防護華東理工大學華昌聚合物有限公司 黃銳金屬材料或玻璃鋼復合材料等在拉應力和特定化學介質共同作用下，發生低應力破壞（一般為脆性斷裂），稱為應力腐蝕斷裂。應力腐蝕共同作用下，材料破壞所需的應力遠小于靜態腐蝕下的應力。
1、應力腐蝕的因素
力學因素。 制品一般承受的是拉應力，其拉應力主要為負載應力和殘余應力。而殘余應力包括制品拼接組裝產生的殘余應力、金屬制品冷加工變形產生的殘余應力、玻璃鋼制品固化過程產生的殘余應力，以及設計不合理產生的應力集中等。當制品所受的拉應力超過臨界應力時就可能發生應力腐蝕破壞。
環境因素。環境溫度、介質中某些成分的濃度都可能對制品（包括金屬制品和非金屬復合材料制品）的應力腐蝕破壞產生不同程度影響。一般來說，介質溶度越高、溫度越高，在拉應力和腐蝕環境下，越容易對制品產生應力腐蝕。
制品制作工藝。不同工藝對制品的內部結構的均勻性以及是否有缺陷是不一樣的。工藝不成熟或者固有的缺點生產的制品容易出現各種缺陷，而應力腐蝕對缺陷更敏感，制品更容易發生應力腐蝕破壞。
制品組成成分。金屬制品的各個元素不同構成比例，玻璃鋼中基體與纖維不同的比例等成分的差別都可以對應力腐蝕產生影響。
2、應力腐蝕的特征與危害
應力腐蝕在腐蝕過程中，材料出現微裂紋然后再擴展為宏觀裂紋，微裂紋一旦形成，其擴展速度比其它類型局部腐蝕的快的多。應力腐蝕的過程不易發覺，一旦發生事故不易控制，造成危害也較大。應力腐蝕斷裂的特征曲線見圖1。
圖1. 應力腐蝕斷裂的特征曲線應力腐蝕斷裂是一種延遲斷裂。
斷裂時間隨介質和應力大小從幾分鐘到幾年不等。應力腐蝕裂紋擴展速度遠遠大于沒有應力時的腐蝕速度，但比純機械快速斷裂慢的多。
金屬材料發生應力腐蝕時，僅在局部地區出現從表到里的腐蝕裂紋，其裂紋形態主要有穿晶型、晶界型、混合型。不同的金屬與環境體系有不同的裂紋形態。一般斷裂口呈現脆性斷裂特征。
玻璃鋼復合材料在介質、應力等因素作用下，結構和性能可能發生變化從而降低或喪失使用性能，而應力腐蝕開裂是導致玻璃鋼制品發生脆性斷裂而失效的主要原因之一。應力腐蝕會降低玻璃鋼的蠕變強度和蠕變極限。一般來說，玻璃鋼的蠕變極限為靜態強度的30-40%，但應力腐蝕的影響，其蠕變極限會降低到30%以下。同時，應力腐蝕會降低玻璃鋼的蠕變模量。
3、應力腐蝕防護力學因素的防護
減少拉應力，使材料的工作應力和殘余應力的總和降到腐蝕臨界應力以下。包括以下：一是設計構件合理，不出現應力過高集中區，過度區域盡量圓角連接；二是制品制造加工過程盡量避免較大溫差變化，避免快速冷卻產生的應力集中以及制品變形。
環境因素防護。考慮到應力腐蝕對制品的耐腐蝕性能的影響，在考慮制品對特定環境溫度和介質濃度耐腐蝕性能時，需要留夠充分的余量，以避免制品在使用期內就發生應力腐蝕破壞。
制品制作工藝防護。時刻關注相關行業制作工藝的發展變化，及時更新現有的舊的不夠先進的制作工藝，采用更新的工藝制作滿足要求的優良制品，可以降低應力腐蝕破壞情況的發生概率。以玻璃鋼容器為例，現如今玻璃鋼容器很多是使用纏繞工藝制作的，但該工藝不能保證制品表面和結構中不存在缺陷（如，表面劃痕、內部夾雜、微孔、裂縫、晶界、相界等）。
制品組成成分防護。對于金屬制品來說，通過不斷研發試驗，找到更佳的各元素更佳比例的配方，制造更耐腐蝕的金屬制品以代替對介質或應力敏感的材料，比如可以采用抗應力腐蝕開裂的不銹鋼系列，如高鎳奧氏體鋼、高純奧氏體鋼、超純高鉻鐵素體鋼等代替普通的不銹鋼材料；對于玻璃鋼復合材料，研發出更好的耐應力腐蝕的基體材料以及增強材料，以提高制品的耐應力腐蝕能力。用韌性高防腐蝕性能高的基體材料代替脆性大防腐蝕性能低的基體材料，同時根據需要采用不同的增強材料代替傳統增強材料，如耐腐蝕的高性能玻璃纖維的使用以及防腐蝕性能更優的碳纖維的使用。
使用過程的防護。在制品使用過程中，避免內或外部沖擊對制品產生影響，同時經常對制品進行檢查。檢查包括肉眼可見的外觀是否損傷檢查，以及對內部的無損檢測（如采用超聲波檢測等）。對于檢查出的缺陷，及時研究出修復方案，假如無有效修復方案，應該及時停止對制品的使用。制品在使用前，有運輸和安裝過程，這些過程同樣可能不可避免的要被磕碰，這時候使用緩沖材料對制品表面進行保護，避免制品在使用前就產生銀紋或裂紋等缺陷。
還有其它一些防護，如下：
涂料防護：對制品表面涂抹一層防腐蝕涂料進行加強保護；
襯里防護：在制品內部加一層內襯層，如耐腐蝕性更高的不銹鋼、鈦、橡膠、玻璃鋼、聚四氟乙烯等，以加強制品的腐蝕。最近，由華東理工大學華昌聚合物主導的加油站雙壁罐修復改造，就是對原有已有腐蝕的鋼制油罐進行加入玻璃鋼內襯改造，以達到油罐的使用修復，延長油罐的使用壽命。
金屬制品的陰極保護：采用外加電流的陰極保護可以有效防止金屬制品的應力腐蝕。
添加緩蝕劑進行處理：在生產條件允許下，可以添加一些防腐蝕劑來提高制品的耐腐蝕性能。
以本人接觸更多的玻璃鋼為例簡單說一下。玻璃鋼材料常規一般采用不飽和樹脂（包括乙烯基酯、不飽和聚酯等）、環氧樹脂等熱固性樹脂以及熱塑性樹脂為基體材料，同時加入玻璃纖維、碳纖維等為增強材料制作而成。樹脂和纖維都能影響最終制品對特定介質的的防腐蝕能力。個人認為，樹脂對介質的防腐蝕作用更重要，而纖維最大的作用是提供制品的初始強度。所以在提高纖維的防腐蝕能力外，想要保證制品的防腐蝕能力，更重要的是提高樹脂的防腐蝕能力。本文主要說的應力腐蝕，若要防護應力腐蝕，首要要保證玻璃鋼材料本身在不受應力下就具備對特定介質的防腐蝕能力，這是基本前提。否則，材料本身在不受應力下就不耐腐蝕，或者耐腐蝕能力不強，那么應力下的防腐蝕能力就更弱。所以，要避免應力腐蝕，材料在靜態下的防腐蝕能力必須提高到一定程度。我們知道，乙烯基酯樹脂的防腐蝕能力（常規的酸堿性等介質的防腐蝕）一般比不飽和聚酯強，所以在選擇基體樹脂材料的時候，為了防護應力腐蝕等腐蝕的時候，我們優先選擇乙烯基酯樹脂。但考慮到乙烯基酯的價格較不飽和聚酯高，我們應該在保證滿足防腐蝕的條件下，控制乙烯基酯與不飽和樹脂的使用比例，以達到一個最佳的防腐蝕與成本控制的平衡點。針對應力腐蝕，一般采用韌性好的基體材料制作的制品比采用韌性差的基體材料制作的制品比能夠更好的防護應力下的腐蝕。所以，為了提高玻璃鋼制品的應力腐蝕防護能力，可以考慮兩個方面對基體進行研究。一個方面研究新配方提高樹脂對特定介質的防腐蝕能力，一方面研究新配方提高樹脂的韌性。在韌性不變的前提下提高樹脂防腐蝕的能力，在防腐蝕不變的前提下提高樹脂的韌性，或者兩方面都提高，這些都能提高采用該樹脂制作的最終材料的應力腐蝕防護能力。這里還將提到影響玻璃鋼制品的應力腐蝕防護能力的一個重要因素，這就是基體與纖維之間的結合能力，即界面性能。樹脂與纖維界面性能好，玻璃鋼制品的缺陷出現會少很多；而樹脂與纖維界面性能差，玻璃鋼制品可能會出現各種缺陷（開裂、分層等），本身有缺陷的制品更容易發生應力腐蝕破壞，因為應力腐蝕對缺陷更敏感。上面已經提到，制作工藝也會影響制品的應力腐蝕抵抗能力。玻璃鋼制作工藝很多，我們知道熱壓罐成型工藝制作的制品缺陷比真空灌注成型工藝制作的制品更少，但熱壓罐成型工藝的成本也更高。所以，研究成本更低、成品缺陷更少的制作工藝也是玻璃鋼材料應力腐蝕防護需要考慮的問題。
應力腐蝕作為材料腐蝕的一種形式，其相比其它腐蝕（物理腐蝕、化學腐蝕等）的不可預料性更大，可控性也越差，危害性也越大。了解并做好應力腐蝕的防護因此很有必要。更先進的材料發現、更先進的材料制作工藝采用、更先進的快速方便的檢測技術的發明都將為以后應力腐蝕防護提供保證。
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