







如果說脆性斷裂是最危險的失效方式,那么腐蝕失效可以說是最復雜的失效方式。
點腐蝕,簡稱點蝕(pitting corrosion)是指金屬表面在腐蝕介質中形成小孔的一種極為局部的腐蝕形態,亦稱孔蝕,蝕孔表面常被腐蝕產物覆蓋,難以被及時發現,從而造成突然性事故。
某固定軸組件在服役一段時間后,拆解檢查時發現端面、軸桿以及與之裝配的扭簧表面均出現了明顯的紅褐色銹蝕產物,扭簧上的腐蝕產物堆積嚴重,局部鍍層鼓起、開裂,甚至整片剝落。
金屬部件沒有明顯外力損傷,卻從某個小點開始迅速蔓延,最終導致功能失效。
為了精準判定失效原因,我們按照從宏觀到微觀、從非破壞到破壞的順序,對失效件(NG樣品)和同批次的正常件(OK樣品)進行了系統分析。
低倍觀察
對NG樣品進行表面低倍觀察,結果如下:
固定軸端面、軸桿以及扭簧表面均存在明顯腐蝕痕跡,其中扭簧表面腐蝕產物堆積尤為顯著;
腐蝕并非均勻覆蓋于整個表面,而是呈局部分布,表明腐蝕起始于局部區域,具有點蝕特征。
試樣表面低倍圖
結論:
腐蝕呈局部分布,扭簧表面腐蝕產物堆積明顯,初步判斷腐蝕從局部萌生,具備點蝕的典型形貌特征。
紅外光譜分析
為進一步確認腐蝕區域是否存在有機污染物,取NG樣品腐蝕區域異物進行傅里葉變換紅外光譜(FTIR)測試,結果如下:
異物譜圖與乳酸鹽擬合良好,乳酸鹽中RCOO?有機酸鹽的特征吸收峰出現在1580 cm?1和1430 cm?1附近。
異物紅外分析
吸收峰位置發生藍移,說明除乳酸鹽外,腐蝕區域中還存在鹵化物腐蝕產物。
異物紅外分析
結論:
腐蝕區域檢出乳酸鹽及鹵化物成分,汗液污染(含Cl?及乳酸)為導致腐蝕的重要環境線索。
但為何汗液成分會出現在該固定軸組件表面?為何同批次樣品中NG樣品發生嚴重腐蝕而OK樣品暫未失效?答案需結合表面微觀形貌與鍍層質量進一步判定。
表面形貌與能譜分析(SEM + EDS)
對NG樣品腐蝕區域進行掃描電子顯微鏡(SEM)觀察及能譜(EDS)分析,結果如下:
固定軸腐蝕區域:腐蝕產物呈鼓泡狀、龜裂狀及結晶鹽狀形態;EDS分析顯示被腐蝕處Cl元素含量高達11%。固定軸材質為含Fe/Cr/Ni的不銹鋼,鍍層主元素為Cr/C/O。
NG樣品固定軸端面微觀形貌與能譜圖
扭簧腐蝕區域:表面腐蝕產物堆積,可見結晶鹽態;EDS分析顯示被腐蝕處Cl元素含量達3.4%,主元素為Fe/O,基材為碳鋼。未腐蝕區域鍍層為Ni-P層,但鍍層可見縫隙缺陷。
NG樣品扭簧表面微觀形貌與能譜圖
結論:
Cl?在固定軸及扭簧腐蝕區域均富集,證實其為腐蝕的關鍵介質。固定軸Cl含量(11%)遠高于扭簧(3.4%),與其不銹鋼鈍化膜受Cl?破壞后形成"大陰極-小陽極"微電偶、加速點蝕擴展的機理相符。但為何腐蝕集中于特定區域而非全面鋪開?為何扭簧未腐蝕處已存在鍍層縫隙缺陷?鍍層完整性或為決定性因素。
化學成分分析
取NG樣品固定軸去除鍍層后進行化學成分分析,結果如下:
NG樣品固定軸為含銅的易切削不銹鋼,其成分符合JIS G4303-2021標準中牌號SUS303Cu的限值要求。
NG樣品固定軸成分結果(Wt.%)
結論:
固定軸基體材料成分合格,排除了因材料錯用或成分超標導致腐蝕的可能性,失效原因應聚焦于環境因素與表面處理質量。
金相分析
對NG樣品固定軸及NG、OK樣品扭簧進行切片制樣,經金相顯微鏡觀察,結果如下:
NG樣品固定軸:基體為奧氏體組織,部分呈孿晶及碳化物;組織中存在較多顆粒狀與長條狀MnS夾雜物。未腐蝕端面可見鍍層,由內層高Cr層及外層Cr/C/O層組成,總厚度約1.52 μm。固定軸端面較粗糙,鍍層局部斷續;腐蝕端面可見腐蝕產物將鍍層鼓包。
NG樣品固定軸端面軸向組織微觀與能譜圖
NG樣品扭簧:基體腐蝕嚴重,鍍層被腐蝕產物鼓包、斷裂。未腐蝕區域鍍層局部可見未完全覆蓋基體及縫隙缺陷,使基體裸露。
NG樣品扭簧橫向組織微觀圖
OK樣品扭簧:鍍層局部同樣存在未完全覆蓋基體及縫隙缺陷;基體裂紋處可見鍍層,表明鍍前裂紋已存在,鍍層質量較差,使基體裸露。
OK樣品扭簧橫向組織微觀圖
結論:
鍍層局部斷續、存在縫隙缺陷且未完全覆蓋基體,為含Cl?腐蝕介質滲入提供了通道。OK樣品雖暫未失效,但已具備與NG樣品相同的鍍層質量隱患,處于失效早期階段。外來含Cl污染物是導致腐蝕失效的直接原因,而鍍層質量較差則是腐蝕過早發生的主要促進因素。
根本原因
直接原因:外來含Cl?污染物(來源為汗液)附著在部件表面,Cl?破壞了不銹鋼固定軸的鈍化膜及扭簧的Ni-P鍍層,誘發點蝕。
促進因素:鍍層質量差,存在局部斷續、縫隙缺陷,使基體裸露,顯著降低了部件的耐腐蝕能力,導致腐蝕過早發生。
改進建議
過程控制:在生產、裝配、檢驗環節嚴格管控人員手部接觸,佩戴潔凈手套,避免汗液污染部件表面。
鍍層工藝優化:提高鍍層覆蓋完整性,減少縫隙和斷續缺陷。
出廠檢測:增加鍍層孔隙率檢測或鹽霧試驗抽檢批次,確保鍍層質量穩定性。
設計層面:對于服役環境不可控的部件,可選用耐點蝕當量更高的不銹鋼材料(如含鉬奧氏體不銹鋼),或增加有機封閉涂層。





