1. Đặc tính ăn mòn chung của đồng thau
Đồng thau là hợp kim Cu-Zn với Zn là nguyên tố hợp kim chính. Nó được gọi là đồng thau vì màu vàng của nó. Theo loại và hàm lượng các nguyên tố hợp kim được thêm vào, đồng thau có thể được chia thành ba loại: đồng thau một pha, đồng thau pha phức tạp và đồng thau đặc biệt. Khi hàm lượng kẽm nhỏ hơn 36% sẽ hình thành dung dịch rắn một pha nên đồng thau một pha còn được gọi là đồng thau. Khi hàm lượng kẽm đạt 36%-45%, nó sẽ trở thành + đồng thau pha phức tạp. Khi hàm lượng kẽm lớn hơn 45% thì có quá nhiều pha, dễ gãy và không có giá trị thực tế. Đồng thau đặc biệt dựa trên Cu-Zn và thêm Sn, Mn, Al, Fe, Ni, Si, Pb và các nguyên tố khác.
Đồng thau ăn mòn rất chậm trong khí quyển, tốc độ ăn mòn trong nước ngọt tinh khiết không lớn ({{0}}.0025-0.025mm/năm), và tốc độ ăn mòn trong nước biển nhanh hơn một chút ( 0.0075-0.1 mm/năm). Fluoride trong nước ít ảnh hưởng đến sự ăn mòn của đồng thau, clorua có tác dụng lớn hơn và iodide có ảnh hưởng nghiêm trọng. Trong nước chứa các khí như O2, CO2, H2S, SO2, NH3, v.v. tốc độ ăn mòn của đồng thau tăng lên đáng kể. Rất dễ bị ăn mòn trong nước khoáng, đặc biệt là nước có chứa Fe2(SO4)3. Nó gây ra sự ăn mòn nghiêm trọng trong axit nitric và axit clohydric, ăn mòn chậm trong axit sulfuric và có khả năng chống ăn mòn trong dung dịch NaOH. Đồng thau có khả năng chống ăn mòn va đập tốt hơn đồng nguyên chất.
Đồng thau đặc biệt có khả năng chống ăn mòn tốt hơn đồng thau thông thường. Thêm khoảng 1% Sn vào đồng thau có thể làm giảm đáng kể sự ăn mòn khử kẽm của đồng thau và cải thiện khả năng chống ăn mòn trong nước biển; thêm khoảng 2% Pb vào đồng thau có thể làm tăng khả năng chống mài mòn, do đó làm giảm đáng kể tốc độ ăn mòn của nó trong dòng nước biển chảy. Để ngăn chặn sự ăn mòn do khử kẽm, một lượng nhỏ As, Sb và P (0.02%~0.05%) cũng có thể được thêm vào ; đồng thau hải quân chứa 0,5% ~ 1,0% Mn, có thể cải thiện độ bền và có khả năng chống ăn mòn tốt. . Trong đồng thau chứa 65% Cu và 55% Cu, 12%-18% Ni được sử dụng để thay thế một phần Zn. Vì màu trắng bạc nên được gọi là bạc niken hoặc bạc Đức. Hợp kim này có khả năng chống ăn mòn tuyệt vời trong muối, kiềm và axit không oxy hóa. Đồng thời, do một lượng lớn Ni thay thế cho 2n nên không có hiện tượng khử kẽm. Ngoài các đặc tính ăn mòn nêu trên, đồng thau còn có hai dạng ăn mòn quan trọng là ăn mòn khử kẽm và ăn mòn ứng suất.
2. Ăn mòn ứng suất, nứt đồng thau
Các yếu tố ảnh hưởng đến hiện tượng nứt ăn mòn ứng suất của đồng thau bao gồm môi trường ăn mòn, ứng suất, thành phần hợp kim và cơ cấu tổ chức. Một hợp kim nhất định sẽ chỉ bị ăn mòn và nứt trong một số môi trường nhất định và các điều kiện ứng suất cụ thể.
(1) Môi trường ăn mòn
Đồng thau dưới ứng suất kéo có thể tạo ra sự ăn mòn ứng suất trong tất cả các môi trường chứa amoniac (hoặc NH{1}}) và trong khí quyển, nước biển, nước ngọt, nước có nhiệt độ cao và áp suất cao cũng như hơi nước. Ví dụ, vết nứt của vỏ đạn bằng đồng trong mùa mưa mùa hè (còn gọi là nứt theo mùa) là một ví dụ điển hình về vết nứt do ăn mòn ứng suất của đồng thau. Ngoài ra, hình thái nứt ăn mòn ứng suất của đồng thau được chia thành dạng hạt và dạng xuyên hạt. Trong dung dịch tạo màng, gãy xương giữa các hạt chủ yếu xảy ra, còn trong dung dịch không tạo màng, gãy xương xuyên hạt chủ yếu xảy ra. Cơ chế gây nứt ăn mòn ứng suất của đồng thau thường được cho là trong dung dịch tạo màng, một lớp màng oxit dạng đồng có độ bền kém được hình thành trên bề mặt đồng thau. Dưới tác động của ứng suất và sức căng, màng oxit dạng đồng trải qua quá trình nứt giòn và sau đó hình thành ở ranh giới hạt. Sau khi lớp màng này giòn, vết nứt sẽ mở rộng sang lớp kim loại cơ bản và bị chặn lại do trượt, làm lộ đầu vết nứt tiếp xúc với dung dịch ăn mòn. Sau đó, sự thâm nhập giữa các hạt, hình thành màng, nứt giòn và mở rộng vết nứt sẽ xảy ra. Quá trình này được lặp lại. , cuối cùng hình thành một vết nứt không liên tục. Trong dung dịch không tạo màng, ứng suất làm cho các trật khớp nhô ra trên bề mặt đồng thau được ưu tiên hòa tan, khiến các vết nứt lan truyền dọc theo đường có mật độ trật khớp cao nhất và gây ra đứt gãy. Trong đồng thau có hàm lượng kẽm thấp, sự sai lệch chủ yếu ở dạng tế bào, ranh giới hạt là vùng có mật độ sai lệch tối đa nên các vết nứt xảy ra dọc theo dạng tinh thể. Trong đồng thau có hàm lượng kẽm cao, các sai lệch chủ yếu ở dạng phẳng, các đứt gãy xếp chồng là những vùng có mật độ sai lệch tối đa nên xảy ra hiện tượng đứt gãy xuyên hạt. Ngoài ra, do các nguyên tử kẽm phân tách tại các vị trí sai lệch khi bị ứng suất và tăng hoạt động tại các vị trí sai lệch, nên tốc độ phát triển vết nứt sẽ tăng lên khi hàm lượng kẽm tăng lên.
Nghiên cứu thực nghiệm cho thấy trong số các khí quyển, không khí công nghiệp có nhiều khả năng gây ra hiện tượng nứt do ăn mòn ứng suất của đồng thau và có tuổi thọ gãy ngắn nhất; bầu không khí nông thôn có khả năng xảy ra thứ hai và bầu không khí biển có ít tác động nhất. Tác động khác nhau này đến môi trường khí quyển là do sự chênh lệch hàm lượng SO2 trong khí quyển (không khí công nghiệp chứa nhiều SO2 nhất, không khí nông thôn chứa ít SO2 hơn và không khí biển hầu như không chứa SO2).
Nói tóm lại, các chất gây ra hiện tượng nứt do ăn mòn ứng suất của đồng thau chủ yếu là amoniac và các chất có thể tạo ra amoniac hoặc sunfua. Trong số đó, vai trò của amoniac được thừa nhận, trong khi vai trò của sunfua chưa rõ ràng. Ngoài ra, hơi nước, oxy, SO2, CO2 và CN- có tác dụng đẩy nhanh quá trình ăn mòn ứng suất.
(2) Căng thẳng
Ứng suất kéo là điều kiện cần thiết cho hiện tượng nứt do ăn mòn ứng suất ở đồng thau. Ứng suất kéo càng lớn thì vết nứt do ăn mòn ứng suất càng lớn
Độ nhạy càng cao. Sử dụng quá trình ủ ở nhiệt độ thấp để loại bỏ ứng suất kéo còn lại có thể bảo vệ đồng thau khỏi bị nứt ăn mòn do ứng suất.
(3) Thành phần và cấu trúc hợp kim
Hàm lượng kẽm trong đồng thau càng cao thì khả năng bị nứt ăn mòn do ứng suất càng cao. Đối với hàm lượng kẽm thấp đến mức nào thì hiện tượng ăn mòn do ứng suất sẽ không xảy ra. Điều này liên quan đến tính chất của phương tiện. Ví dụ, đồng thau có hàm lượng kẽm dưới 20% thường không gây ra hiện tượng ăn mòn ứng suất trong môi trường tự nhiên, trong khi đồng thau có hàm lượng kẽm thấp trong nước amoniac cũng sẽ gây ra hiện tượng nứt do ăn mòn ứng suất.
Ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim khác đến ăn mòn ứng suất, Si có thể ngăn chặn hiệu quả hiện tượng nứt ăn mòn ứng suất của đồng thau. Si và Mn có thể cải thiện khả năng chống ăn mòn ứng suất của + và đồng thau. Trong điều kiện khí quyển amoniac, Si, As, Ce, Mg và các nguyên tố khác cải thiện khả năng chống ăn mòn ứng suất của đồng thau. Trong điều kiện khí quyển, Si, Ce, Mg và các nguyên tố khác cải thiện hiệu suất ăn mòn ứng suất. Kết quả thử nghiệm tiếp xúc với khí quyển công nghiệp cho thấy rằng việc thêm Ai.Ni và Sn vào hợp kim Cu-Zn có thể làm giảm xu hướng ăn mòn ứng suất.
