金屬部件為何“起泡”又“剝皮”？——金屬腐蝕失效分析

發布時間： 2026-06-17 00:00

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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。

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