







如果说脆性断裂是最危险的失效方式,那么腐蚀失效可以说是最复杂的失效方式。
点腐蚀,简称点蚀(pitting corrosion)是指金属表面在腐蚀介质中形成小孔的一种极为局部的腐蚀形态,亦称孔蚀,蚀孔表面常被腐蚀产物覆盖,难以被及时发现,从而造成突然性事故。
某固定轴组件在服役一段时间后,拆解检查时发现端面、轴杆以及与之装配的扭簧表面均出现了明显的红褐色锈蚀产物,扭簧上的腐蚀产物堆积严重,局部镀层鼓起、开裂,甚至整片剥落。
金属部件没有明显外力损伤,却从某个小点开始迅速蔓延,最终导致功能失效。
为了精准判定失效原因,我们按照从宏观到微观、从非破坏到破坏的顺序,对失效件(NG样品)和同批次的正常件(OK样品)进行了系统分析。
低倍观察
对NG样品进行表面低倍观察,结果如下:
固定轴端面、轴杆以及扭簧表面均存在明显腐蚀痕迹,其中扭簧表面腐蚀产物堆积尤为显著;
腐蚀并非均匀覆盖于整个表面,而是呈局部分布,表明腐蚀起始于局部区域,具有点蚀特征。
试样表面低倍图
结论:
腐蚀呈局部分布,扭簧表面腐蚀产物堆积明显,初步判断腐蚀从局部萌生,具备点蚀的典型形貌特征。
红外光谱分析
为进一步确认腐蚀区域是否存在有机污染物,取NG样品腐蚀区域异物进行傅里叶变换红外光谱(FTIR)测试,结果如下:
异物谱图与乳酸盐拟合良好,乳酸盐中RCOO⁻有机酸盐的特征吸收峰出现在1580 cm⁻¹和1430 cm⁻¹附近。
异物红外分析
吸收峰位置发生蓝移,说明除乳酸盐外,腐蚀区域中还存在卤化物腐蚀产物。
异物红外分析
结论:
腐蚀区域检出乳酸盐及卤化物成分,汗液污染(含Cl⁻及乳酸)为导致腐蚀的重要环境线索。
但为何汗液成分会出现在该固定轴组件表面?为何同批次样品中NG样品发生严重腐蚀而OK样品暂未失效?答案需结合表面微观形貌与镀层质量进一步判定。
表面形貌与能谱分析(SEM + EDS)
对NG样品腐蚀区域进行扫描电子显微镜(SEM)观察及能谱(EDS)分析,结果如下:
固定轴腐蚀区域:腐蚀产物呈鼓泡状、龟裂状及结晶盐状形态;EDS分析显示被腐蚀处Cl元素含量高达11%。固定轴材质为含Fe/Cr/Ni的不锈钢,镀层主元素为Cr/C/O。
NG样品固定轴端面微观形貌与能谱图
扭簧腐蚀区域:表面腐蚀产物堆积,可见结晶盐态;EDS分析显示被腐蚀处Cl元素含量达3.4%,主元素为Fe/O,基材为碳钢。未腐蚀区域镀层为Ni-P层,但镀层可见缝隙缺陷。
NG样品扭簧表面微观形貌与能谱图
结论:
Cl⁻在固定轴及扭簧腐蚀区域均富集,证实其为腐蚀的关键介质。固定轴Cl含量(11%)远高于扭簧(3.4%),与其不锈钢钝化膜受Cl⁻破坏后形成"大阴极-小阳极"微电偶、加速点蚀扩展的机理相符。但为何腐蚀集中于特定区域而非全面铺开?为何扭簧未腐蚀处已存在镀层缝隙缺陷?镀层完整性或为决定性因素。
化学成分分析
取NG样品固定轴去除镀层后进行化学成分分析,结果如下:
NG样品固定轴为含铜的易切削不锈钢,其成分符合JIS G4303-2021标准中牌号SUS303Cu的限值要求。
NG样品固定轴成分结果(Wt.%)
结论:
固定轴基体材料成分合格,排除了因材料错用或成分超标导致腐蚀的可能性,失效原因应聚焦于环境因素与表面处理质量。
金相分析
对NG样品固定轴及NG、OK样品扭簧进行切片制样,经金相显微镜观察,结果如下:
NG样品固定轴:基体为奥氏体组织,部分呈孪晶及碳化物;组织中存在较多颗粒状与长条状MnS夹杂物。未腐蚀端面可见镀层,由内层高Cr层及外层Cr/C/O层组成,总厚度约1.52 μm。固定轴端面较粗糙,镀层局部断续;腐蚀端面可见腐蚀产物将镀层鼓包。
NG样品固定轴端面轴向组织微观与能谱图
NG样品扭簧:基体腐蚀严重,镀层被腐蚀产物鼓包、断裂。未腐蚀区域镀层局部可见未完全覆盖基体及缝隙缺陷,使基体裸露。
NG样品扭簧横向组织微观图
OK样品扭簧:镀层局部同样存在未完全覆盖基体及缝隙缺陷;基体裂纹处可见镀层,表明镀前裂纹已存在,镀层质量较差,使基体裸露。
OK样品扭簧横向组织微观图
结论:
镀层局部断续、存在缝隙缺陷且未完全覆盖基体,为含Cl⁻腐蚀介质渗入提供了通道。OK样品虽暂未失效,但已具备与NG样品相同的镀层质量隐患,处于失效早期阶段。外来含Cl污染物是导致腐蚀失效的直接原因,而镀层质量较差则是腐蚀过早发生的主要促进因素。
根本原因
直接原因:外来含Cl⁻污染物(来源为汗液)附着在部件表面,Cl⁻破坏了不锈钢固定轴的钝化膜及扭簧的Ni-P镀层,诱发点蚀。
促进因素:镀层质量差,存在局部断续、缝隙缺陷,使基体裸露,显著降低了部件的耐腐蚀能力,导致腐蚀过早发生。
改进建议
过程控制:在生产、装配、检验环节严格管控人员手部接触,佩戴洁净手套,避免汗液污染部件表面。
镀层工艺优化:提高镀层覆盖完整性,减少缝隙和断续缺陷。
出厂检测:增加镀层孔隙率检测或盐雾试验抽检批次,确保镀层质量稳定性。
设计层面:对于服役环境不可控的部件,可选用耐点蚀当量更高的不锈钢材料(如含钼奥氏体不锈钢),或增加有机封闭涂层。





