金属部件为何“起泡”又“剥皮”？——金属腐蚀失效分析

发布时间： 2026-06-17 00:00

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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。

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