腐蚀七现象
2022-05-26 14:02:29 作者:腐蚀与防护 来源:腐蚀与防护 分享至:

 腐蚀(Corrosion)是一种材料与周围的物质发生化学或电化学反应而导致解体的现象。无论是在我们的日常生活中,还是在工业生产中,金属“生锈”随处可见,从小到螺丝、螺母的腐蚀,大到汽车、飞机、桥梁等的腐蚀。腐蚀不仅仅会造成经济损失,甚至会导致安全事故,防腐的重要性不容小觑。



在日常生活中,金属表面往往不是以纯金属的形式存在,而是如下图所示:


金属边界层图示

在基材的边界层,首先会生成反应层(1~10 nm)。由于大气中含有氧气,反应层通常以氧化物的形式存在,因此也称为一次氧化膜(POF)。这层膜通常较薄,可以初步防止进一步的腐蚀。例如,一次氧化膜(POF)可以对不锈钢和铝表面提供有效的防护。

在反应层上,物质堆积在吸附层(0.1~10 nm)中。通常第一种是水,由于大多数金属氧化物的两性特征,它与一次氧化膜(POF)发生酸碱反应,在表面上形成了游离氢氧化物基团,其他活性物质(例如氨或有机胺)也可嵌入其中。该层是化学吸附层,结合力强且难以再次溶解。化学吸附层紧跟着物理吸附层,物理吸附层的分子结合力较差,容易被取代。

紧邻吸附层会形成污染层,是最厚的层,通常厚度超过1 μm。

一次氧化膜(POF)是抗腐蚀最重要的一层,该层膜越厚、附着力越强,越耐腐蚀。也就是说,应在一次氧化膜(POF)形成和稳定的过程中开始腐蚀防护。根据金属材料的不同,需要使用助剂(如表面活性剂、氧化还原剂)。腐蚀通常从一次氧化膜(POF)的分解开始,这在非合金钢材料中极易发生,但在不锈钢中,由于含有合金成分(尤其是铬),一次氧化膜(POF)稳定性较好。

作为一种氧化还原反应,腐蚀大体上可以分为化学腐蚀与电化学腐蚀。

化学腐蚀:

金属和空气(如氧气)或有机溶剂的直接反应,氧化和还原在同一位置发生。腐蚀速率取决于刻蚀介质的浓度、金属表面以及反应产物的特质。

电化学腐蚀:

金属和电解液(通常是水溶液)组成两个电极,形成了原电池,电流开始流动,在较低电位处的金属会溶解。空气中的水、灰尘、烟尘、化学物质如硫化物与氯化物,或者水溶液中的化学物质,pH值和水的硬度等都会影响电化学腐蚀。

生活中常见的腐蚀有多种不同的表现形式,我们一起来看看以下七种重要的腐蚀类型。

1. 侵蚀腐蚀(均匀表面侵蚀、均匀腐蚀)


图例:生锈的汽车刹车盘

(注:图片来自于网络)

金属受到的侵蚀几乎与表面平行。它是最常见的腐蚀形式,通常是由水或污浊空气引起。

2. 缝隙腐蚀


图例: 同是不锈钢材质的螺丝与底板连接处的腐蚀

(注:图片来自于网络)

金属或结构件之间的缝隙会导致严重腐蚀,因为电解液通过毛细作用被保留,并可能产生较大的浓度差。通过设计的优化措施可以有效地防止这种情况。

3. 接触腐蚀


图例: 管道连接处螺栓的腐蚀

两种不同的金属相互接触而同时处于电解质中所产生的电化学腐蚀,其中一种金属的腐蚀速度明显加快。可通过选择适当的材料或中断材料之间的导电来防止。

4. 点蚀


图例: 座椅凳腿的点状腐蚀

点蚀会导致点状、坑状或针尖状的坑。它通常由保护层的点状损伤引起,例如涂层中的孔隙或钝化层上的氯化物侵蚀。

5. 晶间腐蚀


图例:显微镜下晶间腐蚀照片

(注:图片来自网络)

主要是铁素体Cr和CrNi奥氏体钢中的晶界受到侵蚀,这种腐蚀会使晶粒间的结合力大大削弱。严重的晶间腐蚀可使金属失去强度和延展性,在正常载荷下碎裂,适当的热处理是防止晶间腐蚀的前提。

6. 露点腐蚀


图例:钢管露点腐蚀穿孔

(注:图片来自于网络)

露点腐蚀是指饱和蒸汽因冷却而凝结成液体对材料造成的腐蚀,低合金钢、非合金钢以及CrNi不锈钢易被强烈侵蚀,必须由合适的防护层进行保护。

7. 应力腐蚀开裂


图例:不锈钢管的应力腐蚀开裂

(注:图片来自于网络)

在腐蚀介质中,同时在机械应力下材料会形成裂纹,特别是在含氯和强碱溶液中,会导致CrNi奥氏体钢内出现应力腐蚀开裂。

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