金屬腐蝕:金屬材料在周?chē)橘|(zhì)的作用下受到破壞,稱(chēng)為金屬腐蝕。
金屬在腐蝕過(guò)程中的化學(xué)變化基本上是金屬元素氧化形成化合物。
這種腐蝕過(guò)程一般以?xún)煞N方式進(jìn)行:化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。
化學(xué)腐蝕:金屬表面與周?chē)橘|(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕。
電化學(xué)腐蝕:金屬材料(合金或不純金屬)在與電解液接觸時(shí)通過(guò)電極反應(yīng)而產(chǎn)生的腐蝕。這種損失有時(shí)是無(wú)法估量的。例如,一架載有數(shù)百人的飛機(jī)被腐蝕,在空中發(fā)生飛機(jī)事故,或者橋梁的鋼結(jié)構(gòu)被腐蝕,導(dǎo)致橋梁斷裂。所以要認(rèn)真對(duì)待
金屬腐蝕分類(lèi)
金屬腐蝕一般可分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。
1. 化學(xué)腐蝕
化學(xué)腐蝕是由表面與介質(zhì)之間的化學(xué)相互作用引起的。它的特點(diǎn)是在運(yùn)行過(guò)程中沒(méi)有電流。化學(xué)腐蝕可分為以下兩類(lèi)。
(1)氣體腐蝕金屬在干燥氣體(表面無(wú)水蒸汽冷凝)中的腐蝕。氣體腐蝕一般是指金屬在高溫下的腐蝕,如軋鋼過(guò)程中產(chǎn)生的氧化皮、內(nèi)燃機(jī)活塞燃燒等。
(2)金屬在11L三電解質(zhì)溶液中的腐蝕發(fā)生在非導(dǎo)電液體中。例如,金屬在有機(jī)液體(如乙醇、石油等)中的腐蝕。
2. 電化學(xué)腐蝕
電化學(xué)腐蝕是由金屬表面與介質(zhì)之間的電化學(xué)相互作用引起的。作用過(guò)程中有陰極區(qū)和陽(yáng)極區(qū),金屬與介質(zhì)之間有電流流動(dòng)。有時(shí)電化學(xué)作用單獨(dú)引起腐蝕,有時(shí)機(jī)械和生物作用共同產(chǎn)生腐蝕。電化學(xué)腐蝕可分為以下幾類(lèi)。
(1)大氣腐蝕金屬在潮濕空氣中的腐蝕。
(2)土壤腐蝕是由地下金屬構(gòu)件(如管道、電纜等)腐蝕引起的。
(4)金屬在熔鹽中的腐蝕。如熱處理車(chē)間熔鹽加熱爐中電極和處理過(guò)的金屬的腐蝕。
(5)應(yīng)力腐蝕裂紋是金屬在拉應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)作用下的腐蝕損傷。應(yīng)力來(lái)源于冷熱加工過(guò)程中的殘余應(yīng)力或外部應(yīng)力。裂紋垂直于拉應(yīng)力,有時(shí)沿金屬晶界,有時(shí)穿晶。
(6)腐蝕疲勞是金屬在交變應(yīng)力(或脈沖應(yīng)力)和腐蝕介質(zhì)共同作用下,疲勞極限大大降低,導(dǎo)致過(guò)早斷裂(如螺桿軸、泵軸)的一種腐蝕。
(7)磨損腐蝕(磨損)包括腐蝕和機(jī)械磨損,兩者相互加速。磨損有很多種形式。
①?zèng)_擊腐蝕(沖蝕)是由液體流動(dòng)或沖擊引起的。
②空化沖蝕(空化沖蝕)所謂的空化是由高速液體不規(guī)則流動(dòng)而產(chǎn)生的??涨恢兄挥猩倭康乃魵饣虻蛪嚎諝狻S捎趬毫土鲃?dòng)條件的頻繁變化,空腔會(huì)周期性地出現(xiàn)和消失。當(dāng)它消失時(shí),由于與周?chē)邏旱膲翰畲?,?huì)對(duì)腔體附近的金屬表面產(chǎn)生所謂的“水錘效應(yīng)”,往往會(huì)破壞金屬表面的保護(hù)膜,繼續(xù)腐蝕。
③微振動(dòng)磨損腐蝕是兩個(gè)相鄰表面相互振動(dòng)引起的磨損,破壞金屬保護(hù)膜,加速腐蝕。
(8)微生物腐蝕某些微生物的生命活動(dòng),促進(jìn)陽(yáng)極區(qū)或陰極區(qū)的電化學(xué)反應(yīng),或削弱金屬表面膜的耐腐蝕性,或產(chǎn)生腐蝕性物質(zhì),從而加速電化學(xué)腐蝕。如硫酸鹽還原菌和鐵菌對(duì)金屬的腐蝕
(9)海洋生物腐蝕許多海洋生物(動(dòng)物或植物)能附著在金屬表面并不斷繁殖。它們?cè)谛玛惔x的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生腐蝕性物質(zhì),或者由于金屬表面覆蓋不均勻而造成氧濃度池,從而加速電化學(xué)腐蝕。
金屬材料與外界介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的損傷現(xiàn)象稱(chēng)為化學(xué)腐蝕。在化學(xué)腐蝕過(guò)程中沒(méi)有電流,只是一個(gè)簡(jiǎn)單的化學(xué)作用。例如,金屬表面在常溫和干燥環(huán)境下的氧化。對(duì)于不同的金屬,氧化物的結(jié)構(gòu)和性能是不同的,有些能在金屬表面形成一層精細(xì)穩(wěn)定的氧化膜,將內(nèi)金屬與外部介質(zhì)隔離開(kāi)來(lái),起到保護(hù)作用,如鉻、鋁、鋅等;有些氧化物層很松散,容易脫落,使內(nèi)部的金屬繼續(xù)受到腐蝕介質(zhì)的侵蝕。這種金屬的腐蝕速率是非常快的,如鐵、鎂、銅等。金屬在高溫下的氧化速率要比在低溫下快得多。防止金屬與高氧化介質(zhì)接觸,可以減緩或防止金屬的化學(xué)腐蝕。常見(jiàn)的腐蝕介質(zhì)有氧氣、氫氣、一氧化碳、二氧化碳、硫化氫、氯化氫和工業(yè)廢氣等
金屬的化學(xué)腐蝕反應(yīng)可分為兩個(gè)步驟。第一步是氧化步驟,第二步是脫電子步驟。氧化過(guò)程釋放自由電子,而脫電子過(guò)程是除去自由電子的過(guò)程。
陽(yáng)離子可以進(jìn)入溶液或與其他陰離子結(jié)合形成化合物。氧化過(guò)程必須與脫電子過(guò)程同時(shí)配合才能完成整個(gè)反應(yīng)。
因此,只有通過(guò)電子去除步驟去除氧化步驟產(chǎn)生的自由電子,金屬原子才能不斷被腐蝕。實(shí)際的腐蝕過(guò)程是一個(gè)非常緩慢而相對(duì)均勻地在表面上失去金屬原子的過(guò)程。在某些條件下,如果在一個(gè)區(qū)域形成陽(yáng)極或陰極區(qū)域,可能會(huì)出現(xiàn)局部腐蝕不均勻,并形成可見(jiàn)的腐蝕坑。
鋼鐵不會(huì)很快被腐蝕,因?yàn)樗谋砻嬖谒袝?huì)形成一層氧化保護(hù)層。由于鐵容易被氧化形成氧化鐵,所以不溶于水,容易沉積在金屬表面,從而阻礙了進(jìn)一步的腐蝕。這種現(xiàn)象稱(chēng)為腐蝕鈍化。鋯、鉻、鋁、不銹鋼等金屬在常溫的水或空氣中會(huì)形成很薄的保護(hù)層,有時(shí)甚至薄得肉眼無(wú)法分辨。由于這種薄保護(hù)層,這些金屬在水或空氣中具有良好的耐腐蝕性。