金屬的腐蝕,由金屬單質(zhì)變成化合物,都稱為金屬腐蝕。
有兩類情況,一類是發(fā)生一般的化學(xué)反應(yīng),比如鐵和氯氣在點(diǎn)燃條件下生成氯化鐵,發(fā)生的是化學(xué)腐蝕。一類是金屬和氧化劑發(fā)生電化學(xué)腐蝕,
比如,生鐵在潮濕的空氣中生銹,其原理如下:生鐵屬于鐵合金,鐵和碳和水(自來水或生活用水)形成原電池,鐵做負(fù)極,碳做正極,生活用水是電解質(zhì)溶液,負(fù)極反應(yīng)式是:鐵失去兩個(gè)電子,結(jié)合氫氧根得到氫氧化亞鐵。正極反應(yīng)式是:氧氣得到電子結(jié)合水生成氫氧根。氫氧化亞鐵不穩(wěn)定,易被氧氣氧化為氫氧化鐵,氫氧化鐵不穩(wěn)定,分解為若干水合的氧化鐵,形成鐵銹。所以說“金屬腐蝕包括化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕”。
金屬腐蝕分類
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)行過程中沒有電流。化學(xué)腐蝕可分為以下兩類。
(1)氣體腐蝕金屬在干燥氣體(表面無水蒸汽冷凝)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。作用過程中有陰極區(qū)和陽極區(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。
(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。如熱處理車間熔鹽加熱爐中電極和處理過的金屬的腐蝕。
(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)力來源于冷熱加工過程中的殘余應(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沖擊腐蝕(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,空腔會周期性地出現(xiàn)和消失。當(dāng)它消失時(shí),由于與周圍高壓的壓差大,會對腔體附近的金屬表面產(chǎn)生所謂的“水錘效應(yīng)”,往往會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。它們在新陳代謝的過程中會產(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。氧化過程釋放自由電子,而脫電子過程是除去自由電子的過程。
陽離子可以進(jìn)入溶液或與其他陰離子結(jié)合形成化合物。氧化過程必須與脫電子過程同時(shí)配合才能完成整個(gè)反應(yīng)。
因此,只有通過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)際的腐蝕過程是一個(gè)非常緩慢而相對均勻地在表面上失去金屬原子的過程。在某些條件下,如果在一個(gè)區(qū)域形成陽極或陰極區(qū)域,可能會出現(xiàn)局部腐蝕不均勻,并形成可見的腐蝕坑。
鋼鐵不會很快被腐蝕,因?yàn)樗谋砻嬖谒袝纬梢粚友趸Wo(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)象稱為腐蝕鈍化。鋯、鉻、鋁、不銹鋼等金屬在常溫的水或空氣中會形成很薄的保護(hù)層,有時(shí)甚至薄得肉眼無法分辨。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。
,&,由金屬材料和結(jié)構(gòu)組成的金屬材料和結(jié)構(gòu)在自然環(huán)境中或在工作條件下與其環(huán)境介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)作用而發(fā)生劣化和破壞,稱為腐蝕。還包括上述因素與機(jī)械因素或生物因素的聯(lián)合作用。一些物理效應(yīng),如金屬材料在某些液態(tài)金屬中的物理溶解,也可以歸類為金屬腐蝕。一般來說,銹是特指鋼和鐵基合金。在氧和水的作用下,形成銹,這是一種主要由水氧化鐵組成的腐蝕產(chǎn)物。有色金屬及其合金會腐蝕但不會生銹,但會形成類似于銹蝕的腐蝕產(chǎn)物。例如,銅和銅合金表面的銅綠有時(shí)被稱為銅銹。
,&,&,腐蝕損傷有多種形式。不同環(huán)境條件下金屬腐蝕的原因不同,影響因素也很復(fù)雜。通過改變一些作用條件和影響因素,阻斷和控制腐蝕過程,以防止和減緩腐蝕損害及其損害。所發(fā)展的方法、技術(shù)和相應(yīng)的工程措施已成為防腐工程技術(shù)。