當(dāng)金屬與周?chē)橘|(zhì)接觸時(shí),化學(xué)和電化學(xué)作用造成的損傷稱(chēng)為金屬腐蝕。從熱力學(xué)的角度來(lái)看,除少數(shù)貴金屬(如Au和PT)外,所有金屬都有轉(zhuǎn)變成離子的傾向,即金屬腐蝕是一種自發(fā)的、普遍的現(xiàn)象。金屬被腐蝕后,會(huì)發(fā)生形狀、顏色和機(jī)械性能的變化,造成設(shè)備損壞、管道泄漏、產(chǎn)品污染、燃燒或爆炸等惡性事故,以及嚴(yán)重浪費(fèi)資源和能源,給國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成巨大損失。據(jù)估計(jì),世界發(fā)達(dá)國(guó)家每年因金屬腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失約占其國(guó)民生產(chǎn)總值的3.5% ~ 4.2%,超過(guò)了每年重大災(zāi)害(火災(zāi)、風(fēng)、地震等)的總損失。有人甚至估計(jì),世界上每年大約有1億噸金屬被腐蝕、報(bào)廢和丟失!因此,研究腐蝕機(jī)理,采取防護(hù)措施對(duì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有重要意義。
金屬腐蝕是一種自發(fā)的逆向冶金過(guò)程。在腐蝕環(huán)境中,鋼有向低能穩(wěn)定狀態(tài)(氧化鐵和鐵銹)轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)。據(jù)統(tǒng)計(jì),金屬的腐蝕和銹蝕每年約占世界年產(chǎn)量的20% ~ 40%,造成的經(jīng)濟(jì)損失約1000億美元。我國(guó)每年因腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)2000億元。如果包括設(shè)備維修和更換造成的間接損失,每年腐蝕損失總額可達(dá)5000多億元,約占GDP的5%,超過(guò)火災(zāi)、風(fēng)和地震造成的損失總額。雖然金屬腐蝕是一個(gè)自發(fā)的、不可避免的過(guò)程,但它是可以控制的。如果采取有效的防護(hù)措施,可以減緩金屬的銹蝕過(guò)程,延長(zhǎng)鋼構(gòu)件的使用壽命。因此,了解金屬腐蝕與防護(hù)具有重要的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)意義。
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。
,&,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(chēng)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(lèi)為金屬腐蝕。一般來(lái)說(shuō),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(huì)腐蝕但不會(huì)生銹,但會(huì)形成類(lèi)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(chēng)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(guò)改變一些作用條件和影響因素,阻斷和控制腐蝕過(guò)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)。