當(dāng)金屬與周圍介質(zhì)接觸時(shí),化學(xué)和電化學(xué)作用造成的損傷稱為金屬腐蝕。從熱力學(xué)的角度來看,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(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(duì)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(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。
金屬腐蝕按其位置可分為整體金屬腐蝕和局部金屬腐蝕。金屬腐蝕還可以根據(jù)腐蝕環(huán)境進(jìn)行分類,即可分為化學(xué)介質(zhì)腐蝕、大氣介質(zhì)腐蝕、海水介質(zhì)腐蝕和土壤腐蝕。根據(jù)腐蝕過程的特點(diǎn),還可以分為三類:化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕和物理腐蝕。雖然上述腐蝕分類方法不夠嚴(yán)格,但這些分類方法可以幫助我們從腐蝕介質(zhì)或腐蝕過程的特點(diǎn)來了解腐蝕規(guī)律。
在腐蝕過程中伴隨著電流的腐蝕稱為電化學(xué)腐蝕。
金屬總會(huì)或多或少地含有一些雜質(zhì)。不同的金屬有不同的電勢(shì),同一金屬中的不同組分也有不同的電勢(shì)。當(dāng)金屬與導(dǎo)電溶液接觸時(shí),會(huì)產(chǎn)生電位差,導(dǎo)致溶液中出現(xiàn)電子流,從而先腐蝕電位低的金屬。
腐蝕不僅取決于金屬本身的化學(xué)性質(zhì),還取決于周圍的介質(zhì)和金屬的微觀結(jié)構(gòu)。例如,潮濕環(huán)境比干燥環(huán)境更容易生銹,雜質(zhì)多的金屬比雜質(zhì)少的金屬更容易生銹,高溫條件比低溫條件更容易生銹,含有更多有害雜質(zhì)的臟環(huán)境比空氣流通和清潔的環(huán)境更容易生銹,表面光潔度低的金屬零件比表面光潔度高的金屬零件更容易生銹等。