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(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。
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。
金屬腐蝕的原因是什么?
1. 均勻腐蝕發(fā)生在暴露于介質(zhì)或大面積的整個(gè)表面上。宏觀均勻腐蝕損傷稱為均勻腐蝕、煙道腐蝕和酸堿池腐蝕
2. 接觸腐蝕將兩種具有不同電勢(shì)的金屬或合金相互接觸并浸入電解液溶質(zhì)溶液中。它們之間有一股水流。正電位金屬的腐蝕速率降低,負(fù)電位金屬的腐蝕速率增加。
3.選擇性腐蝕合金中的一種元素由于腐蝕而優(yōu)先進(jìn)入介質(zhì)的現(xiàn)象稱為選擇性腐蝕。
4. 點(diǎn)蝕集中在金屬表面單個(gè)的小點(diǎn)上。深度較大的腐蝕稱為點(diǎn)蝕,又稱小孔腐蝕和點(diǎn)蝕。
5. 縫隙腐蝕會(huì)在金屬表面的縫隙和被覆蓋部分產(chǎn)生嚴(yán)重的縫隙腐蝕。
6. 沖蝕腐蝕是由于介質(zhì)與金屬表面之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而加速腐蝕過程的一種腐蝕,如風(fēng)機(jī)、塵管、滾筒篩等的沖擊腐蝕
7. 晶間腐蝕是一種優(yōu)先腐蝕金屬或合金晶界及晶界附近區(qū)域的腐蝕,但晶粒本身的腐蝕相對(duì)較小。
8. 應(yīng)力腐蝕裂紋(SCC)和腐蝕疲勞裂紋(SCC)是在一定的金屬介質(zhì)系統(tǒng)中,由腐蝕和拉應(yīng)力共同作用引起的材料斷裂。
9. 電解液中的氫損傷金屬可通過腐蝕、酸洗、陰極保護(hù)或電鍍的氫滲透而損傷
,&,根據(jù)金屬材料的腐蝕失效模式,腐蝕可分為均勻腐蝕和局部腐蝕。在實(shí)際的腐蝕系統(tǒng)中,大多數(shù)金屬的腐蝕是局部腐蝕。由于局部腐蝕發(fā)生在金屬表面的小范圍內(nèi),大多數(shù)金屬表面的腐蝕量都很小,但工程結(jié)構(gòu)、零部件的使用壽命主要取決于局部腐蝕損傷的發(fā)展。
,局部腐蝕是指腐蝕主要發(fā)生在金屬材料表面的一個(gè)小區(qū)域內(nèi),而其他大多數(shù)表面的腐蝕非常輕微甚至沒有腐蝕。
,局部腐蝕是由于金屬本身(結(jié)構(gòu)、組織、化學(xué)成分、表面狀態(tài))和腐蝕介質(zhì)的電化學(xué)性質(zhì)不均勻,即不同部位具有不同的電極電位,從而導(dǎo)致電位差,成為局部腐蝕的驅(qū)動(dòng)力。腐蝕往往優(yōu)先發(fā)生在電極電位低的部位。在局部腐蝕過程中,腐蝕電池的陽極區(qū)和陰極區(qū)一般是完全分離的,可以通過目視或微觀檢查加以區(qū)分。一般來說,陽極的面積要比陰極的面積小得多,即形成了所謂的小陽極大陰極的構(gòu)型。對(duì)于這種配置,由于陰極面積比較大,陰極退極化作用很大,小陽極區(qū)域的腐蝕非常嚴(yán)重,腐蝕集中在金屬表面的局部陽極區(qū)域。
,當(dāng)發(fā)生局部腐蝕時(shí),由于金屬表面細(xì)化程度不同,不能用平均腐蝕速率來估計(jì)局部腐蝕程度。一般情況下,局部腐蝕引起的金屬損失相對(duì)較小,但結(jié)構(gòu)在發(fā)生局部腐蝕時(shí)不易被發(fā)現(xiàn),危害非常大,往往會(huì)引起災(zāi)難性事故。