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。
,&,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(méi)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(guò)程中,腐蝕電池的陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū)一般是完全分離的,可以通過(guò)目視或微觀檢查加以區(qū)分。一般來(lái)說(shuō),陽(yáng)極的面積要比陰極的面積小得多,即形成了所謂的小陽(yáng)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(yáng)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(yáng)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(lái)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。