金屬腐蝕按腐蝕形態可分為全面腐蝕和局部腐蝕兩大類。全面腐蝕是指腐蝕發生在整個金屬材料的表面,其結果是導致金屬材料全面減薄。局部腐蝕是相對全面腐蝕而言的,是指腐蝕破壞集中發生在金屬材料的特定局部位置,而其余大部分區域腐蝕輕微,甚至不發生腐蝕。
全面腐蝕雖然可能造成金屬的大量損失,但其危害性并不如局部腐蝕大。因為全面腐蝕易于測定和預測,相對容易防護,而且在工程設計時可預先考慮留出腐蝕余量。與全面腐蝕相比,局部腐蝕難以預測和預防,往往在沒有先兆的情況下,導致金屬設備突然發生破壞,因此容易造成事故、環境污染甚至人身傷亡等重大問題。各類腐蝕失效事故事例的調查結果表明,全面腐蝕大約占20%,其余約80%為局部腐蝕破壞。
對比項目 |
全面腐蝕 |
局部腐蝕 |
腐蝕形貌 |
腐蝕遍布整個金屬表面 |
腐蝕集中在一定的區域,其他部分腐蝕輕微 |
腐蝕電池 |
微陰極和微陽極區在表面上隨時間變化不定,不可辨別 |
陰極和陽極區相對固定,可以分辨 |
電極面積 |
陽極區面積約等于陰極區面積 |
通常陽極區面積遠小于陰極區面積 |
電位 |
陽極極化電位=陰極極化電位=腐蝕電位 |
陽極極化電位<陰極極化電位 |
腐蝕產物 |
可能對金屬有保護作用 |
無保護作用 |
質量損失 |
大 |
小 |
失效事故率 |
低 |
高 |
可預測性 |
容易預測 |
難以預測 |
評價方法 |
失重法、平均深度法、電流密度法 |
局部腐蝕傾向性、局部最大腐蝕深度法或強度損失法等 |
1.電偶腐蝕
電偶腐蝕也叫異種金屬腐蝕或接觸腐蝕,是指兩種不同電化學性質的材料在于周圍環境介質構成回路時,電位較正的金屬腐蝕速率減緩,而電位較負的金屬腐蝕加速的現象。造成這種現象的原因是這兩種材料間存在著電位差,形成了宏觀腐蝕原電池。電偶腐蝕作為一種普遍的腐蝕現象,可誘導甚至加速應力腐蝕、點蝕、縫隙腐蝕、氫脆等腐蝕過程的發生。
產生電偶腐蝕應同時具備下述三個基本條件:
(1)具有不同腐蝕電位的材料:電偶腐蝕的驅動力是被腐蝕金屬與電連接的高腐蝕電位金屬或非金屬之間產生的電位差。
(2)存在離子導電支路:電解質必須連續地存在于接觸金屬之間,構成金屬腐蝕電池的離子導電支路。
(3)存在電子導電支路:即被腐蝕金屬與電位高的金屬或非金屬之間要么直接接觸,要么通過其他電子導體實現電連接,構成腐蝕電池的電子導電支路。
2.點蝕
點蝕又稱小孔腐蝕,是一種腐蝕集中在金屬表面很小范圍內并深入到金屬內部甚至穿孔的孔蝕形態。點蝕的蝕孔直徑一般只有數十微米,但深度等于或遠大于孔徑。孔口多數有腐蝕產物覆蓋,少數呈開放式(無腐蝕產物覆蓋)。蝕孔通常沿著重力方向發展。
點蝕產生的主要特征有下列三個方面:
(1)點蝕多發于表面生成鈍化膜的金屬或表面有陰極性鍍層的金屬上(如碳鋼表面鍍錫、銅、鎳)。當這些膜上某些點發生破壞,破壞區域下的金屬基體與膜未破壞區域形成活化-鈍化腐蝕電池,鈍化表面為陰極而且面積比活化區大很多,腐蝕向深處發展形成小孔。
(2)點蝕發生在含有特殊離子的介質中,如不銹鋼對鹵素離子特別敏感,其作用順序為Cl->Br->I-。
(3)點蝕通常在某一臨界電位以上發生,該電位稱作點蝕電位或擊破電位,又在某一電位以下停止,而這一電位稱作保護電位或再鈍化電位。當電位大于點蝕電位,點蝕迅速發生、發展;電位在保護電位和點蝕電位之間時,已發生的蝕孔繼續發展,但不產生新的蝕孔;電位小于保護電位時,點蝕不發生,即不會產生新的蝕孔,已有的蝕孔將被鈍化不再發展。
3.縫隙腐蝕
金屬表面因異物的存在或結構上的原因而形成縫隙,從而導致狹縫內金屬腐蝕加速的現象,稱為縫隙腐蝕。造成縫隙腐蝕的狹縫或間隙的寬度必須足以使腐蝕介質進入并滯留其中,當縫隙寬度處于25~100μm之間時是縫隙腐蝕發生最敏感的區域,而在那些寬的溝槽或寬的縫隙中,因腐蝕介質易于流動,一般不發生縫隙腐蝕。
金屬的縫隙腐蝕表現出如下主要特征:
(1)不論是同種或異種金屬的接觸還是金屬同非金屬(如塑料、橡膠、玻璃、陶瓷等)之間的接觸,甚至是金屬表面的一些沉積物、附著物(如灰塵、砂粒、腐蝕產物的沉積等),只要存在滿足縫隙腐蝕的狹縫和腐蝕介質,幾乎所有的金屬和合金都會發生縫隙腐蝕。自鈍化能力較強的金屬或合金,對縫隙腐蝕的敏感性更高。
(2)幾乎所有的腐蝕介質(包括淡水)都能引起金屬的縫隙腐蝕,而含有氯離子的溶液最容易引起縫隙腐蝕。
(3)遭受縫隙腐蝕的金屬表面既可表現為全面腐蝕,也可表現為點蝕形態。耐蝕性好的材料通常表現為點蝕型,而耐蝕性差的材料則為全面腐蝕型。
(4)縫隙腐蝕存在孕育期,其長短因材料、縫隙結構和環境因素的不同而不同。縫隙腐蝕的縫口常常為腐蝕產物所覆蓋,由此增強縫隙的閉塞電池效應。
4.晶間腐蝕
晶間腐蝕是金屬在適宜的腐蝕環境中沿著或緊挨著材料的晶粒間界發生和發展的局部腐蝕破壞形態。晶間腐蝕從金屬材料表面開始,沿著晶界向內部發展,使晶粒間的結合力喪失,以致材料的強度幾乎完全消失。
晶間腐蝕的產生必須具備兩個條件:①晶界物質的物理化學狀態與晶粒不同;②特定的環境因素。晶間腐蝕的根本原因是晶粒間界及其附近區域與晶粒內部存在電化學上的不均勻性,這種不均勻性是金屬材料在冶煉、焊接和熱處理等過程中造成的。例如:①晶界析出第二相,造成晶界某一合金成分的貧化;②晶界析出易于腐蝕的陽極相;③雜質與溶質原子在晶界區偏析;④晶界區原子排列雜亂,位錯密度高;⑤新相析出或轉變,造成晶界處較大的內應力。
5.選擇性腐蝕
選擇性腐蝕是指腐蝕在合金的某些特定部位有選擇性地進行的現象。選擇性腐蝕發生在二元或多元固溶體合金中,電位較高的組元為陰極,電位較低的組元為陽極,組成腐蝕原電池,電位較高的組元保持穩定或重新沉積,而電位較低的組元發生溶解。選擇性腐蝕形態主要有2種類型:均勻型層狀和局部塞狀。均勻層狀多發生于易溶解相較高時,而局部塞狀多發生于優先溶解相含量較低的或在氧化條件較弱的情況下。選擇性腐蝕最典型的例子是黃銅脫鋅和鑄鐵的石墨化腐蝕。