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金屬腐蝕——金屬腐蝕的分類

發布日期:2021-12-27

  金屬材料在使用過程中,由于周圍環境的影響會遭到不同形式的破壞,其中最常見的破壞形式是斷裂、磨損和腐蝕。金屬腐蝕是指金屬與周圍環境 (或介質) 之間發生化學或電化學作用而被破壞或變質的現象。紅銹屬于典型的金屬腐蝕現象,因此,了解金屬腐蝕的成因對理解紅銹的機制尤為關鍵。

 

    由于金屬腐蝕的現象和機制比較復雜,所以金屬腐蝕有不同的分類,常用的腐蝕分類是按照腐蝕機制、腐蝕形態和腐蝕自然環境進行分類。

 

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    (1) 按照腐蝕機制分類 金屬腐蝕按照腐蝕機制可分為化學腐蝕、電化學腐蝕和物理腐蝕,其中電化學腐蝕最為普遍,對金屬的危害最為嚴重。

 

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    ① 化學腐蝕——是指金屬表面與非電解質直接發生化學反應而引起的腐蝕。

 

    在反應過程中沒有電流產生,如鋼鐵在空氣中加熱時,鐵與空氣中的氧氣發生化學反應生成疏松的鐵氧化物;鋁在四氯化碳或乙醇中的腐蝕;鎂或鈦在甲醇中的腐蝕等均屬于化學腐蝕。

 

    該類腐蝕的特點是,在一定條件下,非電解質中的氧化劑直接與金屬表面原子相互作用而形成腐蝕產物,腐蝕過程電子的傳遞是在金屬和氧化劑之間直接進行的,所以沒有電流產生。

 

    金屬高溫氧化一般認為是化學氧化,但由于高溫可使金屬表面形成半導體氧化皮,故也有學者將高溫氧化納入電化學機制中。

 

    ② 電化學腐蝕——是指金屬在水溶液中,與離子導電的電解質發生電化學反應產生的破壞。

 

    在反應過程中有電流產生,腐蝕金屬表面存在陰極和陽極,陽極反應使金屬失去電子變成帶正電的離子進入介質中,稱為陽極氧化過程。陰極反應是介質中的氧化劑吸收來自陽極的電子,稱為陰極還原反應,這兩個反應是相互獨立而又同時進行的,稱為一對共軛反應。

 

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    這使得金屬表面陰陽極組成了短路電池,腐蝕過程中有電流產生,如金屬在大氣、海水、土壤、酸堿鹽溶液、 自來水、注射用水等介質中的腐蝕均屬于這一類。

 

    ③ 物理腐蝕——是指金屬和周圍的介質發生單純的物理溶解而產生的破壞。金屬在液態金屬高溫熔鹽、熔堿中均可發生物理溶解。

 

    物理腐蝕是由于物質遷移引起的,固體金屬在液態介質中溶解而轉移到液態中,使得金屬破壞,故沒有電流產生,是一個純物理過程。如鋼容器被熔融的液態金屬鋅溶解,使得鋼容器壁變薄等。

 

    (2) 按照腐蝕形態分類 根據金屬腐蝕破壞形態,可將腐蝕分為均勻腐蝕和局部腐蝕兩大類。

 

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    ① 均勻腐蝕——是指發生在金屬表面的全部或大部分腐蝕,也稱全面腐蝕。

 

    腐蝕的結果是材料的質量減少,厚度變薄。均勻腐蝕危害性較小,因為只要知道材料腐蝕速率,就可計算出材料的使用壽命,如鋼在鹽酸中迅速溶解,某些不銹鋼在還原性強酸和有機酸中的溶解等,多數情況下,金屬表面會形成保護性的腐蝕產物膜,使腐蝕變慢。

 

    ② 局部腐蝕——是指只發生在金屬表面狹小區域的破壞。

 

    其危害性比均勻腐蝕嚴重得多,占設備機械腐蝕破壞的65%以上,由于大多數局部腐蝕難以發現,對設備及系統產生突發性和災難性的影響,可誘發火災、爆炸等事故,其主要類型如下:

 

    a. 電偶腐蝕。 當兩種電極電位不同的金屬或合金相互接觸,并在一定介質發生電化學反應,使電位較負的金屬發生加速破壞的現象。

 

    b. 點蝕。 在金屬表面上極個別區域產生小而深的點蝕現象,一般情況下蝕孔的深度要比其直徑大得多,嚴重時可將設備穿透。

 

    c. 縫隙腐蝕。 是指在電解質中,金屬與金屬或金屬與非金屬表面之間構成狹窄的縫隙,縫隙內離子移動受阻滯,形成濃差電池,從而產生局部破壞的現象。 d. 晶間腐蝕。 金屬在特定腐蝕介質中,沿著材料晶界出現的腐蝕,使晶粒之間喪失結合力的一種局部腐蝕現象。

 

    e. 應力腐蝕。 金屬在特定電解質中,在拉應力 (包括外加載荷、熱應力、冷加工、焊接等引起的殘余應力) 作用下,局部所出現的低于強度極限的開裂現象。

 

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    (3) 按照腐蝕環境分類 按照腐蝕環境可分為大氣腐蝕、土壤腐蝕、海水腐蝕、 生物腐蝕、 高溫氣體中腐蝕、輻照腐蝕、酸堿鹽中腐蝕、溶鹽腐蝕及非水溶液中的腐蝕等。