鋁是一種活潑金屬,極容易和空氣中的氧氣起化應(yīng)生成氧化鋁。氧化鋁在鋁制器皿表面結(jié)一層灰色致密的極薄的(約十萬(wàn)分之一厘米厚)薄膜,這層薄膜十分堅(jiān)固,它能使里力的金屬和外界完全隔開(kāi)。從而保護(hù)內(nèi)部的鋁不再受空氣中氧氣的侵蝕。
鋁和氧化鋁薄膜都能和許多酸性或堿性物質(zhì)起化學(xué)反應(yīng),一旦氧化鋁薄膜被堿性溶液或酸性溶液溶解掉,則內(nèi)部鋁就要和堿性或酸性溶液起反應(yīng)而漸漸被侵蝕掉。所以鋁制器皿不能用堿性溶液或酸性溶液洗刷,也不能用鋁制器皿盛放純堿、洗衣粉或食醋等物質(zhì)。
1、 鋁的腐蝕形式:
(1)點(diǎn)腐蝕:點(diǎn)腐蝕又稱(chēng)為孔腐蝕,是在金屬上產(chǎn)生針尖狀、點(diǎn)狀、孔狀的一種為局部的腐蝕形態(tài)。點(diǎn)腐蝕是陽(yáng)極反應(yīng)的一種獨(dú)特形式,是一種自催化過(guò)程,即點(diǎn)腐蝕孔內(nèi)的腐蝕過(guò)程造成的條件,如有腐蝕介質(zhì)(CL-、F-等)、促進(jìn)反應(yīng)的物質(zhì)(CU2+、ZN2+等),既促進(jìn)又足以維持腐蝕的繼續(xù)進(jìn)行。
(2)均勻腐蝕:鋁在磷酸與氫氧化鈉等溶液中,其上的氧化膜溶解,發(fā)生均勻腐蝕,溶解速度也是均勻的。溶液溫度升高,溶液濃度增大,促進(jìn)鋁的腐蝕。
(3)縫隙腐蝕:縫隙腐蝕是一種局部腐蝕。金屬部件在電解溶液中,由于金屬與金屬或金屬與非金屬之間形成縫隙,其寬度足以使介質(zhì)浸入而又使介質(zhì)處于一種停滯狀態(tài),使得縫隙內(nèi)部腐蝕加劇的現(xiàn)象稱(chēng)為縫隙腐蝕。縫隙腐蝕特別容易發(fā)生在機(jī)械組件接合的地方,例如金屬墊圈或是鉚接處和鋁門(mén)窗與灰漿填隙處。它是屬于一種電池效應(yīng),但是縫隙一般需在特定程度大小的范圍內(nèi)才會(huì)發(fā)生,例如:有足夠的寬度可使溶液進(jìn)入,足夠窄得使溶液可以停滯等,所以在應(yīng)用或工程上必須要小心,避免發(fā)生足以產(chǎn)生縫隙腐蝕的環(huán)境。縫隙腐蝕的機(jī)構(gòu)很類(lèi)似穿孔腐蝕的情況,首先是均勻腐蝕,然后因氧濃淡電池會(huì)引起陽(yáng)極反應(yīng)(缺氧區(qū))和陰極反應(yīng)(富氧區(qū)),由于間隙內(nèi)氧無(wú)法補(bǔ)充,因此陽(yáng)極反應(yīng)會(huì)繼續(xù)在同一個(gè)位置進(jìn)行,因此產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕結(jié)果。
(4)晶間腐蝕:是在金屬界處發(fā)生局部腐蝕的現(xiàn)象。就電化學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看,由于材料的晶粒為陰極,而晶界一般為陽(yáng)極,因此在均勻腐蝕的情況下,晶界處的腐蝕性仍稍大于晶粒處,如果在特殊情況下,材料的晶界抗蝕元素又相對(duì)減少,晶間腐蝕的現(xiàn)象就會(huì)發(fā)生。AL-CU-MG、AL-ZN-MG系鋁合金有晶間腐蝕的傾向。
(5)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂(SCC):鋁合金的SCC是在20世紀(jì)30年代初被發(fā)現(xiàn)的。金屬在應(yīng)力(拉應(yīng)力或內(nèi)應(yīng)力)和腐蝕介質(zhì)的聯(lián)合作用下所發(fā)生的一種破壞,被稱(chēng)為SCC。SCC的特征是形成腐蝕一種機(jī)械裂縫,既可以沿著晶界發(fā)展,也可以穿過(guò)晶爛擴(kuò)展。由于裂縫擴(kuò)展是在金屬內(nèi)部,會(huì)使金屬結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大大下降,嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生突然破壞。材料受到局部應(yīng)力或應(yīng)力作用不平均時(shí),受到高應(yīng)力作用的區(qū)域會(huì)形成陽(yáng)極,而受較低應(yīng)力作用的區(qū)域則形成陰極,因此作用應(yīng)力會(huì)使得腐蝕作用更為加速稱(chēng)謂為應(yīng)呼電池。應(yīng)力腐蝕發(fā)生在冷加工的材料時(shí),高度冷加工的區(qū)域更具陽(yáng)極性,另外在材料存在裂縫的情況下,也會(huì)造成應(yīng)力腐蝕。
2、腐蝕的機(jī)理
所有的材料尤其是金屬,都存在著腐蝕與防護(hù)的問(wèn)題。鋼鐵的腐蝕原理與其它金屬有許多共性,所以在討論金屬腐蝕原理及其防護(hù)時(shí),往往以鋼鐵為主要研究對(duì)象。根據(jù)腐蝕因素、腐蝕環(huán)境和腐蝕表面狀態(tài)、金屬腐蝕的機(jī)理可以分為化學(xué)腐蝕,電化學(xué)腐蝕和多因素腐蝕。
(1)化學(xué)腐蝕:金屬的化學(xué)腐蝕是金屬在干燥氣體(如氧、氯、硫化氫等)和非電解質(zhì)溶液中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果。化學(xué)反應(yīng)引起引起腐蝕,在腐蝕過(guò)程中不產(chǎn)生電流。金屬的化學(xué)腐蝕只在特定的情況下發(fā)生,不具普遍性。例如:金屬的氧化M-O→MO。
(2)電化學(xué)腐蝕:金屬的和介質(zhì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕,在腐蝕的過(guò)程中有陽(yáng)極和陰極區(qū),電流可以通過(guò)金屬在一定的距離中流動(dòng),如金屬在各種介質(zhì)溶液(如海水、酸、堿、鹽溶液、潮濕大氣等)中的腐蝕。在一般情況下電化學(xué)腐蝕主要為微電池腐蝕和濃差電池腐蝕。
(3)化學(xué)或電化學(xué)加機(jī)械因素的腐蝕:這是多因素引起的腐蝕。由于各種因素的相互作用,往往產(chǎn)生非常激烈的腐蝕,一般包括應(yīng)力腐蝕,腐蝕疲勞、空蝕腐蝕等。
電化學(xué)腐蝕是最重要的腐蝕因素,因?yàn)榇蠖鄶?shù)的金屬腐蝕的起因,都可說(shuō)是一種電化學(xué)反應(yīng)。這里所說(shuō)的電化學(xué)反應(yīng)是指在相同或不同金屬物體中,由于各種因素使得某些部位產(chǎn)生了局部的陽(yáng)極反應(yīng),讓金屬失去了一個(gè)或多個(gè)電子,變成金屬陽(yáng)離子,亦即發(fā)生陽(yáng)極氧化作用;而在同時(shí),另一地點(diǎn)也會(huì)產(chǎn)生陰極反應(yīng),獲得多出的電子,使得陰極形成還原作用,而構(gòu)成一個(gè)電池效應(yīng)的現(xiàn)象。這種電池效應(yīng)使得陽(yáng)極金屬造成消溶腐蝕,稱(chēng)之為電化學(xué)腐蝕。
兩種不同金屬就容易發(fā)生這種現(xiàn)象,這其中一種金屬會(huì)較容易失去電子(陽(yáng)極),而另一種金屬則較容易獲得電子(陰極),透過(guò)適當(dāng)?shù)耐罚浣Y(jié)果是使得陽(yáng)極金屬陸續(xù)解離形成金屬離子。這些金屬離子,若不是被周?chē)碾娊赓|(zhì)吸收,就是與非金屬離子結(jié)合形成一層表面的沉積層,因此陽(yáng)極金屬逐漸失去(被腐蝕),反之,陰極金屬則因此受到保護(hù)。
由此可知,電池效應(yīng)發(fā)生的情況必須是,材料發(fā)生氧化電位(或還原電位)不同的兩極,并且有適當(dāng)介質(zhì)的條件下,由于環(huán)境產(chǎn)生了足以形成電解池的條件下才足發(fā)發(fā)生。例如:兩種不相似金屬搭接在一起或金屬兩表面間有潮濕空氣等。
不同的金屬具有不同的電極電位(伽凡尼電位),所以當(dāng)兩種不同金屬搭接在一起時(shí),由于兩者的電位差,就會(huì)產(chǎn)生電流,其原理正如水往低處流的情況一樣。這種電池效應(yīng)的結(jié)果,因電流的通過(guò)(從陽(yáng)極流向陰極),使較高電位金屬發(fā)后陽(yáng)極消溶腐蝕。當(dāng)電位差愈大,產(chǎn)生的電流愈強(qiáng),腐蝕損耗率就愈大。
在電化學(xué)序位中,伽凡尼電位序位(CalVanic PotentialSeries)可以說(shuō)明在不同環(huán)境下,各種金屬陽(yáng)極性或陰極性的趨勢(shì)。在海水、淡水溶液或其他工業(yè)氣氛中,伽凡尼電位序也可能會(huì)有差異,以海水中的伽凡尼電位序而言,依金屬電位由大到小將金屬順序排列,依序?yàn)椋衡洠↘)、鈉(Na)、鎂(Ma)、鋁(Al)、鋅(Zn)、鎘(Cd)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、鍚(Sn)、鋁(Pb)、銅(Gu)、銀(Ag)、鉑(Pt)、金(Au)。上述電位序中,電位序在前面的金屬對(duì)電位序在其后的金屬將形成陽(yáng)極;相反的,電位序在后的金屬對(duì)于電位序在前的金屬成為陰極。這些金屬例如:金、鉑、銀等具有化學(xué)惰性、而從另一方面來(lái)看由于電位序在前面的金屬相對(duì)于電位序在其后的金屬將形成陽(yáng)極,由于腐蝕發(fā)生于陽(yáng)極,因此就可以保護(hù)其后位金屬避免腐蝕標(biāo)準(zhǔn)電極電位見(jiàn)表:
綜上所述可以知道,電化學(xué)腐蝕主要由于材料本身產(chǎn)生了電池效應(yīng),電池效應(yīng)是基于電池中有兩種不同電極懸掛在一電解質(zhì)內(nèi),陽(yáng)極部分發(fā)生氧化作用而蝕去,陰極則大多產(chǎn)生氫離子的還原作用,而放出氫氣,結(jié)果使材料形成腐蝕的現(xiàn)象。
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