腐蝕是什么？腐蝕是材料與周圍環(huán)境（介質(zhì)）之間發(fā)生作用所引起的破壞或變質(zhì)，如金屬在環(huán)境作用下發(fā)生銹蝕。金屬之所以會發(fā)生腐蝕是因?yàn)樗鼈冊诠ぷ鳝h(huán)境下化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定。自然界中除了銅和金、銀、鉑等貴金屬在常態(tài)下是金屬態(tài)以外，從礦石中提煉出來的其他所有金屬，在自然工作環(huán)境下它們都是非穩(wěn)態(tài)的。非金屬材料也會發(fā)生腐蝕，如涂料、塑料和橡膠的膨脹、變形、開裂、老化等。

腐蝕：無聲無息的威脅

腐蝕造成的損失大于所有自然災(zāi)害的損失之和。腐蝕導(dǎo)致工程裝備、關(guān)鍵結(jié)構(gòu)以及基礎(chǔ)設(shè)施損壞，進(jìn)而引起災(zāi)難性事故。1981 年我國臺灣民航客機(jī) B-737 空中失事，其原因是機(jī)身下部高強(qiáng)度鋁合金結(jié)構(gòu)件多處發(fā)生嚴(yán)重的晶間腐蝕和剝蝕，進(jìn)而形成裂紋；2001 年四川宜賓市南門大橋轟然斷裂成三截，預(yù)計百年壽命實(shí)際僅僅使用了 11 年就發(fā)生斷裂，事故原因是承重鋼纜的應(yīng)力腐蝕；2013 年青島管道爆炸，造成 62人死、136 人傷，經(jīng)濟(jì)損失達(dá) 7.5 億，其原因是腐蝕導(dǎo)致泄漏而進(jìn)一步引起爆炸。因此，無論是在自然環(huán)境（大氣、土壤、海水等）中，還是在苛刻工業(yè)環(huán)境（石油化工、核電、火電等）中，都需要開展系統(tǒng)研究，掌握材料的腐蝕損傷規(guī)律，研發(fā)各類低成本環(huán)保型腐蝕控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)降低腐蝕損失的目的。

腐蝕不僅造成經(jīng)濟(jì)損失，還會影響人類健康。腐蝕產(chǎn)生的重金屬離子會污染飲用水、土壤和農(nóng)作物等，進(jìn)而通過飲食攝入而影響人類健康。美國、德國、日本、印度、中國等國家都有檢測證據(jù)。

腐蝕是材料與環(huán)境之間發(fā)生的化學(xué)與電化學(xué)反應(yīng)造成的，材料與環(huán)境的組合顯得很重要。在何種環(huán)境中使用何種材料具有較好的抗腐蝕性和安全壽命，需要進(jìn)行研究。例如，由于月球環(huán)境與火星環(huán)境存在明顯差異，同樣是航天部件對于其耐腐蝕性就有不同的要求。

金屬腐蝕相關(guān)知識

腐蝕是一種悄悄進(jìn)行的破壞，卻常常造成令人措手不及的惡性事故。

一、金屬腐蝕的危害

（1）重大的經(jīng)濟(jì)損失（停產(chǎn)損失、產(chǎn)品損失、效率損失、產(chǎn)品污染 、過度設(shè)計 ）（2）災(zāi)難性重大事故（有毒物質(zhì)的泄漏，造成環(huán)境污染，危及人民健康）（3）資源與能源的巨大浪費(fèi)（4）阻礙科技進(jìn)步，延緩生產(chǎn)發(fā)展對腐蝕的初步認(rèn)識——事故1967 年 12 月，位于美國西弗吉尼亞州和俄亥俄洲之間的俄亥俄橋突然塌入河中，死亡 46 人。事后檢查，是由于鋼梁應(yīng)力腐蝕破裂和腐蝕疲勞而產(chǎn)生裂縫所致。同年，英國內(nèi)普羅石油化工公司，環(huán)己烷氧化裝置的旁通管發(fā)生硝酸鹽應(yīng)力腐蝕破裂，引起環(huán)己烷蒸汽管爆炸，死 28 人，傷 105 人，損失達(dá) 1 億美元。1965 年 3 月 4 日，美國路易安那州輸氣管線破裂著火，死 17 人，事后檢查是由于管線產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕破裂。

1970 年，日本大阪地下鐵道的管道因腐蝕破壞而折斷，引起瓦斯爆炸，乘客當(dāng)場死亡 75 人。2007 年 8 月 1 日，美國明尼蘇達(dá)州首府明尼阿波利斯市郊外 35 號洲際公路的一座大橋坍塌，約 50 輛汽車墜入密西西比河。據(jù)美國官員 8 月 21 日確認(rèn)，斷橋事故死亡人數(shù)為 13 人，傷者 70 多人。德國漢堡的 Kohlbrand Estruary 橋，由于斜拉索腐蝕嚴(yán)重，建成的第三年就更換了全部的斜拉索，耗資達(dá) 6000 萬美元，是原來造價的四倍。

我國宜賓的南門大橋，在 1990 年 11 月建成，2001 年11 月 7 日發(fā)生吊桿腐蝕，造成橋面墜落事故，事故調(diào)查發(fā)現(xiàn)纜索已經(jīng)嚴(yán)重生銹。我國廣州的海印橋，在 1988 年年底建成，1995 年 5 月 25 日發(fā)生了 9 號索腐蝕斷裂事故。為了防止事故的進(jìn)一步發(fā)生，被迫進(jìn)行全橋換索工程，耗資 2000 萬元，工期半年。2013 年 11 月 22 日我國青島的輸油管道爆炸事件其主要原因是輸油管道與排水暗渠交匯處管道腐蝕減薄、管道破裂、原油泄漏，流入排水暗渠及反沖到路面，事故共造成62 人死亡、136 人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失 7.5 億元。

美國：美國是世界上擁有高速公路最長的國家，1993 年美國 57.5 萬座橋中，受到腐蝕破壞的橋梁超過一半，40％的橋梁己承載不足。英國：1972 年，英國在一條高速公路上修建了11座橋梁，然而幾年內(nèi)就出現(xiàn)了嚴(yán)重腐蝕。截至1987 年，15 年來為維修這 11 座橋梁所花的費(fèi)用已經(jīng)相當(dāng)于建橋資金的1.6 倍。英國現(xiàn)有橋梁中的 35％～ 40% 必須修復(fù)；丹麥：在哥本哈根地區(qū)調(diào)查了 102 座橋，其中 50％有嚴(yán)重的鋼筋腐蝕現(xiàn)象。估計全世界每年因腐蝕報廢的鋼鐵設(shè)備約相當(dāng)于年產(chǎn)量的 30%，并且約 10% 的鋼鐵因?yàn)楦g而一去不復(fù)返了，回爐再生的鋼鐵也要消耗大量的能源來重新生產(chǎn)。

不銹鋼的發(fā)明和應(yīng)用大大促進(jìn)了硝酸和合成氨工業(yè)的發(fā)展。

美國的阿波羅登月飛船貯存 N 2 O 4 的高壓容器曾經(jīng)發(fā)生應(yīng)力腐蝕破裂，經(jīng)分析研究加入 0.6%NO 之后才得到解決。美國著名的腐蝕學(xué)家方坦納認(rèn)為如果找不到這個解決辦法，登月計劃會推遲若干年。

海域風(fēng)暴與腐蝕成為肯尼迪航天中心的耗資性問題：美國國家航空航天局（NASA）在過去的十年里，針對由于海域風(fēng)暴和海沙侵蝕對肯尼迪航天中心（KSC）造成的損壞所支出的費(fèi)用已達(dá) 1 億美元，而這項(xiàng)費(fèi)用將仍會繼續(xù)大幅增長。

二、金屬腐蝕的定義及分類

由于金屬腐蝕的領(lǐng)域廣、機(jī)理比較復(fù)雜，其分類方法也是多樣的。常見的金屬腐蝕的分類有下列幾種方法。

（1） 按照腐蝕過程的歷程分類。

（2） 按照腐蝕的形式分類。

（3） 按照腐蝕的環(huán)境分類。

（ 一 ） 按腐蝕過程的歷程分類

金屬腐蝕按腐蝕過程中的作用和機(jī)理可分為四大類，即：化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕、在力學(xué)和環(huán)境共同作用下的腐蝕、微生物腐蝕。

化學(xué)腐蝕指金屬與環(huán)境介質(zhì)直接發(fā)生反應(yīng)，而在反應(yīng)過程中沒有電流產(chǎn)生，它是一種氧化還原反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)。

電化學(xué)腐蝕 （Electrochemical Corrosion） 是指金屬表面與電解質(zhì)溶液發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的破壞，反應(yīng)過程中有電流產(chǎn)生。通常按電化學(xué)機(jī)理進(jìn)行的腐蝕反應(yīng)至少有一個陽極反應(yīng)和陰極反應(yīng)。并以流過金屬內(nèi)部的電子流和介質(zhì)中的離子流構(gòu)成回路。陽極反應(yīng)是氧化過程，即金屬失去電子而成為離子狀態(tài)進(jìn)入溶液；陰極反應(yīng)是還原過程，即金屬內(nèi)的剩余電子在金屬表面／溶液界面上被氧化劑吸收。電化學(xué)腐蝕是最普遍、最常見的腐蝕。金屬在大氣、海水、土壤及酸、堿、鹽等介質(zhì)中所發(fā)生的腐蝕皆屬此類。

水溶液是最普遍的電解質(zhì)溶液。“天下莫柔弱于水，而攻堅強(qiáng)者莫之能勝。”（高享，老子注釋）如“水滴石穿”，不僅是重力機(jī)械作用，也有腐蝕的作用。很多亮晶晶的材料，（不銹鋼，鋁合金）在水溶液的腐蝕下，黯然失色，甚至被損毀。

電化學(xué)作用也可以和機(jī)械、力學(xué)、生物作用共同導(dǎo)致金屬的破壞。當(dāng)金屬同時受到電化學(xué)和拉應(yīng)力作用時，將發(fā)生應(yīng)力腐蝕破裂。當(dāng)電化學(xué)和交變應(yīng)力共同作用時，金屬會發(fā)生腐蝕疲勞。若金屬同時受到電化學(xué)和機(jī)械磨損的作用，則可發(fā)生磨損腐蝕。微生物的新陳代謝產(chǎn)物能為電化學(xué)腐蝕創(chuàng)造必要的條件，促進(jìn)金屬的腐蝕，稱為微生物腐蝕。

（ 二 ）、按腐蝕的形式分類

根據(jù)腐蝕的形式，可將腐蝕分為全面腐蝕和局部腐蝕兩大類。圖 1 － 1 中的破壞類型 1 和 2 屬前者，3 至 9 屬后者。

1、全面腐蝕 （General Corrosion） 腐蝕分布在整個金屬表面上，它可以是均勻的，也可以是不均勻的。碳鋼在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿中發(fā)生的腐蝕屬于均勻腐蝕。

2、局部腐蝕 （Localized Corrosion） 局部腐蝕主要發(fā)生在金屬表面某一區(qū)域，而表面的其他部分則幾乎未被破壞。

局部腐蝕即專門腐蝕一些薄弱部位，導(dǎo)致材料被破壞。

局部腐蝕有很多類型，主要包括如下：

（1） 小孔腐蝕 （Pitting）。這種破壞主要集中在某些活性點(diǎn)上，并向金屬內(nèi)部深處發(fā)展。通常其腐蝕深度大于其孔徑。嚴(yán)重時可使設(shè)備穿孔。不銹鋼和鋁合金在含有氯離子的溶液中常呈現(xiàn)這種破壞形式。

（2） 縫隙腐蝕：（Crevice Corrosion）。

金屬在腐蝕性介質(zhì)中其表面或因鉚接、焊接、螺紋連接，與非金屬連接，或因表面落有灰塵、砂粒、垢層、浮著沉積物等固體物質(zhì)時，由于接觸面間的縫隙內(nèi)存在電解質(zhì)溶液而產(chǎn)生的腐蝕現(xiàn)象。

縫隙腐蝕在各類電解液中都會發(fā)生。鈍化金屬如不銹鋼、鋁合金、鈦等對縫隙腐蝕的敏感性最大。

（3）電偶腐蝕（Galvanic Corrosion）。

凡具有不同電極電位的金屬相互接觸，并在一定的 介質(zhì)中所發(fā)生的電化學(xué)腐蝕即屬電偶腐蝕。例如熱交換器中的不銹鋼管和碳鋼花板連接處，碳鋼在水中作為陽極而被加速腐蝕。

（4）晶間腐蝕（Intergranular Corrosion），這種腐蝕首先在晶粒邊界上發(fā)生，并沿著晶界向縱深處發(fā)展。這時，雖然從金屬外觀看不出有明顯的變化，但其力學(xué)性能卻已大為降低了。 通常晶間腐蝕出現(xiàn)于奧氏體、鐵素體不銹鋼和鋁合金的構(gòu)件。

（5） 應(yīng)力腐蝕破裂 （Stress CorrosionCracking）。金屬在拉應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)共同作用下，使金屬材料發(fā)生腐蝕性破裂。

根據(jù)腐蝕介質(zhì)性質(zhì)和應(yīng)力狀態(tài)的不同，在金相顯微鏡下，顯微裂紋呈穿晶、沿晶和或兩者混合形式。應(yīng)力腐蝕破裂是局部腐蝕中危害最大的，因?yàn)樗鼈儼l(fā)生后用肉眼在金屬表面很不易察覺，一般也沒有預(yù)兆，具有突然破壞的性質(zhì)。

（6）氫脆（Hydrogen Embrittlement）。

在某些介質(zhì)中，因腐蝕或其他原因而產(chǎn)生的氫原子可滲入金屬內(nèi)部，使金屬變脆，并在應(yīng)力的作用下發(fā)生脆裂。例如含硫化氫的油、氣輸送管線及煉油廠設(shè)備常發(fā)生這種腐蝕。

（7） 腐蝕疲勞 （Corrosion Fatigue）。

金屬材料在交變應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)共同作用下的一種腐蝕。

（8）選擇性腐蝕（Selective Corrosion）。

合金中的某一組分由于優(yōu)先地溶解到電解質(zhì)溶液中去，從而造成另一組分富集于金屬表面上。例如黃銅的脫鋅現(xiàn)象即屬于這類腐蝕。此外，還有磨損腐蝕，濃差腐蝕等也屬于局部腐蝕之列。

（ 三 ） 按照腐蝕的環(huán)境分類按照腐蝕的環(huán)境，可將腐蝕分為干腐蝕 （Dry Corrosion） 和濕腐蝕 （WetCorrosion） 兩類。干腐蝕是指金屬在干的環(huán)境中的腐蝕。例如金屬在干燥氣體中的腐蝕。濕腐蝕是指金屬在濕的環(huán)境中的腐蝕。濕腐蝕又可分為：

1.自然環(huán)境下的腐蝕（1）大氣腐蝕（Atmospheric Corrosion）。

（2） 土壤腐蝕 （Soil Corrosion）。

（3）海水腐蝕（Corrosion in Sea Water）。

（4）微生物腐蝕（Microbial Corrosion）。

2.工業(yè)環(huán)境中的腐蝕（1） 酸、堿、鹽介質(zhì)的腐蝕。

（2） 工業(yè)水中的腐蝕。

三、防腐蝕方法

1 選材還要考慮材料的力學(xué)性能、工藝性能及成本、要兼顧耐用性及經(jīng)濟(jì)性 .

2 工程結(jié)構(gòu)的耐蝕設(shè)計工程結(jié)構(gòu)的零部件的形狀及連接方式，應(yīng)從如下的六個方面，考慮耐蝕設(shè)計問題：

（1） 結(jié)構(gòu)件的形狀應(yīng)盡可能簡單合理——形狀簡單的構(gòu)件易于采取防蝕措施，便于排除故障，易于檢查和維修。

死角、縫隙、接頭處容易使腐蝕介質(zhì)聚集和濃縮，從而易引起可避免的腐蝕，應(yīng)設(shè)法避免。

（2） 防止電偶腐蝕——將電位不同的兩種金屬在電解液中接觸時，將構(gòu)成原電池，導(dǎo)致電偶腐蝕；電位差愈大，則腐蝕電流愈大，腐蝕愈快。

（3） 設(shè)計時避免縫隙，便可避免縫隙腐蝕——鉚接、銷釘連接、螺栓連接、法蘭盤之間連接等，都會帶來縫隙，若有化學(xué)介質(zhì)在縫隙內(nèi)，便會產(chǎn)生縫隙腐蝕。一般采用焊接、涂料、適當(dāng)尺寸的墊圈等措施，防止這種腐蝕。

（4） 設(shè)計時，防止湍流、渦流等造成的沖刷腐蝕——應(yīng)用流體力學(xué)，從部件的設(shè)計上，避免這種流動方式。

（5） 設(shè)計時，防止溫度差、通氣差、溶液濃度差等導(dǎo)致的電位差引起的腐蝕。

（6） 設(shè)備和建筑物的位置如有選擇可能，應(yīng)選擇自然腐蝕較低的位置，如避免海洋大氣、工業(yè)排水、化工廠有害煙塵等的加速腐蝕。

3.防護(hù)涂層

防護(hù)涂層可分為金屬的及非金屬的兩大類。

金屬的腐蝕破壞都是從表面開始，假如在它的表面與介質(zhì)之間插入穩(wěn)定的或耐蝕的物質(zhì)，使金屬表面不能與介質(zhì)接觸，金屬的腐蝕便會停止。這種插入的物質(zhì)叫做涂層或鍍層，它類似于雨衣，人們穿了它，可以不受雨淋。

4. 電化學(xué)保護(hù)電化學(xué)保護(hù)分為陰極保護(hù)和陽極保護(hù)兩類。

5 治理環(huán)境簡而言之，治理環(huán)境就是去除有害的物質(zhì)和加入有利的物質(zhì)。

水對于金屬材料及非金屬材料，都有腐蝕性，去除有害的物質(zhì)，首先是干燥脫水。若材料服役時必須與水或水溶液經(jīng)常接觸，則要考慮脫氣和去鹽。

因而鍋爐用水要求脫氧，使水中氧含量低到 10 － 9 的數(shù)量級。

含硫的油氣田中的 H 2 S 需要去硫，一方面回收硫這種資源，另方面可降低硫化氫導(dǎo)致的應(yīng)力腐蝕。

天然水中含有 C0 2 及 0 2 ，可以加速碳鋼的腐蝕；而天然水中又含有大量的礦物質(zhì)，特別是鈣鹽及鎂鹽，如為不經(jīng)過軟化處理的水用于鍋爐，在鍋內(nèi)將會有大量的 Ca 鹽沉積，這種沉積物一方面降低了導(dǎo)熱能力，使熱效應(yīng)減少，另方面由于局部過熱，可加速局部氧化及局部破壞。水的軟化是一種脫鹽作用，也是一種脫氣處理。因此，“去除有害的物質(zhì)”可以概括為“三脫”，即脫水、脫氣、脫鹽。

6. 加緩蝕劑緩蝕劑：在給定的金屬—腐蝕介質(zhì)中，如在腐蝕介質(zhì)中加入少量物質(zhì)就能有效地降低這種金屬的腐蝕速率，則這種物質(zhì)叫做緩蝕劑。

可采用不同的標(biāo)準(zhǔn)劃分緩蝕劑，例如，腐蝕過程、表面層結(jié)構(gòu)、緩蝕劑成分、腐蝕介質(zhì)特性等。在下面，分述這些劃分結(jié)果及定性機(jī)理。

（1） 腐蝕過程 按照對腐蝕過程的影響，緩蝕劑分為：

①陽極型緩蝕劑；②陰極型緩蝕劑；③混合型緩蝕劑。

陽極緩蝕劑主要是由于阻滯陽極過程的進(jìn)行而降低腐蝕速度。這些過程包括金屬離子化及陽極面積的減少。陰極緩蝕劑可以阻滯陰極過程。這些過程包括氧的離子化、氧至陰極的擴(kuò)散、氫離子的放電及陰極面積的減少。混合型緩蝕劑對于上述兩種電極過程都起著阻滯作用。

從電化腐蝕理論來分析，把緩蝕劑區(qū)分為陽極的及陰極的，只是相對的說法。嚴(yán)格地分析，沒有一種緩蝕劑是只阻滯一種電極過程。因?yàn)樽铚枠O過程的緩蝕劑也引起了陰極反應(yīng)動力學(xué)的改變；而阻滯陰極過程的緩蝕劑也會改變陽極反應(yīng)的速度。

同任何的“破壞”效應(yīng)一樣，腐蝕的“害”和“利”，取決于人們的意愿。

對于材料腐蝕來說，結(jié)構(gòu)部件的腐蝕是有害的，這是一種導(dǎo)致嚴(yán)重?fù)p害的材料失效方式；在另一方面，利用腐蝕現(xiàn)象進(jìn)行電化學(xué)加工，制備信息硬件的印刷線路，制取奧氏體不銹鋼的粉末等，腐蝕卻對人類有利。從科學(xué)上理解腐蝕機(jī)理，在技術(shù)上提出避免有害效應(yīng)、利用有利效應(yīng)的措施，可獲得人類所追求的經(jīng)濟(jì)效益。