金屬常見的腐蝕形態(tài)

    腐蝕形態(tài)可分為兩大類，即全面腐蝕和局部腐蝕。局部腐蝕可分為點(diǎn)腐蝕、縫隙腐蝕、電偶腐蝕、晶間腐蝕、選擇性腐蝕、磨損腐蝕、應(yīng)力腐蝕和腐蝕疲勞八類。細(xì)分還有石墨腐蝕、剝蝕和氫損傷等。美國對腐蝕事故調(diào)查結(jié)果表明，全面腐蝕占22%，局部腐蝕占78%，局部腐蝕中腐蝕疲勞、應(yīng)力腐蝕占比例最高。

    中國腐蝕與防護(hù)網(wǎng)編輯整理一些主要腐蝕機(jī)理及防護(hù)措施：

    全面腐蝕與局部腐蝕

    全面腐蝕也稱均勻腐蝕，是一種常見的腐蝕形態(tài)，其特點(diǎn)是化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)在全部暴露的表面或大部分表面上均勻地進(jìn)行，金屬逐漸變薄，最終失效。

    全面腐蝕造成金屬大量損失，但這種腐蝕危險性較小。可采取以下防護(hù)措施：

    ①工程設(shè)計時考慮合理的腐蝕裕度

    ②合理選材

    ③涂覆保護(hù)層

    ④添加緩蝕劑

    ⑤陰極保護(hù)

    局部腐蝕是設(shè)備腐蝕破壞的一種主要形式，是金屬表面某些部分的腐蝕速率或腐蝕深度遠(yuǎn)大于其余部分的腐蝕速率或深度，因而導(dǎo)致局部區(qū)域的損壞。其特點(diǎn)是腐蝕僅局限或集中于金屬的某一特別部位，陽極和陰極一般截然分開，而次生腐蝕產(chǎn)物又可在第三點(diǎn)形成。

    產(chǎn)生局部腐蝕的必要和充分條件是：在腐蝕體系中，存在著或出現(xiàn)了某種因素使得金屬表面的不同部分遵循不同的陽極溶解規(guī)律，即具有不同的陽極極化曲線。不僅如此，隨著腐蝕的進(jìn)行，這種陽極溶解速度的差異不但不會減弱甚至還會加強(qiáng)。這種局部腐蝕的條件由腐蝕過程本身所引起的現(xiàn)象稱為局部腐蝕的自催化現(xiàn)象。

    全面腐蝕與局部腐蝕基本特征比較

    1、應(yīng)力腐蝕破裂

    材料在靜應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)共同作用下發(fā)生的脆性開裂現(xiàn)象稱為應(yīng)力腐蝕開裂，簡稱應(yīng)力腐蝕，英文縮寫SCC。結(jié)構(gòu)和零件的受力狀態(tài)是多種多樣的，如拉伸應(yīng)力、交變應(yīng)力、沖擊力、振動力等。不同應(yīng)力狀態(tài)與介質(zhì)協(xié)同作用所造成的環(huán)境敏感斷裂形式各不相同。 應(yīng)力腐蝕應(yīng)是電化學(xué)腐蝕和應(yīng)力機(jī)械破壞相互促進(jìn)裂紋的生成和擴(kuò)展的過程。敏感的合金、特定介質(zhì)和一定的靜應(yīng)力是發(fā)生應(yīng)力腐蝕的三個必要條件。對于一定的材料，其應(yīng)力腐蝕只發(fā)生在特定的介質(zhì)中。這種材料與敏感介質(zhì)的組合關(guān)系，稱為應(yīng)力腐蝕體系。

    控制方法：

    正確選材：  避免構(gòu)成應(yīng)力腐蝕體系，減輕應(yīng)力腐蝕的敏感性。合理設(shè)計、改進(jìn)制造工藝 ：盡量減小應(yīng)力集中效應(yīng)。改善環(huán)境介質(zhì)：消除或減少介質(zhì)中促進(jìn)應(yīng)力腐蝕的有害物質(zhì)，加入適當(dāng)?shù)木徫g劑。電化學(xué)保護(hù)：外加電流極化，使金屬的電位遠(yuǎn)離應(yīng)力腐蝕敏感區(qū)。

    2、腐蝕疲勞

    化工設(shè)備中許多金屬材料構(gòu)件都工作在腐蝕的環(huán)境中，同時還承受著交變載荷的作用。與惰性環(huán)境中承受交變載荷的情況相比，交變載荷與侵蝕性環(huán)境的聯(lián)合作用往往會顯著降低構(gòu)件疲勞性能，這種疲勞損傷現(xiàn)象稱為腐蝕疲勞。

    腐蝕疲勞的控制與防護(hù)

    （1）、合理選材與優(yōu)化材料

    采用耐腐蝕疲勞的材料。由于鋼的強(qiáng)度愈高，通常其腐蝕疲勞敏感性愈大， 因此選擇強(qiáng)度低的鋼種一般更為安全。例如含二氧化硫的溶液中Cr26Ni15鐵素體–奧氏體雙相不銹鋼較奧氏體不銹鋼耐蝕。

    （2）、降低張應(yīng)力水平或改善表面應(yīng)力狀態(tài)

    設(shè)計上注意結(jié)構(gòu)合理化，減少應(yīng)力集中，避免縫隙結(jié)構(gòu)，適當(dāng)加大截面尺寸。

    （3）、緩腐蝕作用

    常用的措施有施加表面、添加緩蝕劑和實(shí)施電化學(xué)保護(hù)技術(shù)。

    3、電偶腐蝕

    電偶腐蝕是指兩種或兩種以上具有不同電位的金屬接觸時形成的腐蝕，又稱不同金屬的接觸腐蝕。耐蝕性較差的金屬（電位較低）接觸后成為陽極，腐蝕加速；耐蝕性較高的金屬（電位較高）則變成陰極受到保護(hù)，腐蝕減輕或甚至停止。

    特征：腐蝕主要發(fā)生在兩種不同金屬或金屬與非金屬導(dǎo)體的相互接觸的邊線附近，而在遠(yuǎn)離邊緣的區(qū)域，腐蝕程度輕。

    條件：①同時存在兩種不同電位的金屬或非金屬導(dǎo)體②有電解質(zhì)溶液 存在③兩種金屬通過導(dǎo)線連接或直接接觸。

    控制措施：

    ①選材設(shè)計時，盡量避免異種材料或合金相互接觸，盡量選用電偶序的材料

    ②選用容易更換的陽極部件，或加厚以延壽

    ③避免大陰極、小陽極面積比的組合

    ④異種材料連接處或接觸面采用絕緣措施

    ⑤涂層保護(hù)

    ⑥添加緩蝕劑

    4、縫隙腐蝕

    在腐蝕介質(zhì)中的金屬構(gòu)件，由于金屬與金屬或金屬與非金屬之間存在特別小的縫隙，造成縫內(nèi)介質(zhì)處于滯流狀態(tài)而導(dǎo)致發(fā)生的一種局部腐蝕形態(tài)稱為縫隙腐蝕。最敏感的縫隙寬度為0.025～0.1mm范圍。

    特征：①可發(fā)生在所有金屬與合金上，特別是靠鈍化而耐蝕的金屬及合金②介質(zhì)可以是任何侵蝕性溶液，酸性或中性，充氣的中性氯化物介質(zhì)中最易發(fā)生③對同一金屬而言，縫隙腐蝕比點(diǎn)蝕更易發(fā)生。縫隙腐蝕的臨界電位比點(diǎn)蝕電位低。

    產(chǎn)生條件：①金屬結(jié)構(gòu)的連接，鉚接、焊接、螺紋連接等②金屬與非金屬的連接③金屬表面的沉積物

    縫隙腐蝕機(jī)理是氧的濃差電池與閉塞電池自催化效應(yīng)共同作用的結(jié)果。

    控制措施：

    ①合理設(shè)計和施工，避免縫隙和死角的存在。

    ②正確選材

    ③電化學(xué)保護(hù)

    ④緩蝕劑的應(yīng)用

    5、孔蝕

    又稱點(diǎn)蝕，是一種腐蝕集中于金屬表面的很小范圍內(nèi)，并深入到金屬內(nèi)部的腐蝕形態(tài)。

    形貌：有窄深型、寬淺型，有蝕坑小而深型。有些分散，有些密集。蝕坑口多數(shù)有腐蝕產(chǎn)物覆蓋，少數(shù)呈開放式。

    特征：①多發(fā)生于表面生成鈍化膜的金屬材料上，或表面有陰極性鍍層的金屬上。②含特殊離子的介質(zhì)③ 在點(diǎn)蝕電位以上，電流密度突然增大，點(diǎn)蝕發(fā)生。

    控制措施：

    ①選擇耐蝕合金②改善介質(zhì)條件③電化學(xué)保護(hù)④緩蝕劑的應(yīng)用

    6、晶間腐蝕

    晶間腐蝕是一種由微電池作用而引起的局部破壞現(xiàn)象，是金屬材料在特定的腐蝕介質(zhì)中沿著材料的晶界產(chǎn)生的腐蝕。

    特征：在表面還看不出破壞時，晶粒之間已喪失了結(jié)合力、失去金屬聲音，嚴(yán)重時只要輕輕一敲打就可破 脆，甚至形成粉狀。

    條件：①金屬或合金中含有雜質(zhì)或第二相等沿晶界析出②晶界與晶內(nèi)化學(xué)成分的差異，在特定的環(huán)境介質(zhì)中形成腐蝕電池，晶界為陽極，晶粒為陰極，晶界產(chǎn)生選擇性溶解。

    控制措施：

    ①降低含碳量②加入固定碳的合金元素③適當(dāng)熱處理④采用雙相鋼。

    7、選擇性腐蝕

    選擇性腐蝕是在合金的某些特點(diǎn)部位有選擇地發(fā)生的腐蝕。或者說，腐蝕是從一種固溶體合金表面除去其中某些元素或某一相，其中電位低的金屬或相發(fā)生優(yōu)先溶解而被破壞。

    控制措施：使材料表面均勻化和調(diào)整介質(zhì)的腐蝕活性是防止選擇腐蝕的基本方法。往合金或介質(zhì)內(nèi)加入某些組分作為緩蝕劑，例如往黃銅中加入少量砷，也能防止選擇性腐蝕。此外，防護(hù)層和陰極保護(hù)等也是常用的防護(hù)方法。

    8、氫損傷

    氫損傷是指金屬中由于含有氫或金屬中的某些成分與氫反應(yīng)，從而使金屬材料的力學(xué)性能發(fā)生改變的現(xiàn)象。氫損傷導(dǎo)致金屬或金屬材料的韌性和塑性降低，易使材料開裂或脆斷。氫脆鋼中氫所引起的脆性，又稱氫致開裂或氫損傷。鋼中的氫會導(dǎo)致鋼的力學(xué)性能下降，如鋼中白點(diǎn)、氫腐蝕、環(huán)境氫與應(yīng)力交互作用形成的應(yīng)力腐蝕等。鋼中氫的來源有：（1）在冶煉、酸洗、焊接或電鍍等工藝過程中鋼所吸收的氫。（2）使用過程中由環(huán)境中吸收的氫。含氫介質(zhì)有H2、H2s等氣體，或在水溶液中腐蝕時陰極過程所釋放的氫。

    氫損傷的控制措施：（1）、選用耐氫脆性合金 （2）、減小內(nèi)氫措施： ① 改進(jìn)冶煉技術(shù) ② 焊接時采用低氫氣氛 ③ 電鍍時需使用低氫脆工藝，提高電鍍的電流效率， 減小腐蝕率。 ④ 酸洗時合理選用緩蝕劑、減小腐蝕率。 ⑤ 除氫處理 （3）、控制外氫進(jìn)入金屬 ① 障礙氫的直接滲入：可采取在基體上施以低氫擴(kuò)散性和 低氫溶解度的鍍涂層。如覆蓋Cu、Mo、Al、Ag、Au、 W等金屬鍍層和有機(jī)涂層。 ② 阻礙氫的間接進(jìn)入：采取加入某些合金元素延緩腐蝕反 應(yīng)，或生成的產(chǎn)物具有抵制氫進(jìn)入基體的作用。如含Cu 鋼在H2S水介質(zhì)中，生成Cu2S致密產(chǎn)物，能夠降低氫誘 發(fā)的開裂傾向。 ③ 降低外氫的活性：例如在H2S、H2氣氛中，加入抵制劑，可有效地抵制裂紋的擴(kuò)展。

    9、磨損腐蝕

    腐蝕磨損（Corrosive Wear）是指摩擦副對偶表面在相對滑動過程中，表面材料與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，并伴隨機(jī)械作用而引起的材料損失現(xiàn)象，稱為腐蝕磨損。腐蝕磨損通常是一種輕微磨損，但在一定條件下也可能轉(zhuǎn)變?yōu)閲?yán)重磨損。

    常見的腐蝕磨損有氧化磨損和特殊介質(zhì)腐蝕磨損、氣蝕浸蝕磨損、微動磨損。

    磨損腐蝕控制的方法主要有以下幾類：

    （1）合理選材：提高材料本身的熱力學(xué)穩(wěn)定性，采用耐磨損腐蝕材料、易鈍化的金屬、金屬滲鍍層；

    （2）改變環(huán)境介質(zhì)的腐蝕性：如從系統(tǒng)腐蝕介質(zhì)中除去H+、溶解O2等去極化劑；

    （3）采用防腐層；如涂料、塑料、橡膠等有機(jī)材料覆蓋層或玻璃、陶瓷等無機(jī)材料，隔絕金屬與腐蝕介質(zhì)的接觸；

    （4）緩蝕劑；

    （5）電化學(xué)保護(hù)，包括陰極保護(hù)和陽極保護(hù)；

    （6）工藝控制，包括除砂除雜、調(diào)節(jié)溫度、壓力、流速、流動狀態(tài)、金屬結(jié)構(gòu)尺寸、增大腐蝕余量等措施。

    10、微生物腐蝕

    微生物腐蝕是當(dāng)金屬在含有硫酸鹽的土壤中腐蝕時，陰極反應(yīng)的氫將硫酸鹽還原為硫化物，硫酸鹽還原菌利用反應(yīng)的能量進(jìn)行繁殖從而加速金屬腐蝕的現(xiàn)象。

    控制微生物腐蝕的主要措施編輯

    由于微生物腐蝕涉及的金屬構(gòu)件種類多，所處的環(huán)境及腐蝕的菌類又不盡相同，因此在防護(hù)工作中，必須根據(jù)具體情況采取一種或幾種措施配合使用。歸納起來防止微生物對金屬腐蝕的措施主要有以下幾種：

    限制營養(yǎng)源

    因為細(xì)菌生長需要營養(yǎng)，所以限制金屬構(gòu)件周圍的微生物生長的營養(yǎng)物是降低腐蝕危害的一個重要方法。例如盡量控制環(huán)境中有機(jī)物、銨鹽、磷、鐵、亞鐵、硫及硫酸鹽等就會大大降低微生物的增長。

    控制微生物生長的環(huán)境條件

    微生物生長繁殖都需要一個適宜的環(huán)境條件，所以適當(dāng)?shù)馗淖儹h(huán)境條件也是減少微生物金屬腐蝕的一個重要措施。例如提高pH值到9以上，溫度50℃以上就會強(qiáng)烈抑制菌類生長。再如在濕潤粘土地帶加強(qiáng)排水，回填砂礫于埋管線周圍，以改善通氣條件，即可減少硫酸還原菌產(chǎn)生的厭氧腐蝕。

    采用化學(xué)殺菌劑和抑菌劑

    主要是將殺菌劑和抑菌劑用于密閉或半密閉的系統(tǒng)中或摻合于涂料和護(hù)層中。殺菌劑要求高效、低毒、廣譜、價廉、原料來源方便等。采用這種方法應(yīng)注意把殺菌劑、防腐劑、去垢劑三者結(jié)合起來使用。

    物理、生物控制方法

    物理法主要是采用紫外線、超聲波等物理手段來殺滅腐蝕微生物的方法；生物法主要是采用生物防治和遺傳工程改變危害菌的附著力來達(dá)到控制目的的方法。例如日本研制開發(fā)的利用能吞食海水中腐蝕微生物的噬菌體清除金屬管件表面的有害微生物，以達(dá)防止微生物腐蝕的方法，效果就較好，而且該法利用的是病毒，它們能有選擇地殺死附著微生物，而不會象其它方法那樣影響其他生物。

    另外在金屬材料外加防護(hù)層等，也可控制微生物對金屬的腐蝕。
 

責(zé)任編輯：王元

《中國腐蝕與防護(hù)網(wǎng)電子期刊》征訂啟事
投稿聯(lián)系：編輯部
電話：010-82387968
郵箱：ecorr_org@163.com
中國腐蝕與防護(hù)網(wǎng)官方 QQ群：140808414