腐蚀形式与应对措施

2023-06-19 理论教育版权反馈

【摘要】：从各类腐蚀失效事故统计来看，全面腐蚀占17.8%，局部腐蚀占82.2%。其中应力腐蚀断裂为38%，点蚀为25%，缝隙腐蚀为2.2%，晶间腐蚀为11.5%，选择腐蚀为2%，焊缝腐蚀为0.4%，磨蚀等其它腐蚀形式为3.1%。应力腐蚀开裂由机械的因家所产生的腐蚀现象，也称为应力腐蚀，也是局部腐蚀的一个大类。应力腐蚀开裂一般发生在合金中，并与特殊的腐蚀介质联系在一起。应力腐蚀开裂的特点是，大部分表面实际上没有遭到破坏，只有一部分细裂纹穿透金属或者合金内部。

金属腐蚀可分为全面腐蚀和局部腐蚀两大类。从工程技术上看，全面腐蚀相对局部腐蚀危险性小些，而局部腐蚀危险极大。从各类腐蚀失效事故统计来看，全面腐蚀占17.8%，局部腐蚀占82.2%。其中应力腐蚀断裂为38%，点蚀为25%，缝隙腐蚀为2.2%，晶间腐蚀为11.5%，选择腐蚀为2%，焊缝腐蚀为0.4%，磨蚀等其它腐蚀形式为3.1%。

1.全面腐蚀（general corrosion）

全面腐蚀即腐蚀分布在整个金属表面上，一般属于微观电池腐蚀，如常说的铁生锈或金属的高温氧化。全面腐蚀可以为均匀腐蚀（uniform corrosion）也可以为非均匀腐蚀。均匀腐蚀也称均匀侵蚀（uniform attack），指腐蚀均匀地分布在整个金属面上，因而腐蚀只是使整块金属面积上耗减同样的厚度，整块金属的厚度仍然保持均匀，故能够对其服务寿命作出较可靠的预测。如在冷却水系统中，碳钢换热器用盐酸、硝酸或硫酸等无机酸进行化学清洗时，如果没有在酸中添加缓蚀剂，碳钢会发生明显的全面腐蚀。又如在加酸调节pH的冷却水系统中，如果加酸过多，冷却水的pH降到很低时，碳钢设备也将发生明显的全面腐蚀。但是，均匀腐蚀的情况很少。

2.局部腐蚀（localized corrosion）

局部腐蚀是与全面腐蚀相反的一种情况，指腐蚀集中在金属表面的某些部位。

（1）点蚀（pitting）

点蚀是一种腐蚀集中在金属或者合金表面数十微米范围内且向纵深发展的腐蚀形式。点蚀表现为在金属表面出现麻点或许多小坑，故也称坑蚀。点蚀是由于金属表面形成很多高度活性的阳极部位所产生的。水中离子浓度差或氧气浓度差等都是这些阳极部位形成的原因。金属的高温部位，在冶金中原有的缺陷如表面的凹槽、刮痕和缝隙部位，也是形成阳极的部位。点蚀是一种极危险的腐蚀，因为它是一种局部但剧烈的腐蚀形态，点蚀严重的设备会在突然之间发生穿孔及泄漏，令人措手不及，而且点蚀的检查很困难，因为蚀孔小，又被腐蚀物物或沉积物覆盖着。蚀孔通常向重力方向生长，一般蚀孔几个月或几年就能穿透金属，但在出现可以观察到的蚀孔前通常需要很长一段时间。

点蚀是金属溶解的一种特殊形式。蚀孔中金属的阳极溶解是一种自催化过程。如钢发生点蚀时，铁在蚀孔中溶解，生成Fe2+，使得蚀孔内产生过量的正电荷，使氯离子迁移到蚀孔内平衡电性，所以，蚀孔内会有高浓度的FeCl2，FeCl2水解产生高浓度的H+和Cl-，结果使金属和合金溶解，而且这个自催化过程使反应过程加速。由于溶解氧在蚀孔内的浓度很低，所以溶解氧的阴极还原过程都是在蚀孔表面进行的，所以这部分表面称为腐蚀电池的阴极区而不被腐蚀。卤素离子与大多数点蚀有关，其中影响最大的还是氯离子、溴离子和次氯酸根离子。

点蚀的深度与阴极的大面积和活性阳极的小面积之比成正比例。点蚀的危害程度一般用点蚀系数（pitting factor）来表示。点蚀系数为点蚀坑的深度（以mil或μm为单位，1mil=（1/1000）英寸，可取1mil=25μm）与金属试样的平均腐蚀深度之比。平均腐蚀深度用试件在试验期内金属因腐蚀而失去的重量除以试件表面积得出，并以单位mm/a或mpy（每年mil数）表示。点蚀系数愈大腐蚀愈严重。

（2）缝隙腐蚀（crevice corrosion）

缝隙腐蚀的腐蚀宽度一般在0.025～0.1mm，通常发生在金属构件的连接部位，与点蚀不同的是，缝隙腐蚀可以发生在所有金属和合金上，且钝化金属及合金更容易发生。

（3）浓差电池腐蚀（concentration-cell comsion）

浓差电池腐蚀可能是最常见的一种腐蚀形式。水中各种溶解成分的浓度差都会使所接触的金属表面部位间形成腐蚀电池，其中最主要的是氧浓差电池腐蚀，如水线腐蚀和垢下腐蚀。在悬浮固体或腐蚀产物沉积所遮盖的金属部位，由于氧受到扩散阻力的影响，氧的浓度较附近无沉积物的部位低，使两个部位间产生电位差，形成了腐蚀电池，缺氧部位成为受腐蚀的阳极。

（4）选择性侵蚀（selective leaching）

选择性侵蚀是合金出现腐蚀的一个类型，也叫选择性浸出。它指合金中某一种金属成分受选择性侵蚀作用而从合金基体中侵蚀出来。常见的有黄铜脱锌（dezincification），黄铜因其中的锌受侵蚀的腐蚀现象，常见于冷却水黄铜管的脱锌，均匀型脱锌高发于高锌黄铜，而且总是发生在酸性介质中。局部脱锌似乎多发于低锌黄铜和中性、碱性或微酸性介质中。对于冷却水，一般是海水中容易发生均匀型脱锌，在淡水中容易产生局部型脱锌。黄铜脱锌的理论目前有两种：一种是由于锌比铜活泼，脱锌是黄铜表面层中的锌发生选择性溶解，而铜则还留在黄铜的表面层中；另一种是铜和锌一起溶解，之后锌离子留在溶液中，而铜则镀回到黄铜的基体上。

此外还有铜镍合金脱镍；石墨化（graphitization，铸铁因其中的铁受侵蚀的腐蚀）；脱铝（dealuminification，青铜中的铝受侵蚀的腐蚀现象，也叫铜铝合金脱铝）等选择性侵蚀现象。

（5）应力腐蚀开裂（stress corrosion cracking）

由机械的因家所产生的腐蚀现象，也称为应力腐蚀，也是局部腐蚀的一个大类。由于材料在环境中受的应力作用方式不同，腐蚀形式也不同，一般分为应力腐蚀、疲劳腐蚀、磨损腐蚀、湍流腐蚀、冲蚀等，在此类腐蚀中，受拉应力作用的应力腐蚀是危害最大的局部腐蚀形式之一，材料通常在没有明显预兆的情况下突然断裂。

应力腐蚀开裂是指金属材料在内部或外部应力和局部腐蚀侵蚀联合作用下产生开裂现象，有晶间开裂（intercrystalline crack）和穿晶开裂（transcrystalline crack）两种情况。应力腐蚀开裂一般发生在合金中，并与特殊的腐蚀介质联系在一起。例如，当碳钢在强碱性溶液中发生应力腐蚀开裂时即称为苛性脆化现象（caustic brittlement），在硝酸盐溶液中发生应力腐蚀开裂时即称为硝酸脆化（nitrate brittlement）。应力腐蚀开裂的特点是，大部分表面实际上没有遭到破坏，只有一部分细裂纹穿透金属或者合金内部。应力腐蚀开裂能在常用的设计应力范围内发生，所以后果严重。

应力腐蚀开裂的主要变量是温度、溶液成分、金属及合金的成分、应力和金属结垢。这种腐蚀的裂纹外貌是脆性的机械断裂。应力可以有各种来源：外应力、残余应力、焊接应力以及腐蚀产物产生的应力。应力增大则腐蚀发生的时间缩短。

应力腐蚀开裂的发展可以分为三个阶段：

①裂纹形成腐蚀对裂纹的最初形成起主要作用，应力腐蚀开裂的裂纹常常是从蚀孔底部开始的；

②裂纹扩展在裂纹的前沿存在高应力，而拉应力的作用对于撕裂保护膜很重要，裂纹端部保护膜收到破坏而不能修复使得裂纹继续扩展；

③开裂裂纹扩展时，金属受力的截面积减小，单位截面上承受的拉应力增大，直至断裂。

（6）腐蚀疲劳（corrosion fatigue）

腐蚀疲劳是指当材料受到交变应力和腐蚀环境联合作用时所出现的脆性断裂。这种破坏要比单纯的交变应力或单纯的腐蚀作用所造成的破坏严重的多。在腐蚀疲劳的部位出现腐蚀纹，并逐渐发展成穿晶开裂，其危害仅次于应力腐蚀。

（7）侵蚀（erosion）

侵蚀是由于水的高流速所产生的金属腐蚀，分冲击湍流侵蚀和气蚀两类。当水流为紊动水流，特别是水流中含有大量的悬浮固体和溶解固体，或含有溶解的或掺入的气体时，水流将损坏金属表面的氧化物钝化膜，并将金属磨损，出现马蹄形的坑，这种现象称为湍流腐蚀（impingement）。气蚀是由含有溶解或掺入了气体的水流引起的，并发生在高流速压力变化的条件下。当低压区所形成的汽窝进入较高压力区时，由于汽窝的塌陷会产生高达数百大气压的冲击压力，这种压力毁坏了金属表面的氧化膜，并把金属颗粒震落下来，这一现象称为气蚀（cavitation）。

腐蚀形式与应对措施

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