金屬的化學(xué)腐蝕反應(yīng)可分為兩個(gè)步驟。第一步是氧化步驟,第二步是脫電子步驟。氧化過(guò)程釋放自由電子,而脫電子過(guò)程是除去自由電子的過(guò)程。
陽(yáng)離子可以進(jìn)入溶液或與其他陰離子結(jié)合形成化合物。氧化過(guò)程必須與脫電子過(guò)程同時(shí)配合才能完成整個(gè)反應(yīng)。
因此,只有通過(guò)電子去除步驟去除氧化步驟產(chǎn)生的自由電子,金屬原子才能不斷被腐蝕。實(shí)際的腐蝕過(guò)程是一個(gè)非常緩慢而相對(duì)均勻地在表面上失去金屬原子的過(guò)程。在某些條件下,如果在一個(gè)區(qū)域形成陽(yáng)極或陰極區(qū)域,可能會(huì)出現(xiàn)局部腐蝕不均勻,并形成可見(jiàn)的腐蝕坑。
鋼鐵不會(huì)很快被腐蝕,因?yàn)樗谋砻嬖谒袝?huì)形成一層氧化保護(hù)層。由于鐵容易被氧化形成氧化鐵,所以不溶于水,容易沉積在金屬表面,從而阻礙了進(jìn)一步的腐蝕。這種現(xiàn)象稱為腐蝕鈍化。鋯、鉻、鋁、不銹鋼等金屬在常溫的水或空氣中會(huì)形成很薄的保護(hù)層,有時(shí)甚至薄得肉眼無(wú)法分辨。由于這種薄保護(hù)層,這些金屬在水或空氣中具有良好的耐腐蝕性。
金屬腐蝕按其位置可分為整體金屬腐蝕和局部金屬腐蝕。金屬腐蝕還可以根據(jù)腐蝕環(huán)境進(jìn)行分類,即可分為化學(xué)介質(zhì)腐蝕、大氣介質(zhì)腐蝕、海水介質(zhì)腐蝕和土壤腐蝕。根據(jù)腐蝕過(guò)程的特點(diǎn),還可以分為三類:化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕和物理腐蝕。雖然上述腐蝕分類方法不夠嚴(yán)格,但這些分類方法可以幫助我們從腐蝕介質(zhì)或腐蝕過(guò)程的特點(diǎn)來(lái)了解腐蝕規(guī)律。
局部腐蝕
局部腐蝕又叫非均勻腐蝕,在工業(yè)中很常見(jiàn)。據(jù)百度百科上的數(shù)據(jù)顯示,工業(yè)中全面腐蝕<10%,局部腐蝕(化工)>80%。
概述:局部腐蝕的腐蝕反應(yīng)集中在個(gè)別位置,急劇發(fā)生,材料快速被腐蝕破壞。
原理:由于電化學(xué)的不一致性(如異種金屬、表面缺陷、濃度差異、應(yīng)力集中、環(huán)境不均勻等),形成局部電池。局部電池陰陽(yáng)極區(qū)分明顯,陰極/陽(yáng)極面積比很大,共軛反應(yīng)分別在不同區(qū)域發(fā)生。
影響:局部腐蝕破壞速度快、隱蔽性強(qiáng)、難以預(yù)計(jì)、控制難度大、危害性大,容易造成突發(fā)性災(zāi)難事故。
比如零幾年引起黨中央、國(guó)務(wù)院領(lǐng)導(dǎo)高度重視的重慶“4·15”氯氣儲(chǔ)罐連續(xù)爆炸泄漏事故,起因就是該廠液氯生產(chǎn)過(guò)程中氯冷凝器腐蝕穿孔。
分類:局部腐蝕又可根據(jù)其破壞形態(tài)分為電偶腐蝕、小孔腐蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕、選擇性腐蝕、應(yīng)力腐蝕破裂、磨損腐蝕、疲勞腐蝕和氫損傷等主要類型。
金屬腐蝕分類
金屬腐蝕一般可分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。
1. 化學(xué)腐蝕
化學(xué)腐蝕是由表面與介質(zhì)之間的化學(xué)相互作用引起的。它的特點(diǎn)是在運(yùn)行過(guò)程中沒(méi)有電流。化學(xué)腐蝕可分為以下兩類。
(1)氣體腐蝕金屬在干燥氣體(表面無(wú)水蒸汽冷凝)中的腐蝕。氣體腐蝕一般是指金屬在高溫下的腐蝕,如軋鋼過(guò)程中產(chǎn)生的氧化皮、內(nèi)燃機(jī)活塞燃燒等。
(2)金屬在11L三電解質(zhì)溶液中的腐蝕發(fā)生在非導(dǎo)電液體中。例如,金屬在有機(jī)液體(如乙醇、石油等)中的腐蝕。
2. 電化學(xué)腐蝕
電化學(xué)腐蝕是由金屬表面與介質(zhì)之間的電化學(xué)相互作用引起的。作用過(guò)程中有陰極區(qū)和陽(yáng)極區(qū),金屬與介質(zhì)之間有電流流動(dòng)。有時(shí)電化學(xué)作用單獨(dú)引起腐蝕,有時(shí)機(jī)械和生物作用共同產(chǎn)生腐蝕。電化學(xué)腐蝕可分為以下幾類。
(1)大氣腐蝕金屬在潮濕空氣中的腐蝕。
(2)土壤腐蝕是由地下金屬構(gòu)件(如管道、電纜等)腐蝕引起的。
(4)金屬在熔鹽中的腐蝕。如熱處理車間熔鹽加熱爐中電極和處理過(guò)的金屬的腐蝕。
(5)應(yīng)力腐蝕裂紋是金屬在拉應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)作用下的腐蝕損傷。應(yīng)力來(lái)源于冷熱加工過(guò)程中的殘余應(yīng)力或外部應(yīng)力。裂紋垂直于拉應(yīng)力,有時(shí)沿金屬晶界,有時(shí)穿晶。
(6)腐蝕疲勞是金屬在交變應(yīng)力(或脈沖應(yīng)力)和腐蝕介質(zhì)共同作用下,疲勞極限大大降低,導(dǎo)致過(guò)早斷裂(如螺桿軸、泵軸)的一種腐蝕。
(7)磨損腐蝕(磨損)包括腐蝕和機(jī)械磨損,兩者相互加速。磨損有很多種形式。
①?zèng)_擊腐蝕(沖蝕)是由液體流動(dòng)或沖擊引起的。
②空化沖蝕(空化沖蝕)所謂的空化是由高速液體不規(guī)則流動(dòng)而產(chǎn)生的。空腔中只有少量的水蒸氣或低壓空氣。由于壓力和流動(dòng)條件的頻繁變化,空腔會(huì)周期性地出現(xiàn)和消失。當(dāng)它消失時(shí),由于與周圍高壓的壓差大,會(huì)對(duì)腔體附近的金屬表面產(chǎn)生所謂的“水錘效應(yīng)”,往往會(huì)破壞金屬表面的保護(hù)膜,繼續(xù)腐蝕。
③微振動(dòng)磨損腐蝕是兩個(gè)相鄰表面相互振動(dòng)引起的磨損,破壞金屬保護(hù)膜,加速腐蝕。
(8)微生物腐蝕某些微生物的生命活動(dòng),促進(jìn)陽(yáng)極區(qū)或陰極區(qū)的電化學(xué)反應(yīng),或削弱金屬表面膜的耐腐蝕性,或產(chǎn)生腐蝕性物質(zhì),從而加速電化學(xué)腐蝕。如硫酸鹽還原菌和鐵菌對(duì)金屬的腐蝕
(9)海洋生物腐蝕許多海洋生物(動(dòng)物或植物)能附著在金屬表面并不斷繁殖。它們?cè)谛玛惔x的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生腐蝕性物質(zhì),或者由于金屬表面覆蓋不均勻而造成氧濃度池,從而加速電化學(xué)腐蝕。