縫隙腐蝕具有普遍性,對于金屬類型和腐蝕介質沒有“選擇性”,即幾乎全部種類的金屬都會發生該類腐蝕,腐蝕性介質都可能造成該類腐蝕。浙江至德鋼業有限公司本次主要介紹縫(feng)隙腐(fu)蝕機理、影響因素、研究縫隙腐蝕的數值方法,并提出相關預防措施。
縫隙腐蝕屬于電化學腐蝕的一種類型,其機理包括金屬離子濃差電池理論、氧濃差電池理論、活化-鈍化電池理論等,其中氧濃差電池理論被大家普遍接受。對于服役于含氯離子環境中的奧氏體不(bu)銹鋼,氯離子會在縫隙內聚集,引發點(dian)蝕,加速縫隙腐蝕,該類腐蝕稱為點蝕型縫隙腐蝕。縫隙腐蝕和應力腐蝕相比,前者是局部的全面腐蝕或密度較大的坑蝕。從實際腐蝕案例來看,在氯離子以及拉應力存在的情況下(特別是拉應力較大的情況),生應力腐蝕的概率遠大于縫隙腐蝕。
一般認為,在含氧的中(zhong)性溶液(ye)中(zhong),縫隙(xi)腐蝕是(shi)由氧濃差電池引起的。過程如下:
起始(shi)階段,縫隙里面和外面金屬的電(dian)化(hua)學反(fan)(fan)應一樣,都是陽極溶解,主要反(fan)(fan)應為(wei):
隨(sui)著反(fan)(fan)應(ying)(ying)進行,縫(feng)隙(xi)(xi)(xi)內(nei)(nei)部(bu)(bu)(bu)(bu)氧含(han)量(liang)(liang)降低,又難以補充(chong),造(zao)成陰極(ji)反(fan)(fan)應(ying)(ying)減緩直(zhi)至停止,但是陽(yang)極(ji)反(fan)(fan)應(ying)(ying)繼續進行。為達到反(fan)(fan)應(ying)(ying)平衡,縫(feng)隙(xi)(xi)(xi)內(nei)(nei)部(bu)(bu)(bu)(bu)的(de)(de)陽(yang)極(ji)反(fan)(fan)應(ying)(ying)只(zhi)能由(you)外(wai)部(bu)(bu)(bu)(bu)的(de)(de)陰極(ji)反(fan)(fan)應(ying)(ying)平衡,造(zao)成的(de)(de)結果是:縫(feng)隙(xi)(xi)(xi)外(wai)面(mian)的(de)(de)陰極(ji)反(fan)(fan)應(ying)(ying)面(mian)積(ji)(ji)大(da),內(nei)(nei)部(bu)(bu)(bu)(bu)的(de)(de)陽(yang)極(ji)反(fan)(fan)應(ying)(ying)面(mian)積(ji)(ji)小(xiao),加(jia)速了(le)陽(yang)極(ji)反(fan)(fan)應(ying)(ying)。一(yi)(yi)方面(mian),縫(feng)隙(xi)(xi)(xi)內(nei)(nei)部(bu)(bu)(bu)(bu)由(you)于陽(yang)極(ji)反(fan)(fan)應(ying)(ying)產生(sheng)的(de)(de)金屬離(li)子(zi)不易轉移到縫(feng)隙(xi)(xi)(xi)外(wai)面(mian),縫(feng)隙(xi)(xi)(xi)外(wai)部(bu)(bu)(bu)(bu)的(de)(de)陰離(li)子(zi)會進入縫(feng)隙(xi)(xi)(xi)內(nei)(nei)部(bu)(bu)(bu)(bu)使電(dian)荷保持平衡,特別是溶(rong)液中含(han)氯離(li)子(zi)時,會造(zao)成內(nei)(nei)部(bu)(bu)(bu)(bu)氯離(li)子(zi)含(han)量(liang)(liang)升高。另一(yi)(yi)方面(mian),縫(feng)隙(xi)(xi)(xi)內(nei)(nei)部(bu)(bu)(bu)(bu)由(you)于陽(yang)極(ji)溶(rong)解產生(sheng)的(de)(de)部(bu)(bu)(bu)(bu)分金屬離(li)子(zi)會發生(sheng)水解,造(zao)成氫離(li)子(zi)濃(nong)度增大(da),pH值降低。縫(feng)隙(xi)(xi)(xi)內(nei)(nei)部(bu)(bu)(bu)(bu)氯離(li)子(zi)濃(nong)度的(de)(de)升高以及pH值的(de)(de)增加(jia)都(dou)會加(jia)速鈍(dun)化膜(mo)溶(rong)解。縫(feng)隙(xi)(xi)(xi)腐蝕(shi)示(shi)意圖如圖3-1所示(shi)。
假設(she)材料表面(mian)(mian)是均(jun)勻(yun)的(de),縫(feng)隙(xi)(xi)內外(wai)“小(xiao)陽極”“大陰極”的(de)反應(ying)持續進行,則縫(feng)隙(xi)(xi)內會發生全面(mian)(mian)的(de)縫(feng)隙(xi)(xi)腐(fu)蝕(shi)。實際上(shang),金屬表面(mian)(mian)的(de)鈍(dun)化膜會存在缺陷,諸如表面(mian)(mian)夾雜、化學成分不(bu)均(jun)勻(yun)、晶體缺陷、機(ji)械破(po)壞等。在侵蝕(shi)性(xing)陰離(li)子存在的(de)情(qing)況(kuang)下,這些缺陷部(bu)位的(de)鈍(dun)化膜優先(xian)被破(po)壞,發生點蝕(shi)或應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)等更為局部(bu)的(de)腐(fu)蝕(shi)形態(tai)。