當金屬與周圍介質接觸時,由于發生化學作用和電化學作用而引起的破壞叫金屬腐蝕。金屬腐蝕現象十分普遍,所造成的損失也很大。1981年對我國七個部門兩百多個工廠、企業進行的調查表明,因腐蝕造成的直接損失占各工廠、企業總產值的4%~5%,相當于基本建設的總投資。


  金屬(shu)的腐(fu)蝕(shi)(shi),按機理(li)不同和(he)腐(fu)蝕(shi)(shi)過(guo)程的特點,可分為物(wu)理(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)、化(hua)(hua)學(xue)(xue)腐(fu)蝕(shi)(shi)與電(dian)化(hua)(hua)學(xue)(xue)腐(fu)蝕(shi)(shi)。在工程實際應用(yong)中的金屬(shu)腐(fu)蝕(shi)(shi),絕大多(duo)數都(dou)屬(shu)于化(hua)(hua)學(xue)(xue)腐(fu)蝕(shi)(shi)和(he)電(dian)化(hua)(hua)學(xue)(xue)腐(fu)蝕(shi)(shi)兩大類(lei)。


①. 化學(xue)腐(fu)蝕(shi)


    單純(chun)由化(hua)學(xue)作用引起的(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)叫做化(hua)學(xue)腐(fu)蝕(shi),化(hua)學(xue)腐(fu)蝕(shi)是(shi)沒有(you)電流產(chan)(chan)生(sheng)的(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)過程(cheng)(cheng)。金屬(shu)在高溫下和干燥(zao)的(de)(de)(de)氣體接觸,或在非電解質環境中,一般(ban)產(chan)(chan)生(sheng)化(hua)學(xue)腐(fu)蝕(shi)。例如,在軋制鋼(gang)筋的(de)(de)(de)過程(cheng)(cheng)中,鋼(gang)筋表(biao)面(mian)的(de)(de)(de)“鐵皮”就是(shi)鐵在高溫下被空(kong)氣氧(yang)化(hua)(腐(fu)蝕(shi))生(sheng)成(cheng)的(de)(de)(de)產(chan)(chan)物(見(jian)圖(tu)1-1)。由各種(zhong)氧(yang)化(hua)物組(zu)成(cheng)的(de)(de)(de)鐵銹很疏松,沒有(you)保護鋼(gang)鐵不再(zai)被腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)能力(li)。


1.jpg


    金(jin)屬在非電解質(zhi)(如(ru)苯、無水酒精、石(shi)油等(deng))溶液中也會產(chan)(chan)生(sheng)化學腐(fu)蝕。例(li)如(ru),在石(shi)油中含(han)有多種有機硫化物(wu),它們對(dui)金(jin)屬輸油管及容器也會產(chan)(chan)生(sheng)化學腐(fu)蝕。


②. 電化學腐蝕(shi)


    當金屬和(he)電(dian)解質溶液接(jie)觸時,由電(dian)化(hua)(hua)學(xue)(xue)作用引起的(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)叫(jiao)做(zuo)電(dian)化(hua)(hua)學(xue)(xue)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)。電(dian)化(hua)(hua)學(xue)(xue)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)是有電(dian)流產生(sheng)的(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)過程(cheng),它和(he)化(hua)(hua)學(xue)(xue)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)不同,這種腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)是由于(yu)形成原電(dian)池(chi)(chi)(腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)電(dian)池(chi)(chi))引起的(de)。在這種腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)電(dian)池(chi)(chi)中,負(fu)極上進行氧化(hua)(hua)反(fan)(fan)應,通常叫(jiao)做(zuo)陽(yang)極(在討論腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)問題時,通常稱(cheng)陰(yin)、陽(yang)極,而不稱(cheng)正、負(fu)極);正極上進行還原反(fan)(fan)應,通常叫(jiao)做(zuo)陰(yin)極,參見圖(tu)1-2。


2.jpg


    當鋼鐵暴露在潮濕的空氣中時,表面會形成一層極薄的水膜。空氣中的CO2、SO2等氣體溶解在水膜中,使其呈酸性。而通常的鋼鐵并非純金屬,常含有不活潑的合金成分(如Fe3C)或能導電的雜質。它們星羅棋布地鑲在鐵質的基體上,形成許多微小的腐蝕電池(微電池)。鐵為陽極,Fe3C或雜質為陰極。由于陰、陽極彼此緊密接觸,電化學腐蝕作用得以不斷進行。陽極的鐵被氧化成FFe2+進入水膜,同時電子移向陰極;H在陰極(Fe3C或雜質)結合電子,被還原成氫氣析出。水膜中的Fe2+和由水離解出的OH-結合,生成Fe(OH)2。Fe(OH)2及其脫水產物Fe2O3是紅褐色鐵銹的主要成分。這種腐蝕過程中有氫氣析出,所以叫做析氫腐蝕。當介質的酸性較強時,鋼鐵發生析氫腐蝕。


    當介質呈中性或酸性很弱時,則主要發生吸氧腐蝕。這是一種“吸收”氧氣的電化學腐蝕。此時,溶解在水膜中的氧氣是氧化劑。在陰極上,O2結合電子被還原成OH-;在陽極上,鐵被氧化成Fe2+。Fe2O3進一步被空氣中的O2氧化成Fe(OH)3,所得的產物與析氫腐蝕相似。由于O2的氧化能力比H強,故在大氣中金屬的電化學腐蝕一般是以吸氧腐蝕為主。


    金屬表面常因氧氣分布不均勻而引起腐蝕。例如,一段插入水中的鋼鐵支柱,接近水面的溶解氧的濃度較大(或分壓較大),而深入水中的溶解氧濃度較小(或分壓較小)。當氧的分壓(或濃度)愈大時,相應的電極電位代數值愈大,O2的氧化能力愈強。反之,則O2的氧化能力愈弱。這種腐蝕反應和吸氧腐蝕相同,只是發生的部位不同。這就說明浸入水中的鐵柱上的鐵銹雖然在近水面處,然而銹蝕卻發生在水下的一段上。這種由于氧濃度不同而造成的腐蝕,叫做濃差腐蝕(也稱作差異充氣腐蝕)。濃差腐蝕是金屬腐蝕中常見現象。如埋在地下的金屬管道的腐蝕、海水對船塢的“水線腐蝕”等。其中點腐蝕現象有它的特殊性,危害也較嚴重。


    當一塊鋼板暴露在潮濕的空氣中時,總會形成一層Fe2O3薄膜。如果該膜是致密的,則可以阻滯腐蝕過程。若在膜上有一小孔,則有小面積的金屬裸露出來,這里的金屬將被腐蝕。腐蝕產物(Fe2O3、Fe3O4等)疏松地堆積在周圍,把孔遮住。這樣O2難于進入孔內,又會產生濃差腐蝕。同時孔內的H濃度增加,使小孔內的腐蝕不斷加深,甚至穿孔。點腐蝕是一種局部腐蝕現象,常常被表面的塵土或銹堆隱蔽,不易發現,因而危害性更大。