,&,根據(jù)金屬材料的腐蝕失效模式,腐蝕可分為均勻腐蝕和局部腐蝕。在實(shí)際的腐蝕系統(tǒng)中,大多數(shù)金屬的腐蝕是局部腐蝕。由于局部腐蝕發(fā)生在金屬表面的小范圍內(nèi),大多數(shù)金屬表面的腐蝕量都很小,但工程結(jié)構(gòu)、零部件的使用壽命主要取決于局部腐蝕損傷的發(fā)展。
,局部腐蝕是指腐蝕主要發(fā)生在金屬材料表面的一個(gè)小區(qū)域內(nèi),而其他大多數(shù)表面的腐蝕非常輕微甚至沒有腐蝕。
,局部腐蝕是由于金屬本身(結(jié)構(gòu)、組織、化學(xué)成分、表面狀態(tài))和腐蝕介質(zhì)的電化學(xué)性質(zhì)不均勻,即不同部位具有不同的電極電位,從而導(dǎo)致電位差,成為局部腐蝕的驅(qū)動(dòng)力。腐蝕往往優(yōu)先發(fā)生在電極電位低的部位。在局部腐蝕過程中,腐蝕電池的陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū)一般是完全分離的,可以通過目視或微觀檢查加以區(qū)分。一般來說,陽(yáng)極的面積要比陰極的面積小得多,即形成了所謂的小陽(yáng)極大陰極的構(gòu)型。對(duì)于這種配置,由于陰極面積比較大,陰極退極化作用很大,小陽(yáng)極區(qū)域的腐蝕非常嚴(yán)重,腐蝕集中在金屬表面的局部陽(yáng)極區(qū)域。
,當(dāng)發(fā)生局部腐蝕時(shí),由于金屬表面細(xì)化程度不同,不能用平均腐蝕速率來估計(jì)局部腐蝕程度。一般情況下,局部腐蝕引起的金屬損失相對(duì)較小,但結(jié)構(gòu)在發(fā)生局部腐蝕時(shí)不易被發(fā)現(xiàn),危害非常大,往往會(huì)引起災(zāi)難性事故。
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。氧化過程釋放自由電子,而脫電子過程是除去自由電子的過程。
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。氧化過程必須與脫電子過程同時(shí)配合才能完成整個(gè)反應(yīng)。
因此,只有通過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。
金屬腐蝕是一種自發(fā)的逆向冶金過程。在腐蝕環(huán)境中,鋼有向低能穩(wěn)定狀態(tài)(氧化鐵和鐵銹)轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)。據(jù)統(tǒng)計(jì),金屬的腐蝕和銹蝕每年約占世界年產(chǎn)量的20% ~ 40%,造成的經(jīng)濟(jì)損失約1000億美元。我國(guó)每年因腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失超過2000億元。如果包括設(shè)備維修和更換造成的間接損失,每年腐蝕損失總額可達(dá)5000多億元,約占GDP的5%,超過火災(zāi)、風(fēng)和地震造成的損失總額。雖然金屬腐蝕是一個(gè)自發(fā)的、不可避免的過程,但它是可以控制的。如果采取有效的防護(hù)措施,可以減緩金屬的銹蝕過程,延長(zhǎng)鋼構(gòu)件的使用壽命。因此,了解金屬腐蝕與防護(hù)具有重要的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)意義。
金屬材料是現(xiàn)代社會(huì)廣泛使用的工程材料,對(duì)人類文明和發(fā)展起著非常重要的作用。金屬材料不僅用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究,在日常生活中也隨處可見。然而,金屬材料容易與周圍介質(zhì)發(fā)生反應(yīng),導(dǎo)致金屬腐蝕。金屬一旦腐蝕,其性能將大大降低。如果設(shè)備上的金屬部件被腐蝕,設(shè)備將無法工作,給人員帶來經(jīng)濟(jì)等損失。因此,防止金屬腐蝕是非常重要的。
防止金屬腐蝕的方法有很多,包括以下幾種:
首先,在制造金屬零件的過程中,加入不易與周圍介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的耐腐蝕材料。例如鉻、鎳、鈦在空氣中不易氧化,能產(chǎn)生致密的印刷PU膜,抗酸、堿、鹽的腐蝕。加入鐵或銅可以使金屬制品具有優(yōu)良的耐腐蝕性能。可用于金屬粉末冶金。通過加入不同性能的金屬粉末,靈活混合各種金屬元素,可以得到耐腐蝕性能優(yōu)異的金屬零件。鐵碳合金等金屬材料也可進(jìn)行防腐處理。
第二,采用涂布法防止腐蝕。涂布工藝包括三大類:涂布與噴涂、涂布與化學(xué)轉(zhuǎn)化膜。在金屬表面形成保護(hù)層,將金屬與腐蝕介質(zhì)的接觸分開,以減少腐蝕。