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金属腐蚀——金属腐蚀的分类

发布日期:2021-12-27

  金属材料在使用过程中,由于周围环境的影响会遭到不同形式的破坏,其中最常见的破坏形式是断裂、磨损和腐蚀。金属腐蚀是指金属与周围环境 (或介质) 之间发生化学或电化学作用而被破坏或变质的现象。红锈属于典型的金属腐蚀现象,因此,了解金属腐蚀的成因对理解红锈的机制尤为关键。

 

    由于金属腐蚀的现象和机制比较复杂,所以金属腐蚀有不同的分类,常用的腐蚀分类是按照腐蚀机制、腐蚀形态和腐蚀自然环境进行分类。

 

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    (1) 按照腐蚀机制分类 金属腐蚀按照腐蚀机制可分为化学腐蚀、电化学腐蚀和物理腐蚀,其中电化学腐蚀最为普遍,对金属的危害最为严重。

 

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    ① 化学腐蚀——是指金属表面与非电解质直接发生化学反应而引起的腐蚀。

 

    在反应过程中没有电流产生,如钢铁在空气中加热时,铁与空气中的氧气发生化学反应生成疏松的铁氧化物;铝在四氯化碳或乙醇中的腐蚀;镁或钛在甲醇中的腐蚀等均属于化学腐蚀。

 

    该类腐蚀的特点是,在一定条件下,非电解质中的氧化剂直接与金属表面原子相互作用而形成腐蚀产物,腐蚀过程电子的传递是在金属和氧化剂之间直接进行的,所以没有电流产生。

 

    金属高温氧化一般认为是化学氧化,但由于高温可使金属表面形成半导体氧化皮,故也有学者将高温氧化纳入电化学机制中。

 

    ② 电化学腐蚀——是指金属在水溶液中,与离子导电的电解质发生电化学反应产生的破坏。

 

    在反应过程中有电流产生,腐蚀金属表面存在阴极和阳极,阳极反应使金属失去电子变成带正电的离子进入介质中,称为阳极氧化过程。阴极反应是介质中的氧化剂吸收来自阳极的电子,称为阴极还原反应,这两个反应是相互独立而又同时进行的,称为一对共轭反应。

 

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    这使得金属表面阴阳极组成了短路电池,腐蚀过程中有电流产生,如金属在大气、海水、土壤、酸碱盐溶液、 自来水、注射用水等介质中的腐蚀均属于这一类。

 

    ③ 物理腐蚀——是指金属和周围的介质发生单纯的物理溶解而产生的破坏。金属在液态金属高温熔盐、熔碱中均可发生物理溶解。

 

    物理腐蚀是由于物质迁移引起的,固体金属在液态介质中溶解而转移到液态中,使得金属破坏,故没有电流产生,是一个纯物理过程。如钢容器被熔融的液态金属锌溶解,使得钢容器壁变薄等。

 

    (2) 按照腐蚀形态分类 根据金属腐蚀破坏形态,可将腐蚀分为均匀腐蚀和局部腐蚀两大类。

 

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    ① 均匀腐蚀——是指发生在金属表面的全部或大部分腐蚀,也称全面腐蚀。

 

    腐蚀的结果是材料的质量减少,厚度变薄。均匀腐蚀危害性较小,因为只要知道材料腐蚀速率,就可计算出材料的使用寿命,如钢在盐酸中迅速溶解,某些不锈钢在还原性强酸和有机酸中的溶解等,多数情况下,金属表面会形成保护性的腐蚀产物膜,使腐蚀变慢。

 

    ② 局部腐蚀——是指只发生在金属表面狭小区域的破坏。

 

    其危害性比均匀腐蚀严重得多,占设备机械腐蚀破坏的65%以上,由于大多数局部腐蚀难以发现,对设备及系统产生突发性和灾难性的影响,可诱发火灾、爆炸等事故,其主要类型如下:

 

    a. 电偶腐蚀。 当两种电极电位不同的金属或合金相互接触,并在一定介质发生电化学反应,使电位较负的金属发生加速破坏的现象。

 

    b. 点蚀。 在金属表面上极个别区域产生小而深的点蚀现象,一般情况下蚀孔的深度要比其直径大得多,严重时可将设备穿透。

 

    c. 缝隙腐蚀。 是指在电解质中,金属与金属或金属与非金属表面之间构成狭窄的缝隙,缝隙内离子移动受阻滞,形成浓差电池,从而产生局部破坏的现象。 d. 晶间腐蚀。 金属在特定腐蚀介质中,沿着材料晶界出现的腐蚀,使晶粒之间丧失结合力的一种局部腐蚀现象。

 

    e. 应力腐蚀。 金属在特定电解质中,在拉应力 (包括外加载荷、热应力、冷加工、焊接等引起的残余应力) 作用下,局部所出现的低于强度极限的开裂现象。

 

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    (3) 按照腐蚀环境分类 按照腐蚀环境可分为大气腐蚀、土壤腐蚀、海水腐蚀、 生物腐蚀、 高温气体中腐蚀、辐照腐蚀、酸碱盐中腐蚀、溶盐腐蚀及非水溶液中的腐蚀等。