【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 降低金屬材料的強(qiáng)度、塑性、韌性等力學(xué)性能，破壞金屬構(gòu)件的幾何形狀，增加零件間的磨損，惡化電學(xué)和光學(xué)等物理性能，縮短設(shè)備的使用壽命，甚至造成火災(zāi)、爆炸等災(zāi)難性事故。美國(guó) 1975 年因金屬腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失為 700 億美元，占當(dāng)年國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值的 %.據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年由于金屬腐蝕造成的鋼鐵損失約占當(dāng)年鋼產(chǎn)量的 10~20%.金屬腐蝕事故引起的停產(chǎn)、停電等間接損失就更無(wú)法計(jì)算。金屬的腐蝕現(xiàn)象非常普遍。如鐵制品生銹（Fe2O3xH2O），鋁制品表面出現(xiàn)白斑（Al2O3），銅制品表面產(chǎn)生銅綠[Cu2(OH)2CO3]，銀器表面變黑（Ag2S,Ag2O）等都屬于金屬腐蝕，其中用量最大的金屬——鐵制品的腐蝕最為常見(jiàn)。金屬腐蝕的本質(zhì)：金屬在腐蝕過(guò)程中所發(fā)生的化學(xué)變化，從根本上來(lái)說(shuō). . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手就是金屬單質(zhì)被氧化形成化合物。金屬腐蝕的途徑：金屬腐蝕過(guò)程一般通過(guò)兩種途徑進(jìn)行：化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕?；瘜W(xué)腐蝕：金屬表面與周圍介質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕。電化學(xué)腐蝕：金屬材料（合金或不純的金屬）與電解質(zhì)溶液接觸 , 通過(guò)電極反應(yīng)產(chǎn)生的腐蝕。綜上所述，防止金屬材料腐蝕的措施：1．金屬的電化學(xué)保護(hù)法（1）陰極保護(hù)法；（2）陽(yáng)極保護(hù)法。2．介質(zhì)處理（1）去除介質(zhì)中的有害成分；（2）調(diào)節(jié)介質(zhì) pH 值；（3）降低氣體中的濕度。3．緩蝕劑保護(hù)法（1）陽(yáng)極型緩蝕劑；（2）陰極性緩蝕劑；（3）混合型緩蝕劑。表面覆蓋法（二）腐蝕的現(xiàn)象及意義金屬腐蝕的現(xiàn)象十分復(fù)雜,根據(jù)金屬腐蝕的機(jī)理不同,通?？煞譃榛瘜W(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩大類?！驹斠?jiàn)（三）化學(xué)腐蝕及保護(hù)膜和（四）電化學(xué)腐蝕及其防護(hù)】（三）化學(xué)腐蝕及保護(hù)膜化學(xué)腐蝕：金屬表面與周圍介質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕。金屬的化學(xué)腐蝕是金屬在干燥氣體（如氧、氯、硫化氫等）和非電解質(zhì)溶液中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果。化學(xué)反應(yīng)作用引起腐蝕，在腐蝕過(guò)程中不產(chǎn)生電流。金屬的化學(xué)腐蝕只在特定的情況下發(fā)生，不具普遍性。例如：金屬的氧化 M+O→MO。金屬材料與干燥氣體或非電解質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的破壞稱化學(xué). . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手腐蝕。鋼鐵材料在高溫氣體環(huán)境中發(fā)生的腐蝕,通常屬化學(xué)腐蝕,在生產(chǎn)實(shí)際中常遇到以下類型的化學(xué)腐蝕。 鋼鐵材料在空氣中加熱時(shí),鐵與空氣中的 O2發(fā)生化學(xué)反應(yīng),在 570℃以下反應(yīng)如下: 3Fe + 2O2 = Fe304 生成的 fe304 是一層藍(lán)黑色或棕褐色的致密薄膜,阻止了 O2與 Fe 的繼續(xù)反應(yīng), 570℃t22_k 生成以 FeO 為主要成分的氧化皮渣,反應(yīng)如下:2Fe + O2 = 2FeO 生成的 FeO 是一種既疏松又極易龜裂的物質(zhì),在高溫下 O2可以繼續(xù)與Fe 反應(yīng),而使腐蝕向深層發(fā)展。不僅空氣中的氧氣會(huì)造成鋼鐵的高溫氧化,高溫環(huán)境中的 CO2,水蒸氣也會(huì)造成鋼鐵的高溫氧化,反應(yīng)如下: Fe + CO2 = FeO + CO。Fe + H2O = FeO + H2 溫度對(duì)鋼鐵高溫氧化影響極大,溫度升高,腐蝕速率顯著增加,因此,鋼鐵材料在高溫氧化性介質(zhì)(O2,CO2,H20 等)中加熱時(shí),會(huì)造成嚴(yán)重的氧化腐蝕。 溫氧化性介質(zhì)中加熱時(shí),表面的 C 或 Fe3C 極易與介質(zhì)中 O2,CO2,水蒸氣,H2 等發(fā)生反應(yīng): Fe3C(c) + 1/2O2 = 3Fe + CO。 Fe3C(c) + C02 = 3Fe + 2CO。 Fe3C(c) + H20 = 3Fe + CO + H2。 Fe3C(c) + 2H2 = 3Fe + CH4 圖 1 鋼的脫碳上述反應(yīng)使鋼鐵工件表面含碳量降底,這種現(xiàn)象稱為鋼的脫碳，如（圖 1）。鋼鐵工件表面脫碳后硬度和強(qiáng)度顯著下降,直接影響零件的使用壽命,情況嚴(yán)重時(shí),零件報(bào)廢,給生產(chǎn)造成很大的損失。. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手 氫脆（圖2）通常表現(xiàn)為應(yīng)力作用下的延遲斷裂現(xiàn)象。含氫化合物在鋼材表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng),例如: 酸洗反應(yīng): FeO + 2HCl = FeCl2 + H20 Fe + 2HCl = FeCl2 + 2H 硫化氫反應(yīng): Fe + H2S = FeS + 2H 高溫水蒸氣氧化: Fe + H20 = FeO + 2H 圖 2 氫脆 這些反應(yīng)中產(chǎn)生的氫,初期以原子態(tài)存在,原子氫體積小,極易沿晶界向鋼材的內(nèi)部擴(kuò)散,使鋼的晶格變形,產(chǎn)生強(qiáng)大的應(yīng)力,降低了韌性,引起鋼材的氫脆.合成氨,合成甲醇,石油加氫等含氫化合物參與的工藝中,鋼鐵設(shè)備都存在著氫脆的危害,特別對(duì)高強(qiáng)度鋼鐵構(gòu)件的危害更應(yīng)引起注意。 鋼鐵材料在高溫下與含硫介質(zhì)(硫,硫化氫等)作用,生成硫化物而損壞的過(guò)程稱高溫硫化,反應(yīng)如下: Fe + S = FeS 。 Fe + H2S = FeS + H2 圖 3 鋼 1Cr5Mo 高溫氫硫化氫腐蝕 高溫硫化反應(yīng)一般在鋼鐵材料表面的晶界發(fā)生,逐步沿晶界向內(nèi)部擴(kuò)展,高溫硫化后的構(gòu)件,機(jī)械強(qiáng)度顯著下降,煉油及高溫化工生產(chǎn)中,常會(huì)發(fā)生高溫硫化腐蝕,應(yīng)該引起注意。腐蝕性氣體沿鑄鐵的晶界,石墨夾雜物和細(xì)微裂縫滲入到鑄鐵內(nèi)部并發(fā)生化學(xué)作用,由于所生成的化合物體積較大,因此,不僅引起鑄鐵構(gòu)件機(jī)械強(qiáng)度大大降低,而且構(gòu)件的尺寸也顯著增大,這種破壞過(guò)程稱為鑄鐵的腫脹。. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手（四）電化學(xué)腐蝕及其防護(hù)電化學(xué)腐蝕：金屬材料（合金或不純的金屬）與電解質(zhì)溶液接觸 , 通過(guò)電極反應(yīng)產(chǎn)生的腐蝕。金屬表面由于外界介質(zhì)的化學(xué)或電化學(xué)作用而造成的變質(zhì)及損壞的現(xiàn)象或過(guò)程稱為腐蝕。介質(zhì)中被還原物質(zhì)的粒子在與金屬表面碰撞時(shí)取得金屬原子的價(jià)電子而被還原，與失去價(jià)電子的被氧化的金屬“就地”形成腐蝕產(chǎn)物覆蓋在金屬表面上，這樣一種腐蝕過(guò)程稱為化學(xué)腐蝕。在金屬腐蝕學(xué)中，習(xí)慣地把介質(zhì)中接受金屬材料中的電子而被還原的物質(zhì)叫做去極化劑，經(jīng)這種途徑進(jìn)行的腐蝕過(guò)程，稱為電化學(xué)腐蝕。 腐蝕學(xué)里，通常規(guī)定電位較低的電極為陽(yáng)極，電位較高的電極為陰極。陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極發(fā)生還原反應(yīng)。當(dāng)電解質(zhì)溶液中有氧氣存在時(shí)，在陰極上發(fā)生氧去極化反應(yīng)而導(dǎo)致陽(yáng)極金屬不斷溶解的現(xiàn)象叫氧去極化腐蝕。在海洋環(huán)境下，鋼鐵腐蝕的主要反應(yīng)為氧去極化腐蝕：Fe 處于離子狀態(tài)的陽(yáng)極反應(yīng)，在未達(dá)到相當(dāng)大的深度時(shí),海水充氣良好,海水被氧所飽和,非常有利于氧去極化的陰極反應(yīng)進(jìn)行,還原大量的 OH ,并使海水堿性提高, Fe2 + 繼續(xù)腐蝕并形成腐蝕產(chǎn)物。海水中含有大量 Cl 離子,其對(duì) Fe 的腐蝕危害極大。（1） 析氫腐蝕（腐蝕過(guò)程放出氫）以氫離子還原反應(yīng)為過(guò)程的金屬電化學(xué)腐蝕叫做析氫腐蝕。析氫腐蝕有以下三種控制類型：　　①陰極極化控制　　其特點(diǎn)是腐蝕電位與陽(yáng)極反應(yīng)平衡電位靠近，在陰極區(qū)析氫反應(yīng)交換電流密度的大小將對(duì)腐蝕速度 產(chǎn)生很大影響。. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手　?、陉?yáng)極極化控制　　只有當(dāng)金屬在酸溶液中能部分鈍化，造成陽(yáng)極反應(yīng)阻力大大增加，才能形成這種控制類型，有利于 陽(yáng)極鈍化的因素使腐蝕速度減小?！　、?混合控制　　其特點(diǎn)是：陰陽(yáng)極極化程度差不多，腐蝕電位離陽(yáng)極反應(yīng)和陰極反應(yīng)平衡電位都足夠遠(yuǎn)，減小陰極 極化或減小陽(yáng)極極化都會(huì)使腐蝕電流密度增大。 （2）吸氧腐蝕（腐蝕過(guò)程吸收氧）以氧的還原反應(yīng)為陰極過(guò)程的腐蝕叫做吸氧腐蝕?？蓪⒀跞O化腐蝕分為三種情：　 ①如果腐蝕金屬在溶液中的電位較高，腐蝕過(guò)程中氧的傳遞速度又很大，則金屬腐蝕速度主要由 氧在電極上的放電速度決定?！　、谌绻g金屬在溶液中的電位非常低，不論氧的傳輸速度大小，陰極過(guò)程將由氧去極化和氫離 子去極化兩個(gè)反應(yīng)共同組成?！　、廴绻g金屬在溶液中的電位較低，處于活性溶解狀態(tài)，而氧的傳輸速度又有限，則金屬腐蝕 速度由氧的極限擴(kuò)散電流密度決定。（1）金屬的可逆電極電勢(shì)。 （2）氫、氧在金屬表面的超電勢(shì)；（3）金屬的極化性能；（4）電解質(zhì)溶液的組成 （1）犧牲陽(yáng)極保護(hù)法具體方法為：將還原性較強(qiáng)的金屬作為保護(hù)極，與被保護(hù)金屬相連構(gòu)成原電池，還原性較強(qiáng)的金屬將作為負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)而消耗，被保護(hù)的金屬作為正極就可以避免腐蝕。因這種方法犧牲了陽(yáng)極保護(hù)了陰極，因而叫做犧牲陽(yáng)極保護(hù)法。例如：鋼閘門的保護(hù)，有的就應(yīng)用這種方法。它是用一種更為活潑的金屬，如鋅等，連接在鋼閘門上。這樣，當(dāng)發(fā)生電化學(xué)腐蝕時(shí)，被. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手腐蝕的就是那種比鐵更活潑的金屬，而鐵被保護(hù)了。通常在輪船的尾部和在船殼的水線以下部分，裝上一定數(shù)量的鋅塊，來(lái)防止船殼等的腐蝕，就是應(yīng)用的這種方法。 目前，電化學(xué)保護(hù)法的應(yīng)用除海水或河道中鋼鐵設(shè)備的保護(hù)外，還應(yīng)用于防止電纜、石油管道、地下設(shè)備和化工設(shè)備等的腐蝕。（2）陰極電保護(hù)法 把要保護(hù)的鋼鐵設(shè)備作為陰極，另外用不溶性電極作為輔助陽(yáng)極，兩者都放在電解質(zhì)溶液里，接上外加直流電源．通電后，大量電子被強(qiáng)制流向被保護(hù)的鋼鐵設(shè)備，使鋼鐵表面產(chǎn)生負(fù)電荷（電子）的積累，只要外加足夠強(qiáng)的電壓，金屬腐蝕而產(chǎn)生的原電池電流就不能被輸送，因而防止了鋼鐵的腐蝕。此法主要用于防止土壤、海水及河水中金屬設(shè)備的腐蝕?；S中盛裝酸性溶液的容器或管道，也常用此法。（3）陽(yáng)極鈍化保護(hù)法 它是指用陽(yáng)極極化的方法使金屬鈍化，并用微弱電流維持鈍化狀態(tài)，從而保護(hù)金屬。此法是基于對(duì)金屬鈍化現(xiàn)象的研究提出的。金屬陽(yáng)極溶解時(shí)，在一般情況下，電極電勢(shì)愈正，陽(yáng)極溶解速度愈大。但在有些情況下，當(dāng)正向極化超過(guò)一定數(shù)值后，由于表面某種吸附層或新的成相層的形成，金屬的溶解速度非但不增加，反而急劇下降。例如鐵浸在硝酸溶液中，隨著硝酸濃度的升高，鐵的溶解速度加快。但當(dāng)硝酸濃度超過(guò)某一臨界值后，鐵的溶解速度反而顯著降低。這種在強(qiáng)化條件下金屬正常溶解反而受到阻抑的現(xiàn)象叫做金屬的鈍化。如圖所示就是典型的恒電勢(shì)陽(yáng)極極化曲線。曲線分為四個(gè)區(qū)域 AB 段為活性溶解區(qū)，金屬進(jìn)行正常的陽(yáng)極溶解。當(dāng)電勢(shì)達(dá)到 時(shí)，金屬發(fā)生了鈍化過(guò)程。金屬的溶解速度劇烈降低，故 為臨界鈍化電勢(shì)。BC 段是過(guò)渡鈍化區(qū)，金屬表面由活化狀態(tài)過(guò)渡到鈍化狀態(tài)。CD 段是穩(wěn)定鈍化區(qū)，這一段電勢(shì)區(qū)通常達(dá) 1~2V，有的金屬甚至可達(dá)幾十伏，在此電勢(shì)范圍內(nèi)金屬的鈍化達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，金屬的溶解速度達(dá)到最低值，在整個(gè) CD 段溶解速度幾乎. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手保持不變。DE 段是過(guò)鈍化區(qū)，當(dāng) 進(jìn)入 DE 段，這時(shí)金屬溶解速度又得新加?快，造成這一現(xiàn)象有兩種可能的原因，一是金屬的高價(jià)態(tài)溶解，另一種可能是發(fā)生了其他的陽(yáng)極反應(yīng)，例如氧的析出。根據(jù)以上分析可知，如果把浸在介質(zhì)中的金屬構(gòu)件和另一輔助電極組成電池，用恒電位儀把金屬構(gòu)件的電勢(shì)控制在 CD 段內(nèi)，則可以把金屬在介質(zhì)中的腐蝕降低到最小限度。具體實(shí)施時(shí)，可把準(zhǔn)備保護(hù)的金屬器件作陽(yáng)極，以石墨為陰極，通入大小一定的電流密度。并使陽(yáng)極電位維持在鈍化區(qū)間，這樣金屬器件就得到了保護(hù)。在鈍化態(tài)，金屬的溶解速度一般是106~108Acm2，比活化態(tài)小 103~106 倍，因而可以認(rèn)為金屬得到了保護(hù)。（五）腐蝕損壞的形式及特點(diǎn)點(diǎn)蝕又稱坑蝕和小孔腐蝕。點(diǎn)蝕有大有小，一般情況下，點(diǎn)蝕的深度要比其直徑大的多。點(diǎn)蝕經(jīng)常發(fā)生在表面有鈍化膜或保護(hù)膜的金屬上。由于金屬材料中存在缺陷、雜質(zhì)和溶質(zhì)等的不均一性，當(dāng)介質(zhì)中含有某些活性陰離子（如 Cl－）時(shí)，這些活性陰離子首先被吸附在金屬表面某些點(diǎn)上，從而使金屬表面鈍化