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金属腐蚀的具体分类有哪些?造成金属腐蚀的因

编辑: admin 编辑: admin 来源:admin 发布日期:2019-11-21 15:57
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金属是现代社会中使用非常广泛的一种材料之一,大到火箭的组成、结构、构造,小到一颗小小的螺丝钉,从而在社会发展,以及关乎一些列接触金属的企业的都密切相关。它的涉及面

金属是现代社会中使用非常广泛的一种材料之一,大到火箭的组成、结构、构造,小到一颗小小的螺丝钉,从而在社会发展,以及关乎一些列接触金属的企业的都密切相关。它的涉及面也横跨了各个领域,农业到科学研究都会应用到金属材料,可以说金属基本上实时可见的物质了,然而即使他们的“坚硬程度非同凡响,也不可避免的会被损坏,最常见的有断裂,磨损,腐蚀,而腐蚀是其中最潜移默化的危害!无论,在生活中,还是在工业生产过程中,相信大家都会因为金属被腐蚀而苦恼的经历。接下来贤集网小编来为大家讲解金属腐蚀的具体分类及造成金属腐蚀的因素。一起来看看吧!

?金属腐蚀的具体分类有哪些?造成金属腐蚀的因素是什么?

金属腐蚀的具体分类

一、全面腐蚀

1、概述:全面腐蚀也叫均匀腐蚀,是一种常见的腐蚀。顾名思义,全面腐蚀是指腐蚀反应在不同程度上分布在整个或大部分金属表面上。它可以是均匀的,也可以是不均匀的。

2、分布特点:相对于局部腐蚀来说,它的分布较为均匀,危害较小。

3、举例:钢铁构件在大气、海水及稀的还原性介质中的腐蚀一般属于全面腐蚀。

4、缓解或防止全面腐蚀的主要方法:在金属表面均匀覆盖腐蚀产物膜,比如高温氧化和易钝化金属(如不锈钢、钛、铝等)在氧化环境中形成的钝化膜。

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二、局部腐蚀

局部腐蚀又叫非均匀腐蚀,在工业中很常见。据百度百科上的数据显示,工业中全面腐蚀<10%,局部腐蚀(化工)>80%。

1、概述:局部腐蚀的腐蚀反应集中在个别位置,急剧发生,材料快速被腐蚀破坏。

2、原理:由于电化学的不一致性(如异种金属、表面缺陷、浓度差异、应力集中、环境不均匀等),形成局部电池。局部电池阴阳极区分明显,阴极/阳极面积比很大,共轭反应分别在不同区域发生。

3、影响:局部腐蚀破坏速度快、隐蔽性强、难以预计、控制难度大、危害性大,容易造成突发性灾难事故。

比如零几年引起党中央、国务院领导高度重视的重庆“4·15”氯气储罐连续爆炸泄漏事故,起因就是该厂液氯生产过程中氯冷凝器腐蚀穿孔。

4、分类:局部腐蚀又可根据其破坏形态分为电偶腐蚀、小孔腐蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、选择性腐蚀、应力腐蚀破裂、磨损腐蚀、疲劳腐蚀和氢损伤等主要类型。

(1)电偶腐蚀

①概述:电偶腐蚀也叫双金属腐蚀或者金属接触腐蚀,是异种金属接触部位(主要是阳极金属)的局部腐蚀。

②原理:由于腐蚀电位不同,当一种不太活泼的金属(阴极)和一种比较活泼的金属(阳极)彼此接触或者通过其他导体连同,处于同一介质(比如电解质溶液)中,因构成宏电池而引发电流,引起局部腐蚀。

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③防止电偶腐蚀的主要方法:

a、选择在工作环境下电极电位尽量接近(最好不超过50毫伏)的金属作为相接触的电偶对;

b、尽量避免形成大阴极、小阳极的不利面积比,减小较正电极电位金属的面积,使电极电位较负的金属表面积增大;

c、当腐蚀电位相差悬殊的不同金属必须组装在一起时,应使不同金属之间绝缘,并使介质电阻增大,如附加绝缘垫片;

d、充分利用防护层,或设法外加保护电位。选择防护方法时应考虑面积律的影响,以及腐蚀产物的影响等。

(2)小孔腐蚀

①概述:小孔腐蚀也叫点蚀、坑蚀或孔蚀,发生在金属表面极为局部的区域内,一般表现为纵深发展的坑洞,其余地区不腐蚀或腐蚀轻微。

②举例:具有自钝化性能的金属或合金容易发生点蚀。但碳钢在表面有氧化皮或锈层有孔隙的情况下也容易发生点蚀。当金属处在含氯离子介质中,发生点蚀的概率也会增加。

③特征:孔径小(一般直径只有几微米),通常沿重力方向生长,洞口有腐蚀产物遮盖,金属损失量小。

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④原理-以不锈钢为例:

a、不锈钢点蚀多发生在含有氯、溴、碘等的水溶液中,产生出现小孔然后急剧进行腐蚀的现象,严重时会穿透钢板, 一般不能以重量减少多少来评价其腐蚀程度。

b、在真正的点蚀发生前,由于不锈钢表面保护性的氧化层往往存在局部缺陷,当溶液中存在破坏钝化膜的活性离子(主要是卤素离子)与配位体时,容易造成钝化膜的局部破坏,产生直径几个微米、呈亚稳定状态的微型凹陷。

c、此时,微小破口处暴露的金属成为阳极;周围钝化膜成为阴极,阳极电流高度集中使腐蚀迅速向内发展,形成蚀孔。

d、当蚀孔形成后,孔外被腐蚀产物阻塞,内外的对流和扩散受到阻滞,孔内形成独特的闭塞区(亦称闭塞阳极),孔内的氧迅速耗尽,只剩下金属腐蚀的阳极反应,而阴极反应完全移到孔外进行。

⑤防止发生点蚀的措施:

a、提高局部的耐点蚀能力,减少钢中的夹杂物,特别是硫含量;

b、提高钢的基体抗点蚀能力,影响基体耐蚀性的合金元素主要是铬、钼、氮三个元素。

(3)缝隙腐蚀

①概述:缝隙腐蚀是在金属连接件或焊接接头缺陷处可能出现狭窄的缝隙,其缝宽(一般在0.025~0.1mm)足以使电解质溶液进入,使缝内金属与缝外金属构成短路原电池,并且在缝内发生强烈的腐蚀的局部腐蚀。

②举例:

a、金属铆接板、螺栓连接的接合部、螺纹接合部等情况下金属与金属间形成的缝隙;

b、金属同非金属(包括塑料、橡胶、玻璃等)接触所形成的缝隙;

c、以及砂粒、灰尘、脏物及附着生物等沉积在金属表面上所形成的缝隙等等。

d、在一般电解质溶液中,以及几乎所有的腐蚀性介质中都可能引起金属缝隙腐蚀, 其中以含Cl-溶液最容易引起该类腐蚀。

③原理:缝隙内原为缺氧区,处于闭塞状态。随着腐蚀反应的发生,缝内pH值下降,Cl-浓度增大。有时需要经过一段较长的孕育期,当缝内pH值下降到临界值后,才会与小孔腐蚀相似,也产生自催化性加速腐蚀。

④防止缝隙腐蚀的有效方法是消除缝隙。

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(4)晶间腐蚀

①概述:晶间腐蚀是在晶粒或晶体本身未受到明显侵蚀的情况下,沿着金属晶粒间的分界面向内部扩展的腐蚀。

②举例:通常出现于黄铜、硬铝合金和一些不锈钢、镍基合金中。不锈钢焊缝的晶间腐蚀是化学工业的一个重大问题。

③原理:由于晶粒表面和内部间化学成分的差异以及晶界杂质或内应力的存在,在某些条件下晶界比较活泼,若晶界处存有杂质或合金偏析,如铝合金的铁偏析、黄铜的锌偏析、高铬不锈钢的碳化铬偏析等都容易引起晶间腐蚀。

④原理-以奥氏体不锈钢为例,含铬量须大于11%才具有良好的耐蚀性。

当焊接时,焊缝两侧2~3mm处可被加热到400~910℃,在这个温度下,晶界的铬和碳易化合形成Cr3C6, Cr从固溶体中沉淀出来,晶粒内部的Cr扩散到晶界很慢,晶界就成了贫铬区,在某些电解质溶液中就形成“碳化铬晶粒(阴极) --贫铬区(阳极) ”电池,使晶界贫铬区腐蚀。

⑤影响:晶间腐蚀会破坏晶粒间的结合,大大降低金属的机械强度。而且腐蚀发生后金属和合金的表面仍保持一定的金属光泽,看不出被破坏的迹象,但晶粒间结合力显著减弱,力学性能恶化, 不能经受敲击,所以是一种很危险的腐蚀。

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⑥防止发生晶界腐蚀的方法:

a、调整焊缝的化学成份,加入稳定化元素减少形成碳化铬的可能性,如加入钛或铌等。

b、减少焊缝中的含碳量,可以减少和避免形成铬的碳化物,从而降低形成晶界腐蚀的倾向,含碳量在0.04%以下,称为“超低碳”不锈钢,就可以避免铬的碳化物生成。

c、工艺措施,控制在危险温度区的停留时间,防止过热,快焊快冷,使碳来不及析出。如“固液淬火”处理,将已产生贫铬区的钢加热到1100℃左右,使碳化铬溶解;水淬,迅速通过敏化温度区,使合金保持含Cr的均一态。

⑦防止或减缓晶间腐蚀的措施:

a、选用抗晶间腐蚀的合金;

b、选择合适的热处理工艺,如铝合金过时效处理;

c、在确定焊接工艺,铝合金胶接及铣切工艺,回避容易产生晶间腐蚀的温度下处理。

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⑧奥氏体型不锈钢焊接结构预防方法

a、使用低碳牌号00Cr19Ni10(304L)或00Cr17Ni14Mo2(316L),或稳定的牌号0Cr18Ni11Ti(321,多见于欧洲)或0Cr18Ni11Nb(347,多见于美国).使用这些牌号不锈钢可防止焊接时碳化物沉淀出造成有害影响的数量。

b、如果结构件小,能够在炉中进行热处理,则可在1040-1150℃进行热处理以溶解碳化铬,并且在425-815℃区间快速冷却以防止碳的沉淀。

c、焊接铁素体不锈钢在某些介质中也可能出现晶间腐蚀。这是当钢从925℃以上快速冷却时,碳化物或氧化物沉淀,金属晶格应变造成的,焊接后进行消除应力热处理可消除应力并恢复耐腐蚀性能。在1Cr17不锈钢中加入超过8倍碳含量的钛,通常可减少焊接钢结构在一些介质中的晶间腐蚀。然而加入钛在浓硝酸中不是有效的。

(5)选择性腐蚀

①概述:选择性腐蚀是指在金属腐蚀过程中,表面上某些特定部位有选择地溶解的现象。

由于合金组分在电化学性质上的差异或合金组织的不均匀性,金属固溶体的组分之一,优先地由于腐蚀而转入溶液,而金属表面则逐渐地富集了另一组成,称为组分的选择性腐蚀。

②举例:除水溶液腐蚀介质外,在其他介质中以及高温腐蚀的条件下,也会发生选择性腐蚀。原子能反应堆中常用的液态金属介质,会对合金中某些组分有选择地溶解,造成金属材料表面层内这些成分贫化,也属于选择性腐蚀。熔盐体系是引起选择腐蚀的危险介质,合金中比较活泼的组分在熔盐介质中的选择性溶解,常与高温氧化同时发生。

③影响:选择性腐蚀的结果,轻则使合金损失强度,重则造成穿孔,破损,酿成严重事故。例如,黄铜脱锌,铝铜脱铝等属于成分选择性腐蚀;灰口铸铁的“石墨化”属于组织选择性腐蚀。

④益处:

a、如用碱选择性地去掉铝镍合金中的铝,可制备镍催化剂;

b、也可利用高温氧化过程中的选择性腐蚀达到防护效果。

c、由于添加的合金元素与基体材料的高温氧化行为不同,可因添加组分的氧化而出现致密的氧化膜保护基体材料。当添加元素超过一定临界浓度时,这种防护作用将会十分明显。

渗杂效应常是构成高温耐蚀材料的基础。

⑤防止选择腐蚀的基本方法:

a、使材料表面均匀化和调整介质的腐蚀活性;

b、往合金或介质内加入某些组分作为缓蚀剂,例如往黄铜中加入少量砷;

c、防护层和阴极保护等也。

(6)磨损腐蚀

①概述:磨损腐蚀是指腐蚀介质与金属表面间相对运动,金属受到液体中气泡或固体悬浮物的磨耗与腐蚀共同作用而产生的破坏,是机械作用与电化学作用协同的结果,它比单纯作用的破坏性大得多。一般常与机械磨损同时作用使金属表面形成斑沟、槽和波纹的腐蚀破坏。

②分类:按照机械作用性质不同,又可分为磨振腐蚀、冲击腐蚀、空泡腐蚀。

a、摩振腐蚀指加有负荷的两种材料之间相互接触的表面,因摩擦、滑动或振动而造成的腐蚀。主要发生在潮温大气中,如铁轨铆钉下面,马达上松动的螺栓处等。

防护方法是将接触部件紧固,并在接触表面涂润滑油脂,若将表面磷化更为有效。

b、冲击腐蚀指在湍流情况下,被液体中夹带的固体物质对金属结构突出部位的冲击作用所加剧的腐蚀过程。如泵的出口处和管路弯头部位常发生这种现象。

防护方法是选用耐磨损较好的材料,如在海水中70Cu/30N i优于90Cu/10N i;也可以改进设计,改变环境,或用涂层和阴极保护等。

c、空泡腐蚀指腐蚀性液体在高速流动时,由于汽泡的产生和破灭,对所接触的结构材料产生水锤作用其瞬时压力可达数千大气压,能将材料表面上的腐蚀产物保护膜和衬里破除,使之不断暴露新鲜表面)而造成的腐蚀损坏。如螺旋浆叶片、内燃机活塞套等易发生此类腐蚀。

防止空蚀的方法:

☆改进设计,以减小流路中流体动压差;

☆选用耐空蚀的材料或精磨表面,因为光洁表面可减少形成空泡的机会;

☆用弹性保护层(塑料或橡胶)、通气缓冲或阴极保护等。

(7)应力腐蚀

①概述:应力腐蚀破裂是材料、机械零件或构件在静应力(主要是拉应力)和腐蚀的共同作用下产生的失效现象。它常常在耐全面腐蚀的情况下,没有形变先兆地突然断裂。应力腐蚀导致材料的断裂称为应力腐蚀断裂。

②举例:它常出现于锅炉用钢、黄铜、高强度铝合金和不锈钢中,凝汽器管、矿山用钢索、送风机、干燥机、飞机紧急刹车用高压气瓶内壁等所产生的应力腐蚀也很显著。

③分类:应力腐蚀一般认为有阳极溶解和氢致开裂两种。

裂缝形态则一般有沿晶界发展的晶间型 (如黄铜的“季裂”)和贯穿晶粒的穿晶型 (如不锈钢的碱脆)两种。

④条件原理:产生应力腐蚀破裂的条件是敏感的金属材料、特定的介质环境,超过临界值的拉伸应力和一定作用时间。如海水中的奥氏体不锈钢、硫化氢污染海水中的低合金钢、氨污染海水中的铜合金等都常有应力腐蚀现象。

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⑤防止应力腐蚀破裂的措施:

a、合理设计零件和构件,减少应力集中,尽可能减小或消除一切应力;

b、改善腐蚀环境,如在腐蚀介质中添加缓蚀剂,改变介质的腐蚀性;

c、避免使用对应力腐蚀敏感的材料,可以采用抗应力腐蚀开裂的不锈钢系列,如高镍奥氏体钢、高纯奥氏体钢、超纯高铬铁素体钢等;

d、采用金属或非金属保护层或者阴极保护等。

(8)腐蚀疲劳

①概述:腐蚀疲劳指在腐蚀环境内,金属材料构件同时还受到交变循环应力作用,疲劳性能降低,加速裂缝生成,发生过早破损的现象。

②举例:海水中高铬钢的疲劳强度只有正常性能的30-40%。其他振动部件如泵轴和杆,螺旋桨轴,油气井管,吊索等都容易发生腐蚀疲劳。

③条件原理:腐蚀疲劳最易发生在能产生孔蚀的环境中,无疑蚀孔起了应力集中的作用。与应力腐蚀破裂不同的是,腐蚀疲劳对环境没有选择性。氧含量、温度、pH值和溶液成分都影响腐蚀疲劳,阴极极化可以减缓腐蚀疲劳,而阳极极化将促进腐蚀疲劳。

④腐蚀疲劳的防止方法:

a、改进设计或进行热处理消除和减小内应力;

b、表面喷丸处理产生压应力抵消部分张力;

c、使用镀层、缓蚀剂和阴极保护等。

(9)氢损伤

①概述:氢损伤是指由于金属中含有化学或电化学反应(包括腐蚀反应)所产生的原子态氢,或某些成分与氢发生反应,从而使金属材料的力学性能发生改变的现象。

②影响:氢损伤导致金属或金属材料的韧性和塑性降低,易使材料开裂或脆断。

③分类:氢损伤包括氢鼓泡,氢脆和氢腐蚀三种形态。

a、氢鼓泡是由于原子态氢扩散到金属内部,并在金属内部的微孔中形成分子氢。由于氢分子扩散困难,就会在微孔中累积而产生巨大的内压,使金属鼓泡,甚至破裂。

b、氢脆是由于原子氢进入金属内部后,使金属晶格产生高度变形,因而降低了金属的韧性和延性,导致金属脆化。影响钢氢脆的因素是一定浓度的氢、一定的拉伸应力和敏感的显微组织。马氏体组织伴随有较大的相变应力,这种组织对氢脆特别敏感,其次为贝氏体、屈氏体。一般索氏体,铁素体+珠光体,其氢脆敏感性较小。

c、氢腐蚀则是由于氢原子进入金属内部后与金属中的组分或元素反应,例如氢渗入碳钢并与钢中的碳反应生成甲烷,使钢的韧性下降,而钢中碳的脱除,又导致强度的下降。

氢损伤的防护方法是控制金属中的氢含量。

④除了以上这种分类,金属腐蚀还可以按照腐蚀反应的机理来划分:化学腐蚀和电化学腐蚀。

a、化学腐蚀是指金属和非电解质直接发生纯化学作用而引起的金属损耗,如金属的高温氧化和有机物腐蚀。

b、电化学腐蚀是指金属和电解质发生电化学反应而引起的金属损耗。例如海水、土壤和潮湿空气中的腐蚀情况等。

 

金属腐蚀是怎么引起的?

一、金属杂质引起的腐蚀

每种金属在一定的介质中都有一定的电位,称之为该金属的腐蚀电位(自然电位)。如果钢铁的表面存在杂屑,与周围的金属相比,杂屑电位较高,为阴极,周围的金属电位较低,为阳极,阳极失去电子而发生腐蚀。这种情况下通常会发生点蚀。

二、异种金属腐蚀

如果不同的金属位于同一电解质并且电气相连,较活泼的金属电位低,发生腐蚀,电位较高的金属为阴极,得到保护。比如钢制水管道上的铜阀门,钢管被腐蚀而铜阀门得到保护。管道的不锈钢管箍用低碳钢螺栓固定,则螺栓先腐蚀。

三、氧浓差电池腐蚀

在通气条件差(氧含量低)的环境下,钢结构对地电位较低,为阳极,而在氧气供应充分的位置,钢铁的电位较高,为阴极,比如公路穿越处,由于沥青路面阻碍了氧气的供应,公路正下方氧气含量低,管地电位低,为阳极,发生腐蚀,而路两旁的管道通气条件好,管地电位高,为阴极,得到保护。

四、含水量不同引起的腐蚀

处于含水量大的土壤中,含氧量小,金属味阳极,发生腐蚀,当管道经过沼泽进入沙漠时,该现象尤其突出。

五、土壤密实度引起的腐蚀

储罐或管道处于土壤不均匀的环境时,引起腐蚀,土壤密实处为阳极。

六、混凝土界面上的腐蚀

管道进、出站或在穿跨越段,一般要安装混凝土固定墩,防止管道在内应力作用下发生纵向或横向位移。由于混凝土呈碱性,混凝土包裹部分管道电位高,为阴极,而未包裹部分管道电位低,为阳极,发生腐蚀。

七、新旧管道的腐蚀

在旧管道中换掉一段管,新换的管道电位低,发生腐蚀,要比预期寿命短。

八、土壤性质不同引起的腐蚀

管道经过不同性质的土壤时,将形成腐蚀电池,含盐量高的管段电位低,为阳极,发生腐蚀,含盐量低的管段电位高,为阴极,得到保护。

 

上述是贤集网小编与大家分享的金属腐蚀的具体分类及造成金属腐蚀的因素。现在大家对金属腐蚀的常识有所了解了吧?其实金属腐蚀是指金属在酸碱液、酸碱气、溶剂、中间体、醇、脂等接触后,发生腐蚀以至于失去金属有效特性。金属在外界环境影响下常遭受化学和电化学的作用而引起腐蚀,金属遭到破坏,给安全带来隐患。防止金属腐蚀就要防住金属化学腐蚀和电化学腐蚀,金属表面与周围介质发生化学作用而引起的破坏,介质中有能导电的电解质溶液存在,腐蚀过程中有电流产生。这类腐蚀最普遍,包括:大气腐蚀、土壤腐蚀、海水腐蚀、电解质溶液腐蚀和熔融盐腐蚀。

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