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腐蚀,悄无声息的破坏者

腐蚀,悄无声息的破坏者

2021-09-23
技术文章
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在我们的生活中,有一位静悄悄的破坏者,它悄无声息却又无处不在,它无法避免且危害巨大,它被称为材料的癌症、无焰的火灾、隐蔽的杀手——它就是"腐蚀"。锈迹斑驳的电箱、风化开裂的护栏,龟裂老化的橡胶等等,这些都是腐蚀的身影。今天,就让我们来走近腐蚀,了解腐蚀。

首先,什么是腐蚀?从广义上说,腐蚀是指材料由于环境的作用而引起的破坏和变质,这里的材料是对所有材料而言。而从狭义上说,腐蚀是指金属材料与周围的环境(介质)发生有害的化学变化、电化学变化或者物理变化而失去其固有性能的过程。最常见的如钢铁生锈,铝制品发白,铜制品的铜绿等等。

1. 腐蚀的分类

由于腐蚀过程涉及的影响因素众多,从不同的角度出发,有着多种分类方法。常见的如从腐蚀环境出发有干腐蚀、湿腐蚀等,从腐蚀机理出发有化学腐蚀、物理腐蚀等,从腐蚀形态出发,有全面腐蚀和局部腐蚀。还有从材料种类和工业行业等分类。本篇,我们就从易于理解的腐蚀形态上去了解它。

腐蚀,从形态和破坏特点可以分为全面腐蚀(也称均匀腐蚀)和局部腐蚀两大类。全面腐蚀是指材料的表面各个地方腐蚀程度差别较小,没有特别严重的部位,也没有特别轻微的部分。如材料及产品在大气、海水和稀有还原性介质一般都属于全面腐蚀。全面腐蚀是材料最为基本的腐蚀形式,也是材料耐腐蚀性能的最基础要求。而局部腐蚀是指腐蚀集中发生在某一个区域,而其他部分则几乎未被腐蚀。局部腐蚀的形式主要有:点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀等等。

点腐蚀:是一种集中在金属材料表面数十微米范围内且向深度方向发展的腐蚀形式,简称为点蚀。它是一种典型的局部腐蚀,在石油化工设备中可能造成管道穿孔、泄露及爆炸等事故。

缝隙腐蚀:是指在材料连接的部位容易形成缝隙,且在缝隙处造成腐蚀介质的滞留,导致自缝隙处产生的腐蚀沟缝。与点蚀不同,缝隙腐蚀可以发生在所有金属和合金材料上,且任何介质(酸碱盐)均可发生缝隙腐蚀。

晶间腐蚀:是金属材料在特定的腐蚀介质中,沿着材料的晶界发生的一种局部腐蚀。腐蚀是在金属表面无任何变化的情况下,材料内部晶界元素产生偏析,使晶粒间结合力降低,强度丧失,设备突发破坏的现象。

应力腐蚀:是指材料在应力和腐蚀介质的共同作用下,在没有明显征兆的情况下突然脆断,导致材料或者零件失效的现象。腐蚀的介质通常有氯化物、氢氧化物、硝酸盐等。不同的材料对应不同的敏感介质和应力条件。

其他腐蚀还有选择腐蚀等,选择性腐蚀是多元合金材料中的活泼组分优先溶解,如黄铜脱锌、钢镍合金脱镍、钢铝脱铝等等。

2. 腐蚀的影响因素

腐蚀的影响因素可以分为内因和外因两种,内因是指材料本身的影响,如材料本身的稳定性,材料内部的有害元素,材料的内应力,材料表面的粗糙度等等,这些都会影响材料的腐蚀倾向、腐蚀敏感性以及腐蚀的速率。而外因则主要为环境介质的影响,如材料存在的介质,PH值,环境的温湿度、压力以及辐射等等。

3. 腐蚀的危害

腐蚀问题遍及国民经济的各个领域,从日常生活到工业生产,从科学技术研究到国防工业发展,都存在着腐蚀的问题。每年,材料的腐蚀所带来的经济损失,可以占到国民生产总值的2-5%,大于所有自然灾害损失的总和。另外,它耗竭了宝贵的自然资源和能源,每年因腐蚀而报废的金属设备及材料以万吨计,且有近1/3无法回收。此外,腐蚀还会引起灾难性事故,造成极为严重的损失,如美国日本都曾因为输气管道应力腐蚀导致爆炸起火,造成几十人的死亡。还有,金属腐蚀产生的重金属离子严重污染土壤、植物和水,从而进入食物链,对人民安全、健康和生活造成重大影响。如汞,镉的中毒。

4. 腐蚀的控制和防护

由于腐蚀种类众多且危害巨大,因此必须对腐蚀进行有效的控制,对材料及产品进行防护,将腐蚀的危害和损失降到最低。腐蚀的控制主要从内因和外因两个方面出发,也就是材料本身和环境介质上进行控制与防护。

例如:

1. 调整材料的内部成分,微观结构,提高材料本身的耐蚀性;
2. 改变使用的环境,将影响腐蚀的环境条件控制到最优;
3. 采用化学的、物理的方法改变材料或工件表面的化学成分或组织结构以提高部件的耐腐蚀性,如采用涂镀层和表面改性等;
4. 采用电化学保护等。

实践表明,充分运用现有的腐蚀理论和防腐技术,通过科普、科研与技术应用结合,实施严格的管理,能够有效的降低腐蚀的损失、降低资源消耗和降低污染。例如,针对均匀腐蚀,如果知道了腐蚀的速率和使用年限,就可以在设计时便将腐蚀考虑在内,使用防护措施以保证材料的使用安全。

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