金屬的腐蝕,由金屬單質(zhì)變成化合物,都稱為金屬腐蝕。
有兩類情況,一類是發(fā)生一般的化學(xué)反應(yīng),比如鐵和氯氣在點(diǎn)燃條件下生成氯化鐵,發(fā)生的是化學(xué)腐蝕。一類是金屬和氧化劑發(fā)生電化學(xué)腐蝕,
比如,生鐵在潮濕的空氣中生銹,其原理如下:生鐵屬于鐵合金,鐵和碳和水(自來水或生活用水)形成原電池,鐵做負(fù)極,碳做正極,生活用水是電解質(zhì)溶液,負(fù)極反應(yīng)式是:鐵失去兩個(gè)電子,結(jié)合氫氧根得到氫氧化亞鐵。正極反應(yīng)式是:氧氣得到電子結(jié)合水生成氫氧根。氫氧化亞鐵不穩(wěn)定,易被氧氣氧化為氫氧化鐵,氫氧化鐵不穩(wěn)定,分解為若干水合的氧化鐵,形成鐵銹。所以說“金屬腐蝕包括化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕”。
金屬腐蝕:金屬材料在周圍介質(zhì)的作用下受到破壞,稱為金屬腐蝕。
金屬在腐蝕過程中的化學(xué)變化基本上是金屬元素氧化形成化合物。
這種腐蝕過程一般以兩種方式進(jìn)行:化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。
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。
電化學(xué)腐蝕:金屬材料(合金或不純金屬)在與電解液接觸時(shí)通過電極反應(yīng)而產(chǎn)生的腐蝕。這種損失有時(shí)是無法估量的。例如,一架載有數(shù)百人的飛機(jī)被腐蝕,在空中發(fā)生飛機(jī)事故,或者橋梁的鋼結(jié)構(gòu)被腐蝕,導(dǎo)致橋梁斷裂。所以要認(rèn)真對(duì)待
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。
1、金屬雜質(zhì)引起腐蝕
每種金屬在一定的介質(zhì)中都有一定的電位,稱為金屬的腐蝕電位(自然電位)。如果鋼的表面有雜質(zhì),與周圍的金屬相比,雜質(zhì)的電勢較高,這是陰極,而周圍的金屬電勢較低,這是陽極,失去電子而被腐蝕。點(diǎn)蝕通常發(fā)生在這種情況下。
2、不同金屬腐蝕
如果不同的金屬位于相同的電解質(zhì)和電連接,更活躍的金屬有低電位和腐蝕發(fā)生。具有較高電勢的金屬為陰極,受保護(hù)。例如:鋼水管路上的銅閥,鋼管腐蝕,銅閥受到保護(hù)。管道的不銹鋼管箍用低碳鋼螺栓固定,螺栓先腐蝕。
3、氧濃度差蓄電池腐蝕
在通風(fēng)條件差(含氧量低)的環(huán)境中,鋼結(jié)構(gòu)對(duì)地電勢低,為陽極,而在氧氣供應(yīng)充足的位置,鋼結(jié)構(gòu)對(duì)地電勢高,為陰極。例如,在高速公路的穿越,由于瀝青路面阻礙了氧氣的供應(yīng),直接氧含量低于公路低,管道接地電位低,陽極,發(fā)生腐蝕,管道和通風(fēng)條件在路的兩邊是好的,管的地面電位高,這是陰極和保護(hù)。
4、不同含水量引起的腐蝕
在高含水率土壤中,氧含量低,金屬味陽極腐蝕。當(dāng)管道穿過沼澤進(jìn)入沙漠時(shí),這種現(xiàn)象尤為突出。
5、土壤密實(shí)性引起的腐蝕
當(dāng)儲(chǔ)罐或管道處于土壤不均勻的環(huán)境中,就會(huì)引起腐蝕,而土壤稠密的就是陽極。
6、混凝土界面腐蝕
當(dāng)管道進(jìn)出車站或穿過橫斷面時(shí),一般需要安裝混凝土固定墩,以防止管道在內(nèi)應(yīng)力作用下縱向或橫向位移。由于混凝土是堿性的,所以管道的混凝土纏繞部分具有高電位,即陰極,而管道的非纏繞部分具有低電位,即陽極,從而引起腐蝕。
7、新舊管道的腐蝕
當(dāng)在舊管中更換一段管時(shí),新管具有低電位和腐蝕,比預(yù)期使用壽命短。
8、不同土壤性質(zhì)引起的腐蝕
當(dāng)管道通過不同性質(zhì)的土壤時(shí),就會(huì)形成腐蝕電池。高鹽管段電位低,為陽極。腐蝕發(fā)生。管段含鹽量低,電勢高,是保護(hù)陰極。