當(dāng)金屬與周圍介質(zhì)接觸時,化學(xué)和電化學(xué)作用造成的損傷稱為金屬腐蝕。從熱力學(xué)的角度來看,除少數(shù)貴金屬(如Au和PT)外,所有金屬都有轉(zhuǎn)變成離子的傾向,即金屬腐蝕是一種自發(fā)的、普遍的現(xiàn)象。金屬被腐蝕后,會發(fā)生形狀、顏色和機(jī)械性能的變化,造成設(shè)備損壞、管道泄漏、產(chǎn)品污染、燃燒或爆炸等惡性事故,以及嚴(yán)重浪費(fèi)資源和能源,給國民經(jīng)濟(jì)造成巨大損失。據(jù)估計(jì),世界發(fā)達(dá)國家每年因金屬腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失約占其國民生產(chǎn)總值的3.5% ~ 4.2%,超過了每年重大災(zāi)害(火災(zāi)、風(fēng)、地震等)的總損失。有人甚至估計(jì),世界上每年大約有1億噸金屬被腐蝕、報(bào)廢和丟失!因此,研究腐蝕機(jī)理,采取防護(hù)措施對經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有重要意義。
金屬的化學(xué)腐蝕反應(yīng)可分為兩個步驟。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配合才能完成整個反應(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非常緩慢而相對均勻地在表面上失去金屬原子的過程。在某些條件下,如果在一個區(qū)域形成陽極或陰極區(qū)域,可能會出現(xiàn)局部腐蝕不均勻,并形成可見的腐蝕坑。
鋼鐵不會很快被腐蝕,因?yàn)樗谋砻嬖谒袝纬梢粚友趸Wo(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形成很薄的保護(hù)層,有時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。
金屬腐蝕按其位置可分為整體金屬腐蝕和局部金屬腐蝕。金屬腐蝕還可以根據(jù)腐蝕環(huán)境進(jìn)行分類,即可分為化學(xué)介質(zhì)腐蝕、大氣介質(zhì)腐蝕、海水介質(zhì)腐蝕和土壤腐蝕。根據(jù)腐蝕過程的特點(diǎn),還可以分為三類:化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕和物理腐蝕。雖然上述腐蝕分類方法不夠嚴(yán)格,但這些分類方法可以幫助我們從腐蝕介質(zhì)或腐蝕過程的特點(diǎn)來了解腐蝕規(guī)律。
在腐蝕過程中伴隨著電流的腐蝕稱為電化學(xué)腐蝕。
金屬總會或多或少地含有一些雜質(zhì)。不同的金屬有不同的電勢,同一金屬中的不同組分也有不同的電勢。當(dāng)金屬與導(dǎo)電溶液接觸時,會產(chǎn)生電位差,導(dǎo)致溶液中出現(xiàn)電子流,從而先腐蝕電位低的金屬。
腐蝕不僅取決于金屬本身的化學(xué)性質(zhì),還取決于周圍的介質(zhì)和金屬的微觀結(jié)構(gòu)。例如,潮濕環(huán)境比干燥環(huán)境更容易生銹,雜質(zhì)多的金屬比雜質(zhì)少的金屬更容易生銹,高溫條件比低溫條件更容易生銹,含有更多有害雜質(zhì)的臟環(huán)境比空氣流通和清潔的環(huán)境更容易生銹,表面光潔度低的金屬零件比表面光潔度高的金屬零件更容易生銹等。