金属常见的腐蚀形态

    腐蚀形态可分为两大类，即全面腐蚀和局部腐蚀。局部腐蚀可分为点腐蚀、缝隙腐蚀、电偶腐蚀、晶间腐蚀、选择性腐蚀、磨损腐蚀、应力腐蚀和腐蚀疲劳八类。细分还有石墨腐蚀、剥蚀和氢损伤等。美国对腐蚀事故调查结果表明，全面腐蚀占22%，局部腐蚀占78%，局部腐蚀中腐蚀疲劳、应力腐蚀占比例最高。

    中国腐蚀与防护网编辑整理一些主要腐蚀机理及防护措施：

    全面腐蚀与局部腐蚀

    全面腐蚀也称均匀腐蚀，是一种常见的腐蚀形态，其特点是化学或电化学反应在全部暴露的表面或大部分表面上均匀地进行，金属逐渐变薄，最终失效。

    全面腐蚀造成金属大量损失，但这种腐蚀危险性较小。可采取以下防护措施：

    ①工程设计时考虑合理的腐蚀裕度

    ②合理选材

    ③涂覆保护层

    ④添加缓蚀剂

    ⑤阴极保护

    局部腐蚀是设备腐蚀破坏的一种主要形式，是金属表面某些部分的腐蚀速率或腐蚀深度远大于其余部分的腐蚀速率或深度，因而导致局部区域的损坏。其特点是腐蚀仅局限或集中于金属的某一特别部位，阳极和阴极一般截然分开，而次生腐蚀产物又可在第三点形成。

    产生局部腐蚀的必要和充分条件是：在腐蚀体系中，存在着或出现了某种因素使得金属表面的不同部分遵循不同的阳极溶解规律，即具有不同的阳极极化曲线。不仅如此，随着腐蚀的进行，这种阳极溶解速度的差异不但不会减弱甚至还会加强。这种局部腐蚀的条件由腐蚀过程本身所引起的现象称为局部腐蚀的自催化现象。

    全面腐蚀与局部腐蚀基本特征比较

    1、应力腐蚀破裂

    材料在静应力和腐蚀介质共同作用下发生的脆性开裂现象称为应力腐蚀开裂，简称应力腐蚀，英文缩写SCC。结构和零件的受力状态是多种多样的，如拉伸应力、交变应力、冲击力、振动力等。不同应力状态与介质协同作用所造成的环境敏感断裂形式各不相同。 应力腐蚀应是电化学腐蚀和应力机械破坏相互促进裂纹的生成和扩展的过程。敏感的合金、特定介质和一定的静应力是发生应力腐蚀的三个必要条件。对于一定的材料，其应力腐蚀只发生在特定的介质中。这种材料与敏感介质的组合关系，称为应力腐蚀体系。

    控制方法：

    正确选材：  避免构成应力腐蚀体系，减轻应力腐蚀的敏感性。合理设计、改进制造工艺 ：尽量减小应力集中效应。改善环境介质：消除或减少介质中促进应力腐蚀的有害物质，加入适当的缓蚀剂。电化学保护：外加电流极化，使金属的电位远离应力腐蚀敏感区。

    2、腐蚀疲劳

    化工设备中许多金属材料构件都工作在腐蚀的环境中，同时还承受着交变载荷的作用。与惰性环境中承受交变载荷的情况相比，交变载荷与侵蚀性环境的联合作用往往会显著降低构件疲劳性能，这种疲劳损伤现象称为腐蚀疲劳。

    腐蚀疲劳的控制与防护

    （1）、合理选材与优化材料

    采用耐腐蚀疲劳的材料。由于钢的强度愈高，通常其腐蚀疲劳敏感性愈大， 因此选择强度低的钢种一般更为安全。例如含二氧化硫的溶液中Cr26Ni15铁素体–奥氏体双相不锈钢较奥氏体不锈钢耐蚀。

    （2）、降低张应力水平或改善表面应力状态

    设计上注意结构合理化，减少应力集中，避免缝隙结构，适当加大截面尺寸。

    （3）、缓腐蚀作用

    常用的措施有施加表面、添加缓蚀剂和实施电化学保护技术。

    3、电偶腐蚀

    电偶腐蚀是指两种或两种以上具有不同电位的金属接触时形成的腐蚀，又称不同金属的接触腐蚀。耐蚀性较差的金属（电位较低）接触后成为阳极，腐蚀加速；耐蚀性较高的金属（电位较高）则变成阴极受到保护，腐蚀减轻或甚至停止。

    特征：腐蚀主要发生在两种不同金属或金属与非金属导体的相互接触的边线附近，而在远离边缘的区域，腐蚀程度轻。

    条件：①同时存在两种不同电位的金属或非金属导体②有电解质溶液 存在③两种金属通过导线连接或直接接触。

    控制措施：

    ①选材设计时，尽量避免异种材料或合金相互接触，尽量选用电偶序的材料

    ②选用容易更换的阳极部件，或加厚以延寿

    ③避免大阴极、小阳极面积比的组合

    ④异种材料连接处或接触面采用绝缘措施

    ⑤涂层保护

    ⑥添加缓蚀剂

    4、缝隙腐蚀

    在腐蚀介质中的金属构件，由于金属与金属或金属与非金属之间存在特别小的缝隙，造成缝内介质处于滞流状态而导致发生的一种局部腐蚀形态称为缝隙腐蚀。最敏感的缝隙宽度为0.025～0.1mm范围。

    特征：①可发生在所有金属与合金上，特别是靠钝化而耐蚀的金属及合金②介质可以是任何侵蚀性溶液，酸性或中性，充气的中性氯化物介质中最易发生③对同一金属而言，缝隙腐蚀比点蚀更易发生。缝隙腐蚀的临界电位比点蚀电位低。

    产生条件：①金属结构的连接，铆接、焊接、螺纹连接等②金属与非金属的连接③金属表面的沉积物

    缝隙腐蚀机理是氧的浓差电池与闭塞电池自催化效应共同作用的结果。

    控制措施：

    ①合理设计和施工，避免缝隙和死角的存在。

    ②正确选材

    ③电化学保护

    ④缓蚀剂的应用

    5、孔蚀

    又称点蚀，是一种腐蚀集中于金属表面的很小范围内，并深入到金属内部的腐蚀形态。

    形貌：有窄深型、宽浅型，有蚀坑小而深型。有些分散，有些密集。蚀坑口多数有腐蚀产物覆盖，少数呈开放式。

    特征：①多发生于表面生成钝化膜的金属材料上，或表面有阴极性镀层的金属上。②含特殊离子的介质③ 在点蚀电位以上，电流密度突然增大，点蚀发生。

    控制措施：

    ①选择耐蚀合金②改善介质条件③电化学保护④缓蚀剂的应用

    6、晶间腐蚀

    晶间腐蚀是一种由微电池作用而引起的局部破坏现象，是金属材料在特定的腐蚀介质中沿着材料的晶界产生的腐蚀。

    特征：在表面还看不出破坏时，晶粒之间已丧失了结合力、失去金属声音，严重时只要轻轻一敲打就可破 脆，甚至形成粉状。

    条件：①金属或合金中含有杂质或第二相等沿晶界析出②晶界与晶内化学成分的差异，在特定的环境介质中形成腐蚀电池，晶界为阳极，晶粒为阴极，晶界产生选择性溶解。

    控制措施：

    ①降低含碳量②加入固定碳的合金元素③适当热处理④采用双相钢。

    7、选择性腐蚀

    选择性腐蚀是在合金的某些特点部位有选择地发生的腐蚀。或者说，腐蚀是从一种固溶体合金表面除去其中某些元素或某一相，其中电位低的金属或相发生优先溶解而被破坏。

    控制措施：使材料表面均匀化和调整介质的腐蚀活性是防止选择腐蚀的基本方法。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，也能防止选择性腐蚀。此外，防护层和阴极保护等也是常用的防护方法。

    8、氢损伤

    氢损伤是指金属中由于含有氢或金属中的某些成分与氢反应，从而使金属材料的力学性能发生改变的现象。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。氢脆钢中氢所引起的脆性，又称氢致开裂或氢损伤。钢中的氢会导致钢的力学性能下降，如钢中白点、氢腐蚀、环境氢与应力交互作用形成的应力腐蚀等。钢中氢的来源有：（1）在冶炼、酸洗、焊接或电镀等工艺过程中钢所吸收的氢。（2）使用过程中由环境中吸收的氢。含氢介质有H2、H2s等气体，或在水溶液中腐蚀时阴极过程所释放的氢。

    氢损伤的控制措施：（1）、选用耐氢脆性合金 （2）、减小内氢措施： ① 改进冶炼技术 ② 焊接时采用低氢气氛 ③ 电镀时需使用低氢脆工艺，提高电镀的电流效率， 减小腐蚀率。 ④ 酸洗时合理选用缓蚀剂、减小腐蚀率。 ⑤ 除氢处理 （3）、控制外氢进入金属 ① 障碍氢的直接渗入：可采取在基体上施以低氢扩散性和 低氢溶解度的镀涂层。如覆盖Cu、Mo、Al、Ag、Au、 W等金属镀层和有机涂层。 ② 阻碍氢的间接进入：采取加入某些合金元素延缓腐蚀反 应，或生成的产物具有抵制氢进入基体的作用。如含Cu 钢在H2S水介质中，生成Cu2S致密产物，能够降低氢诱 发的开裂倾向。 ③ 降低外氢的活性：例如在H2S、H2气氛中，加入抵制剂，可有效地抵制裂纹的扩展。

    9、磨损腐蚀

    腐蚀磨损（Corrosive Wear）是指摩擦副对偶表面在相对滑动过程中，表面材料与周围介质发生化学或电化学反应，并伴随机械作用而引起的材料损失现象，称为腐蚀磨损。腐蚀磨损通常是一种轻微磨损，但在一定条件下也可能转变为严重磨损。

    常见的腐蚀磨损有氧化磨损和特殊介质腐蚀磨损、气蚀浸蚀磨损、微动磨损。

    磨损腐蚀控制的方法主要有以下几类：

    （1）合理选材：提高材料本身的热力学稳定性，采用耐磨损腐蚀材料、易钝化的金属、金属渗镀层；

    （2）改变环境介质的腐蚀性：如从系统腐蚀介质中除去H+、溶解O2等去极化剂；

    （3）采用防腐层；如涂料、塑料、橡胶等有机材料覆盖层或玻璃、陶瓷等无机材料，隔绝金属与腐蚀介质的接触；

    （4）缓蚀剂；

    （5）电化学保护，包括阴极保护和阳极保护；

    （6）工艺控制，包括除砂除杂、调节温度、压力、流速、流动状态、金属结构尺寸、增大腐蚀余量等措施。

    10、微生物腐蚀

    微生物腐蚀是当金属在含有硫酸盐的土壤中腐蚀时，阴极反应的氢将硫酸盐还原为硫化物，硫酸盐还原菌利用反应的能量进行繁殖从而加速金属腐蚀的现象。

    控制微生物腐蚀的主要措施编辑

    由于微生物腐蚀涉及的金属构件种类多，所处的环境及腐蚀的菌类又不尽相同，因此在防护工作中，必须根据具体情况采取一种或几种措施配合使用。归纳起来防止微生物对金属腐蚀的措施主要有以下几种：

    限制营养源

    因为细菌生长需要营养，所以限制金属构件周围的微生物生长的营养物是降低腐蚀危害的一个重要方法。例如尽量控制环境中有机物、铵盐、磷、铁、亚铁、硫及硫酸盐等就会大大降低微生物的增长。

    控制微生物生长的环境条件

    微生物生长繁殖都需要一个适宜的环境条件，所以适当地改变环境条件也是减少微生物金属腐蚀的一个重要措施。例如提高pH值到9以上，温度50℃以上就会强烈抑制菌类生长。再如在湿润粘土地带加强排水，回填砂砾于埋管线周围，以改善通气条件，即可减少硫酸还原菌产生的厌氧腐蚀。

    采用化学杀菌剂和抑菌剂

    主要是将杀菌剂和抑菌剂用于密闭或半密闭的系统中或掺合于涂料和护层中。杀菌剂要求高效、低毒、广谱、价廉、原料来源方便等。采用这种方法应注意把杀菌剂、防腐剂、去垢剂三者结合起来使用。

    物理、生物控制方法

    物理法主要是采用紫外线、超声波等物理手段来杀灭腐蚀微生物的方法；生物法主要是采用生物防治和遗传工程改变危害菌的附着力来达到控制目的的方法。例如日本研制开发的利用能吞食海水中腐蚀微生物的噬菌体清除金属管件表面的有害微生物，以达防止微生物腐蚀的方法，效果就较好，而且该法利用的是病毒，它们能有选择地杀死附着微生物，而不会象其它方法那样影响其他生物。

    另外在金属材料外加防护层等，也可控制微生物对金属的腐蚀。
 

责任编辑：王元

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