什么是電化學腐蝕?
金屬材料與電解質溶液接觸,通過電極反應產生的腐蝕。電化學腐蝕反應是一種氧化還原反應。在反應中,金屬失去電子而被氧化,其反應過程稱為陽極反應過程,反應產物是進入介質中的金屬離子或覆蓋在金屬表面上的金屬氧化物(或金屬難溶鹽);介質中的物質從金屬表面獲得電子而被還原,其反應過程稱為陰極反應過程。在陰極反應過程中,獲得電子而被還原的物質習慣上稱為去極化劑。在均勻腐蝕時,金屬表面上各處進行陽極反應和陰極反應的概率沒有顯著差別,進行兩種反應的表面位置不斷地隨機變動。如果金屬表面有某些區域主要進行陽極反應,其余表面區域主要進行陰極反應,則稱前者為陽極區,后者為陰極區,陽極區和陰極區組成了腐蝕電池。直接造成金屬材料破壞的是陽極反應,故常采用外接電源或用導線將被保護金屬與另一塊電極電位較低的金屬相聯接,以使腐蝕發生在電位較低的金屬上。
吸氧腐蝕 金屬在酸性很弱或中性溶液里,空氣里的氧氣溶解于金屬表面水膜中而發生的電化腐蝕,叫吸氧腐蝕. 例如鋼鐵在接近中性的潮濕的空氣中腐蝕屬于吸氧腐蝕,其電極反應如下:
負極(Fe):Fe - 2e = Fe2+
正極(C):2H2O + O2 + 4e = 4OH-
鋼鐵等金屬的電化腐蝕主要是吸氧腐蝕。
在酸性較強的溶液中發生電化腐蝕時放出氫氣,這種腐蝕叫做析氫腐蝕。在鋼鐵制品中一般都含有碳。在潮濕空氣中,鋼鐵表面會吸附水汽而形成一層薄薄的水膜。水膜中溶有二氧化碳后就變成一種電解質溶液,使水里的H+增多。是就構成無數個以鐵為負極、碳為正極、酸性水膜為電解質溶液的微小原電池。這些原電池里發生的氧化還原反應是
負極(鐵):鐵被氧化Fe-2e=Fe2+;正極(碳):溶液中的H+被還原2H++2e=H2↑
這樣就形成無數的微小原電池。最后氫氣在碳的表面放出,鐵被腐蝕,所以叫析氫腐蝕。
陰極保護是一種用于防止金屬在電介質(海水、淡水及土壤等介質)中腐蝕的電化學保護技術,該技術的基本原理是使金屬構件作為陰極,對其施加一定的直流電流,使其產生陰極極化,當金屬的電位負于某一電位值時,該金屬表面的電化學不均勻性得到消除,腐蝕的陰極溶解過程得到有效抑制,達到保護的目的。下面用極化曲線來說明陰極保護原理。為了說明問題,把陰極,陽極極化曲線簡化成直線,如下圖(1)所示。
在金屬表面上的陽極反應和陰極反應都有自己的平衡點,為了達到完全的陰極保護,必須使整個金屬的電位降低到最活潑點的平衡電位。設金屬表面陽極電位和陰極電位分別為Ea和Ec,金屬腐蝕過程由于極化作用,陽極和陰極的電位都接近于交點S所對應的電位Ecorr(自然腐蝕電位),這時的腐蝕電流為Icorr。
如果進行陰極極化,電位將從向更負的方向移動,陽極反應曲線EcS從S向C 點方向延長,當電位極化到E1時,所需的極化電流為I1,相當于AC線段,其中BC線段這部分是外加的,AB線段這部分電流是陽極反應所提供的電流,此時金屬尚未腐蝕。如果使金屬陰極極化到更負的電位,例如達到Ea,這時由于金屬表面各個區域的電位都等于Ea,腐蝕電流為零,金屬達到了完全保護,此時外加電流Iapp1即為完全保護所需電流。
根據提供陰極極化電流的方式不同,陰極保護又分為犧牲陽極陰極保護法和外加電流陰極保護法兩種。
在眾多的工業用途中,不銹鋼都能提供今人滿意的耐蝕性能。根據使用的經驗來看,除機械失效外,不銹鋼的腐蝕主要表現在:不銹鋼的一種嚴重的腐蝕形式是局部腐蝕(亦即應力腐蝕開裂、點腐蝕、晶間腐蝕、腐蝕疲勞以及縫隙腐蝕)。這些局部腐蝕所導致的失效事例幾乎占失效事例的一半以上。事實上,很多失效事故是可以通過合理的選材而予以避免的。
應力腐蝕開裂(SCC):是指承受應力的合金在腐蝕性環境中由于烈紋的擴展而互生失效的一種通用術語。應力腐蝕開裂具有脆性斷口形貌,但它也可能發生于韌性高的材料中。發生應力腐蝕開裂的必要條件是要有拉應力(不論是殘余應力還是外加應力,或者兩者兼而有之)和特定的腐蝕介質存在。型紋的形成和擴展大致與拉應力方向垂直。這個導致應力腐蝕開裂的應力值,要比沒有腐蝕介質存在時材料斷裂所需要的應力值小得多。在微觀上,穿過晶粒的裂紋稱為穿晶裂紋,而沿晶界擴圖的裂紋稱為沿晶裂紋,當應力腐蝕開裂擴展至其一深度時(此處,承受載荷的材料斷面上的應力達到它在空氣中的斷裂應力),則材料就按正常的裂紋(在韌性材料中,通常是通過顯微缺陷的聚合)而斷開。因此,由于應力腐蝕開裂而失效的零件的斷面,將包含有應力腐蝕開裂的特征區域以及與已微缺陷的聚合相聯系的“韌窩”區域。
點腐蝕:是一種導致腐蝕的局部腐蝕形式。
晶間腐蝕:晶粒間界是結晶學取向不同的晶粒間紊亂錯合的界城,因而,它們是鋼中各種溶質元素偏析或金屬化合物(如碳化物和δ相)沉淀析出的有利區城。因此,在某些腐蝕介質中,晶粒間界可能先行被腐蝕乃是不足為奇的。這種類型的腐蝕被稱為晶間腐蝕,大多數的金屬和合金在特定的腐蝕介質中都可能呈現晶間腐蝕。
縫隙腐蝕:是局部腐蝕的一種形式,它可能發全于溶液停滯的縫隙之中或屏蔽的表面內。這樣的縫隙可以在金屬與金屬或金屬與非金屬的接合處形成,例如,在與鉚釘、螺栓、墊片、閥座、松動的表面沉積物以及海生物相接燭之處形成。