縫隙腐蝕與防護(hù)

1、縫隙腐蝕與防護(hù) 摘要：縫隙腐蝕常發(fā)生在腐蝕介質(zhì)中的金屬表面上，是在縫隙和其他隱蔽的區(qū)域內(nèi)發(fā)生的一種局部腐蝕?？籽?、墊片接觸面、搭接縫內(nèi)、沉積物下、緊固件縫隙內(nèi)是常發(fā)生縫隙腐蝕的地方。凡是依靠氧化膜或鈍化層抗腐蝕的金屬特別易發(fā)生這種腐蝕。在許多介質(zhì)中，特別是含氧的介質(zhì)中會發(fā)生縫隙腐蝕。縫隙腐蝕也是一種電化學(xué)腐蝕。這是由于金屬溶解入介質(zhì)中后便放出電子，如果有氧，特別是有氯離子，將與電子在水溶液中形成OH或H+Cl，使金屬不斷腐蝕。即使縫隙中的氧消耗完，但由于氯離子有快速遷移能力，得以使金屬在縫隙中的氯化物濃度增加，即縫隙中加快了腐蝕。 關(guān)鍵詞：縫隙腐蝕；原理；特征；影響因素；防

2、護(hù)1 縫隙腐蝕 1.1 縫隙腐蝕的定義 縫隙腐蝕常發(fā)生在腐蝕介質(zhì)中的金屬表面上，是在縫隙和其他隱蔽的區(qū)域內(nèi)發(fā)生的一種局部腐蝕?？籽?、墊片接觸面、搭接縫內(nèi)、沉積物下、緊固件縫隙內(nèi)是常發(fā)生縫隙腐蝕的地方。凡是依靠氧化膜或鈍化層抗腐蝕的金屬特別易發(fā)生這種腐蝕。在許多介質(zhì)中，特別是含氧的介質(zhì)中會發(fā)生縫隙腐蝕。縫隙腐蝕也是一種電化學(xué)腐蝕。這是由于金屬溶解入介質(zhì)中后便放出電子，如果有氧，特別是有氯離子，將與電子在水溶液中形成OH或H+Cl，使金屬不斷腐蝕。即使縫隙中的氧消耗完，但由于氯離子有快速遷移能力，得以使金屬在縫隙中的氯化物濃度增加，即縫隙中加快了腐蝕。 造成縫隙腐蝕的

3、狹縫或間隙的寬度必須足以使腐蝕介質(zhì)進(jìn)入并滯留其中，所以縫隙腐蝕通常發(fā)生在25100m的縫隙中。而在那些寬的溝槽或?qū)挼目p隙中，因腐蝕介質(zhì)暢流而一般不發(fā)生縫隙腐蝕損傷。 金屬部件在介質(zhì)中因金屬與金屬間形成非常小的縫隙，使縫隙內(nèi)介質(zhì)處于直流狀態(tài)，形成氧濃差電池而引起的局部腐蝕稱為縫隙腐蝕。包括墊圈，纏繞和金屬重疊處的襯墊腐蝕；腐蝕產(chǎn)物或污泥的沉積或海生物附著而引起的沉積腐蝕；普通鋼涂膜下見到的纖維狀腐蝕；金屬在電解質(zhì)溶液溶液中因?yàn)檠醯臄U(kuò)散在水面上形成三相界面上的強(qiáng)烈的水線腐蝕。幾乎所有金屬和合金都會縫隙腐蝕，但各種金屬對縫隙腐蝕的敏感性不同，但以充氣的含活性陰離子的中性介質(zhì)最容易引起縫隙腐

4、蝕：自鈍化金屬的敏感性較高，非自鈍化金屬（如碳鋼）的敏感性較低，自鈍化能力愈強(qiáng)愈敏感。奧氏體不銹鋼是一種能耐多種苛刻介質(zhì)腐蝕的優(yōu)良合金，但是也會發(fā)生縫隙腐蝕。 1.2 縫隙腐蝕的原理 大多數(shù)研究者較能接受的是氧濃差電池與閉塞電池的自催化效應(yīng)機(jī)理。 如碳鋼在中性海水中發(fā)生的縫隙腐蝕的過程，腐蝕剛開始時，氧去極化腐濁在縫隙內(nèi)、外均勻地進(jìn)行。隨著腐蝕的進(jìn)行，因滯流關(guān)系，氧只能以擴(kuò)散方式向縫內(nèi)傳遞，使縫內(nèi)氧供應(yīng)不足，氧化還原反應(yīng)很快便終止。而縫外的氧隨時可以得到補(bǔ)充，氧化還原反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行?？p內(nèi)、外構(gòu)成了宏觀上的氧濃差電池，縫內(nèi)為陽極，縫外為陰極，其反應(yīng)如下： 縫

5、內(nèi)：2Fe 2Fe2+ + 4e縫外：O2 + 2H2O + 4e 4OH由于電池具有大陰極 小陽極的特征，縫隙腐蝕速度較大。陰、陽極分離，二次腐蝕產(chǎn)物在縫口形成，逐步形成為閉塞電池。閉塞電池的形成標(biāo)志著腐蝕進(jìn)入了發(fā)展階段，此時縫內(nèi)金屬陽離子便難以遷出縫外，使縫內(nèi)Fe2+、Fe3+產(chǎn)生積累和正電荷過剩，促進(jìn)了縫外Cl向縫內(nèi)遷移。金屬氯化物的水解使縫內(nèi)介質(zhì)酸化，加速了陽極的溶解。陽極的加速溶解又引起更多的Cl遷入，氯化物的濃度又增加，氯化物的水解又使介質(zhì)的酸性增強(qiáng)。這樣，便形成一個自催化過程，使縫內(nèi)金屬的溶解速度加速進(jìn)行下去。 綜上所述，氧濃差電池的形成，對腐蝕的開始起促進(jìn)作用。但蝕坑

6、的加深和擴(kuò)展是從閉塞電池開始的。酸化自催化是造成腐蝕加速進(jìn)行的根本原因。換言之，只有氧濃差而沒有自催化，不至于構(gòu)成嚴(yán)重的縫隙腐蝕。 縫隙腐蝕的特征 （1）無論是同種或異種金屬的接觸還是金屬同非金屬的接觸，只要存在滿足縫隙腐蝕的狹縫和腐蝕介質(zhì)，都會發(fā)生縫隙腐蝕，其中以依賴鈍化而耐蝕的金屬更容易發(fā)生；（2）幾乎所有的腐蝕介質(zhì)（包括淡水）都能引起金屬的縫隙腐蝕，而含有氯離子的溶液通常是縫隙腐蝕最為敏感的介質(zhì)；（3）與點(diǎn)蝕相比，對同一種金屬或合金而言，縫隙腐蝕更易發(fā)生。通常，縫隙腐蝕的電位比點(diǎn)蝕電位更低；（4）遭受縫隙腐蝕的金屬表面既可以表現(xiàn)為全面腐蝕，也可表現(xiàn)為點(diǎn)蝕形態(tài)，耐蝕性好

7、的通常表現(xiàn)為點(diǎn)蝕形態(tài)，耐蝕性差的表現(xiàn)為全面腐蝕。（5）縫隙腐蝕存在孕育期，其長短因材料、縫隙結(jié)構(gòu)和環(huán)境因素的不同而不同，縫隙腐蝕的縫口常常為腐蝕產(chǎn)物所覆蓋，由此增強(qiáng)縫隙的閉塞電池效應(yīng)。 1.3 縫隙腐蝕的影響因素1.3.1 金屬的性質(zhì) 金屬對縫隙腐蝕的敏感性視其自鈍化能力的高低而定，自鈍化能力強(qiáng)，敏感性高；自鈍化能力弱，敏感性就低。例如Cr、Ni、Mo、N、Cu、Si等能有效提高不銹鋼的耐腐蝕性能，均涉及對鈍化膜的穩(wěn)定性和再鈍化能力所起的作用。1.3.2 環(huán)境因素的影響不銹鋼的縫隙腐蝕大多發(fā)生在充氣的中性氯化物介質(zhì)，如海水中，通常介質(zhì)中氯離子的濃度越高，發(fā)生縫隙腐蝕的可能性

8、越大。當(dāng)氯離子濃度超過0.1%時便發(fā)生縫隙腐蝕的可能。除了氯離子外，溴離子和碘離子也能引起縫隙腐蝕。此外，介質(zhì)溶解氧濃度大于0.5 × 106時也會引起縫隙腐蝕。溫度越高，發(fā)生縫隙腐蝕的危險性越大。具體有如下規(guī)律：a、溶液中溶解的氧濃度：氧濃度增加，縫外陰極還原反應(yīng)更易進(jìn)行，縫隙腐蝕加劇。b、溶液中氯離子濃度：氯離子濃度增加，點(diǎn)位負(fù)移，縫隙腐蝕加速。c、溫度：溫度變化對縫隙腐蝕的影響是比較復(fù)雜的，因?yàn)闇囟葞Ω飨嚓P(guān)因素產(chǎn)生不同的甚至是相反的影響。一方面，溫度升高使傳輸過程及反應(yīng)動力學(xué)加速，從而增大陽極反應(yīng)速度；另一方面，在敞開系統(tǒng)的溶液中，溶解氧濃度隨溫度升高而下降，并視陽極和陰極兩

9、種反應(yīng)的綜合結(jié)果而定，大約在80，不銹鋼的縫隙腐蝕達(dá)到極大。高于此溫度，由于溶液的溶氧下降，縫隙腐蝕速度下降。在含有氯離子的溶氧中，各種不銹鋼存在一個臨界縫隙腐蝕速度。 d、pH：只要縫外金屬能夠保持鈍態(tài)，pH降低，縫隙腐蝕量增加。 e、腐蝕介質(zhì)的流速：流速有正、反兩個方面的作用。增加腐蝕溶液的流速，使輸送到縫隙外部的金屬表面上的氧量增加，縫隙腐蝕量也增加。304鋼O形圈密封腐蝕試驗(yàn)表明：0.15m/s流速的海水比靜止海水更易導(dǎo)致縫隙腐蝕。但是，若縫隙是由于海生物或沉積物造成，或是在設(shè)備運(yùn)行過程中產(chǎn)生的殘?jiān)蛏傻氖杷赡?，流速慢反而容易堆積，流速快則不容易附著。從這個意義上

10、來講，增加流速也有可能減少產(chǎn)生縫隙腐蝕的機(jī)會。1.3.3 縫隙幾何形狀的影響間隙的寬度和深度以及內(nèi)外面積比，它們決定了氧進(jìn)入縫隙的難易程度，電解質(zhì)組成的化、電位的分布及宏觀電池的有效性。由圖3可看出，當(dāng)縫隙寬度變窄時，總腐蝕率隨之增高，腐蝕深度隨之度化。損傷最大的是縫隙寬度為100120m，50天的侵入深度約達(dá)90m；當(dāng)間隙250m或更寬些時，在0.5N - NaCl溶液中并不產(chǎn)生縫隙腐蝕。 2 縫隙腐蝕的防護(hù)縫隙腐蝕主要是由于縫隙的存在導(dǎo)致介質(zhì)的電化學(xué)不均勻性引起，所以對于縫隙腐蝕的防護(hù)，主要可以參考以下幾點(diǎn)： 2.1 合理設(shè)計(jì)，避免縫隙。例如：焊接優(yōu)于鉚接；對焊優(yōu)于搭焊

11、；焊接必須保證質(zhì)量，避免焊孔；螺釘接合結(jié)構(gòu)，可以采用低硫橡皮墊圈、致密的填料、接合面可以用涂層防護(hù)。此外，設(shè)計(jì)時應(yīng)避免積水區(qū)；維護(hù)時，應(yīng)勤于清理，去除污垢等。 2.2 設(shè)計(jì)無法避免縫隙時，可采用陰極保護(hù)。例如在海水中，采用犧牲鋅極或鎂極。但采取這種方法時，要注意氫脆問題。 2.3 由于緩蝕劑較難進(jìn)入縫隙，所以可以在接合面上涂上加有緩蝕劑的油漆，例如，對于鋼材，使用加有PbCrO4的油漆，對于鋁，使用加有ZnCrO4的油漆；對于金屬片，可采用浸有氣相緩蝕劑的包裝紙隔開。 2.4 改用合適材料，對于某些重要部件，可以改用抗縫隙腐蝕能力較強(qiáng)的材料，比如高鉻高鉬的不銹鋼等

12、。 2.5 如果不能采用無縫的方案，則應(yīng)使結(jié)構(gòu)能妥善排流方便在出現(xiàn)沉積物時能及時清除，也可以用固體填料將縫隙填實(shí)。例如在海水中使用的不銹鋼設(shè)備，可采用鉛錫合金作填料，除填實(shí)縫隙外，還可以起犧牲陽極的作用。 2.6 墊圈不宜采用石棉、紙等吸濕材料，用聚四氟乙烯較為理想。 2.7 采用電化學(xué)保護(hù)法。如采用陰極保護(hù)法，應(yīng)將電勢控制在低于擊穿電勢和高于保護(hù)電勢的區(qū)間內(nèi)。 參考文獻(xiàn)（1） 張秋霞主編 材料腐蝕與防護(hù) 2000年版 冶金工業(yè)出版社。 （2）張?jiān)铺m 劉建華 非金屬工程材料 北京機(jī)械工業(yè)出版社1998 。（3）黃永昌 金屬腐

13、蝕與防護(hù) 上海交通大學(xué)出版社1999 （4）朱相榮 王相潤等 金屬材料的海洋腐蝕與防護(hù) 北京石油工業(yè)出版社 2001 。（5）章葆澄等 防腐蝕設(shè)計(jì)與工程北京航空航天大學(xué) 2003 （6）英霍爾C.著，王佩云，曾佳華譯聚合物材料 北京輕工業(yè)出版社 1985 。（7）李剛 劉敬服 材料腐蝕與控制工程 北京大學(xué)出版社，2010 。（8）王日義海水冷卻系統(tǒng)的腐蝕及其控制，化工工業(yè)出版社，2006 。（9）水工鋼閘門的腐蝕與防護(hù)措施 作者 李鋒 費(fèi)小霞 李華，期刊 治淮HARNESSING THE HUAIHE RIVER 2007年第01期。（10）水工鋼閘門腐蝕檢測探討 作者 楊軍，期刊-核心期刊 中國科技縱橫CHINA SCIENCE &am