腐蝕基礎(chǔ)知識(shí)介紹

金屬腐蝕和控制原理1普光分公司天然氣凈化廠二〇一〇年三月目錄2金屬腐蝕的定義金屬腐蝕的分類金屬腐蝕過(guò)程及特點(diǎn)金屬的腐蝕形態(tài)腐蝕控制途徑3一、金屬腐蝕的定義金屬腐蝕是指金屬在周圍介質(zhì)（最常見(jiàn)的是液體和氣體）作用下，由于化學(xué)變化、電化學(xué)變化或物理溶解而產(chǎn)生的破壞。金屬要發(fā)生腐蝕必須有外部介質(zhì)的作用，且這種作用是發(fā)生在金屬與介質(zhì)的相界上。因此，金屬腐蝕是包括材料和環(huán)境介質(zhì)兩者在內(nèi)的一個(gè)具有反應(yīng)作用的體系。4一、金屬腐蝕的定義從熱力學(xué)觀點(diǎn)看，絕大多數(shù)金屬在自然界中是以化合物狀態(tài)（穩(wěn)定狀態(tài)）存在，需耗費(fèi)大力的能量從礦物中提煉純金屬，即冶金過(guò)程。因此，大多數(shù)金屬都具有自發(fā)地與周圍介質(zhì)發(fā)生作用又轉(zhuǎn)化為氧化物狀態(tài)（化合物）的傾向，即恢復(fù)到自然存在狀態(tài)，這個(gè)過(guò)程也就是腐蝕過(guò)程，是一種自發(fā)傾向。

金屬

礦物（化合物）腐蝕過(guò)程冶金過(guò)程5二、金屬腐蝕的分類按照腐蝕機(jī)理分：電化學(xué)腐蝕：金屬表面與離子到點(diǎn)的電解質(zhì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的破壞。特點(diǎn)是反應(yīng)至少包含兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立且在金屬表面不同區(qū)域可同時(shí)進(jìn)行的過(guò)程。其中陽(yáng)極反應(yīng)是金屬離子從金屬轉(zhuǎn)移到介質(zhì)中和放出電子的過(guò)程，即氧化過(guò)程；相對(duì)應(yīng)的陰極反應(yīng)便是介質(zhì)中的氧化劑組分吸收來(lái)自陽(yáng)極的電子的還原過(guò)程。腐蝕過(guò)程伴有電流產(chǎn)生。如金屬在各種電解質(zhì)溶液中發(fā)生的腐蝕。6二、金屬腐蝕的分類按照腐蝕機(jī)理分：化學(xué)腐蝕：金屬表面與周圍介質(zhì)直接發(fā)生純化學(xué)作用而引起的破壞。特點(diǎn)是氧化劑與金屬表面的原子相互作用而形成腐蝕產(chǎn)物，電子的傳遞是金屬與氧化劑之間直接進(jìn)行的，沒(méi)有電流產(chǎn)生，如金屬在高溫時(shí)氧化引起的腐蝕。物理腐蝕：金屬由于單純的物理作用所引起的破壞。許多金屬在高溫熔鹽、熔堿及液態(tài)金屬中可以發(fā)生此類腐蝕，如盛放熔融鋅的鋼容器，鐵被液態(tài)鋅所溶解而腐蝕。7二、金屬腐蝕的分類按照腐蝕破壞的形貌特征分：全面腐蝕：指腐蝕分布在整個(gè)金屬表面上，可以是均勻的，也可以是不均勻的。這類腐蝕危險(xiǎn)性相對(duì)較小，在設(shè)計(jì)時(shí)增加腐蝕裕量就能夠使設(shè)備達(dá)到應(yīng)用的使用壽命。如碳鋼在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿中的腐蝕。局部腐蝕：指腐蝕主要集中在金屬表面某一區(qū)域。局部腐蝕有很多類型，如電偶腐蝕、點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕、選擇性腐蝕、應(yīng)力腐蝕破裂、腐蝕疲勞以及磨損腐蝕等。腐蝕的發(fā)生沒(méi)有先兆，是造成設(shè)備失效的主要原因。8三、金屬腐蝕過(guò)程及特點(diǎn)金屬腐蝕過(guò)程：在相界面上進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)腐蝕介質(zhì)通過(guò)對(duì)流和擴(kuò)散作業(yè)向界面遷移腐蝕產(chǎn)物從相界遷移到介質(zhì)或在金屬表面形成覆蓋膜9金屬腐蝕特點(diǎn)：腐蝕由表及里。腐蝕造成的破壞一般先從金屬表面開(kāi)始，伴隨著腐蝕過(guò)程的進(jìn)一步發(fā)展，腐蝕破壞擴(kuò)展到金屬材料內(nèi)部，是金屬的組成和性質(zhì)發(fā)生改變。金屬的表面狀態(tài)對(duì)腐蝕的影響顯著。通常在金屬表面具有鈍化膜或防氧化覆蓋層，腐蝕過(guò)程與這一保護(hù)層的化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)狀態(tài)及孔隙率等因素密切相關(guān)。一旦保護(hù)層受到機(jī)械損傷或化學(xué)侵蝕后，金屬的腐蝕將大大加速。三、金屬腐蝕過(guò)程及特點(diǎn)10金屬腐蝕特點(diǎn)：腐蝕由表及里。腐蝕造成的破壞一般先從金屬表面開(kāi)始，伴隨著腐蝕過(guò)程的進(jìn)一步發(fā)展，腐蝕破壞擴(kuò)展到金屬材料內(nèi)部，是金屬的組成和性質(zhì)發(fā)生改變。金屬的表面狀態(tài)對(duì)腐蝕的影響顯著。通常在金屬表面具有鈍化膜或防氧化覆蓋層，腐蝕過(guò)程與這一保護(hù)層的化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)狀態(tài)及孔隙率等因素密切相關(guān)。一旦保護(hù)層受到機(jī)械損傷或化學(xué)侵蝕后，金屬的腐蝕將大大加速。三、金屬腐蝕過(guò)程及特點(diǎn)11四、金屬腐蝕形態(tài)點(diǎn)蝕：由于金屬材料中存在缺陷、雜質(zhì)和溶質(zhì)等的不均一性，當(dāng)介質(zhì)中含有某些活性陰離子（如Cl－）時(shí)，這些活性陰離子首先被吸附在金屬表面某些點(diǎn)上，從而使金屬表面鈍化膜發(fā)生破壞。在金屬表面缺陷處易漏出機(jī)體金屬，使其呈活化狀態(tài)，而鈍化膜處仍為鈍態(tài)，這樣就形成了活性—鈍性腐蝕電池，由于陽(yáng)極面積比陰極面積小得多，陽(yáng)極電流密度很大，所以腐蝕往深處發(fā)展，金屬表面很快就被腐蝕成小孔，這種現(xiàn)象被稱為點(diǎn)蝕.

12點(diǎn)蝕：

在石油、化工的腐蝕失效類型統(tǒng)計(jì)中，點(diǎn)蝕約占20%～25%。流動(dòng)不暢的含活性陰離子的介質(zhì)中容易形成活性陰離子的積聚和濃縮的條件，促使點(diǎn)蝕的生成；粗糙的表面比光滑的表面更容易發(fā)生點(diǎn)蝕；PH值降低、溫度升高都會(huì)增加點(diǎn)蝕的傾向。氧化性金屬離子（如Fe3+、Cu2+、Hg2+等）能促進(jìn)點(diǎn)蝕的產(chǎn)生。點(diǎn)蝕腐蝕速率很快，嚴(yán)重時(shí)可造成設(shè)備穿孔，危險(xiǎn)性很大。點(diǎn)蝕會(huì)使晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕和腐蝕疲勞等加劇，在很多情況下點(diǎn)蝕是這些類型腐蝕的起源.

四、金屬腐蝕形態(tài)13縫隙腐蝕：

金屬與金屬或金屬與非金屬表面之間構(gòu)成狹窄的縫隙，縫隙內(nèi)有關(guān)物質(zhì)的移動(dòng)受到了阻滯，形成濃差電池，產(chǎn)生局部腐蝕，稱為縫隙腐蝕。縫隙腐蝕常發(fā)生在設(shè)備中法蘭的連接處，墊圈、襯板、纏繞與金屬重疊處，給生產(chǎn)設(shè)備的正常運(yùn)行造成嚴(yán)重障礙，甚至發(fā)生破壞事故。介質(zhì)中，氧氣濃度增加，縫隙腐蝕量增加；PH值減小，陽(yáng)極溶解速度增加，縫隙腐蝕量也增加；活性陰離子的濃度增加，縫隙腐蝕敏感性升高。

四、金屬腐蝕形態(tài)14應(yīng)力腐蝕：

材料在特定的腐蝕介質(zhì)中和在靜拉伸應(yīng)力（包括外加載荷、熱應(yīng)力、冷加工、熱加工、焊接等所引起的殘余應(yīng)力，以及裂縫銹蝕產(chǎn)物的楔入應(yīng)力等）下，所出現(xiàn)的低于強(qiáng)度極限的脆性開(kāi)裂現(xiàn)象，稱為應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂.應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂是先在金屬的腐蝕敏感部位形成微小凹坑，產(chǎn)生細(xì)長(zhǎng)的裂縫，且裂縫擴(kuò)展很快，能在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生嚴(yán)重的破壞。應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂在石油、化工腐蝕失效類型中所占比例最高，可達(dá)50%.四、金屬腐蝕形態(tài)15應(yīng)力腐蝕：

應(yīng)力腐蝕過(guò)程一般可分為三個(gè)階段。第一階段為孕育期，在這一階段內(nèi)，因腐蝕過(guò)程局部化和拉應(yīng)力作用的結(jié)果，使裂紋生核；第二階段為腐蝕裂紋發(fā)展時(shí)期，當(dāng)裂紋生核后，在腐蝕介質(zhì)和金屬中拉應(yīng)力的共同作用下，裂紋擴(kuò)展；第三階段中，由于拉應(yīng)力的局部集中，裂紋急劇生長(zhǎng)導(dǎo)致零件的破壞.

一般來(lái)說(shuō)，介質(zhì)中氯化物濃度的增加，會(huì)縮短應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂所需的時(shí)間。不同氯化物的腐蝕作用按Mg2+、Fe3+、Ca2+、Na1+、Li1+等離子的順序遞減的。

四、金屬腐蝕形態(tài)16腐蝕疲勞：

腐蝕疲勞是在腐蝕介質(zhì)與循環(huán)應(yīng)力的聯(lián)合作用下產(chǎn)生的。疲勞破壞的應(yīng)力值低于屈服點(diǎn)，在一定的臨界循環(huán)應(yīng)力值（疲勞極限或稱疲勞壽命）以上時(shí)，才會(huì)發(fā)生疲勞破壞。而腐蝕疲勞卻可能在很低的應(yīng)力條件下就發(fā)生破斷，因而它是很危險(xiǎn)的.影響腐蝕疲勞的因素主要有應(yīng)力交變速度、介質(zhì)溫度、介質(zhì)成分、材料尺寸、加工和熱處理等。增加載荷循環(huán)速度、降低介質(zhì)的PH值或升高溫度，都會(huì)使腐蝕疲勞強(qiáng)度下降。四、金屬腐蝕形態(tài)17晶間腐蝕：

晶間腐蝕是金屬材料在特定的腐蝕介質(zhì)中，沿著材料的晶粒間界受到腐蝕，使晶粒之間喪失結(jié)合力的一種局部腐蝕破壞現(xiàn)象。受這種腐蝕的設(shè)備或零件，從外表看仍是完好光亮，但由于晶粒之間的結(jié)合力被破壞，材料幾乎喪失了強(qiáng)度，輕輕敲擊便成為粉末.一般認(rèn)為，通過(guò)提高材料的純度，去除碳、氮、磷和硅等有害微量元素或加入少量穩(wěn)定化元素（鈦、鈮），以控制晶界上析出的碳化物及采用適當(dāng)?shù)臒崽幚碇贫群瓦m當(dāng)?shù)募庸すに嚕煞乐咕чg腐蝕的產(chǎn)生.

四、金屬腐蝕形態(tài)18磨損腐蝕：

由磨損和腐蝕聯(lián)合作用而產(chǎn)生的材料破壞過(guò)程叫磨損腐蝕。磨損腐蝕可發(fā)生在高速流動(dòng)的流體管道及載有懸浮摩擦顆粒流體的泵、管道等處。有的過(guò)流部件，如高壓減壓閥中的閥瓣（頭）和閥座、離心泵的葉輪、風(fēng)機(jī)中的葉片等，在這些部位腐蝕介質(zhì)的相對(duì)流動(dòng)速度很高，使鈍化型耐蝕金屬材料表面的鈍化膜，因受到過(guò)分的機(jī)械沖刷作用而不易恢復(fù)，腐蝕率會(huì)明顯加劇，如果腐蝕介質(zhì)中存在著固相顆粒，會(huì)大大加劇磨損腐蝕.

四、金屬腐蝕形態(tài)19電偶腐蝕：

電偶腐蝕是指兩種或兩種以上具有不同電位的金屬接觸時(shí)形成的腐蝕，又稱為不同金屬的接觸腐蝕。耐腐蝕性較差的金屬（電位較低）接觸后成為陽(yáng)極，腐蝕加速；而耐腐蝕性較高的金屬（電位較高）則變成陰極受到保護(hù)，腐蝕減輕或停止。影響電偶腐蝕速度的因素主要有：①所形成的電偶間的電極電位差;②腐蝕介質(zhì)的電導(dǎo)；③金屬表面的極化和由于陰、陽(yáng)極反應(yīng)生成表面膜或腐蝕產(chǎn)物的影響；④電偶間的空間布置（幾何因素）。

四、金屬腐蝕形態(tài)20電偶腐蝕：

電偶腐蝕的主要防止措施有：①選擇在工作環(huán)境下電極電位盡量接近（最好不超過(guò)50毫伏）的金屬作為相接觸的電偶對(duì)；②減小較正電極電位金屬的面積，盡量使電極電位較負(fù)的金屬表面積增大；③盡量使相接觸的金屬電絕緣,并使介質(zhì)電阻增大；④充分利用防護(hù)層,或設(shè)法外加保護(hù)電位。選擇防護(hù)方法時(shí)應(yīng)考慮面積律的影響，以及腐蝕產(chǎn)物的影響等。

四、金屬腐蝕形態(tài)21選擇性腐蝕：

在金屬腐蝕過(guò)程中，在表面上某些特定部位有選擇地溶解現(xiàn)象。金屬固溶體的組分之一，優(yōu)先地由于腐蝕而轉(zhuǎn)入溶液，而金屬表面則逐漸地富集了另一組成，稱為組分的選擇性腐蝕。選擇性腐蝕源起于金屬表面上組分的差異，與介質(zhì)反應(yīng)活性較大的組分將被優(yōu)先氧化或溶解，而較穩(wěn)定的組分則殘留下來(lái)。使材料表面均勻化和調(diào)整介質(zhì)的腐蝕活性是防止選擇腐蝕的基本方法。往合金或介質(zhì)內(nèi)加入某些組分作為緩蝕劑，例如往黃銅中加入少量砷，也能防止選擇性腐蝕。此外，防護(hù)層和陰極保護(hù)等也是常用的防護(hù)方法。

四、金屬腐蝕形態(tài)22氫損傷：

指金屬中由于含有氫或金屬中的某些成分與氫反應(yīng)，從而使金屬材料的力學(xué)性能發(fā)生改變的現(xiàn)象，又稱氫致開(kāi)裂或氫脆。氫的來(lái)源有：在冶煉、酸洗、焊接或電鍍等工藝過(guò)程中鋼所吸收的氫；使用過(guò)程中由環(huán)境中吸收的氫。含氫介質(zhì)有H2、H2S等氣體，或在水溶液中腐蝕時(shí)陰極過(guò)程所釋放的氫。影響鋼氫脆的因素是一定濃度的氫，一定的拉伸應(yīng)力和敏感的顯微組織。馬氏體組織伴隨有較大的相變應(yīng)力，這種組織對(duì)氫脆特別敏感，其次為貝氏體、屈氏體。一般索氏體，鐵素體+珠光體，其氫脆敏感性較小。

四、金屬腐蝕形態(tài)23正確選材和設(shè)計(jì)：

根據(jù)金屬材料的腐蝕數(shù)據(jù)，選擇對(duì)特定環(huán)境腐蝕率低、價(jià)格便宜、性能好的材料，是常用的、簡(jiǎn)便的控制腐蝕的方法，可以使設(shè)備獲得經(jīng)濟(jì)、合理的使用壽命。由于設(shè)備的結(jié)構(gòu)常常對(duì)腐蝕產(chǎn)生影響，所以正確的設(shè)計(jì)也很重要。另外，選材者也需要具備一定的腐蝕及防腐蝕知識(shí)，才能更完善地解決選材問(wèn)題。

五、腐蝕控制途徑24調(diào)整介質(zhì)環(huán)境：

消除金屬材料和設(shè)備在使用環(huán)境中引起腐蝕的各種因素，腐蝕就會(huì)中止或減緩。如調(diào)整局部生產(chǎn)流程，鍋爐給水先除氧，可保護(hù)鍋爐管少受腐蝕；先除去密閉倉(cāng)庫(kù)進(jìn)入空氣的水分，可免貯存金屬部件生銹；在水中經(jīng)常加入堿或酸以調(diào)節(jié)pH至最佳范圍（通常接近中性），可以防止冷卻水對(duì)換熱器和其他設(shè)備的結(jié)垢、穿孔等。

五、腐蝕控制途徑25加入緩蝕劑：

在可能引起金屬腐蝕的介質(zhì)中加入少量緩蝕劑就能大大減緩金屬腐蝕過(guò)程。緩蝕劑可分為無(wú)機(jī)緩蝕劑、有機(jī)緩蝕劑和氣相緩蝕劑三類。有機(jī)緩蝕劑屬于吸附型緩蝕劑，它們吸附在金屬表面形成幾個(gè)分子厚的不可見(jiàn)膜，一般同時(shí)阻滯陽(yáng)極和陰極反應(yīng)。氣相緩蝕劑多是揮發(fā)性強(qiáng)的物質(zhì)，也屬于吸附型緩蝕劑。它的蒸氣被大氣中水分解出有效的緩蝕基團(tuán)，吸附在金屬表面使腐蝕減緩，一般用于金屬零部件的保護(hù)、貯藏和運(yùn)輸。

五、腐蝕控制途徑26陰極保護(hù)：

金屬電化學(xué)腐蝕過(guò)程中，微型電池的陰極是接受電子產(chǎn)生還原反應(yīng)的電極，陽(yáng)極是失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)的電極，只有陽(yáng)極才發(fā)生腐蝕。陰極保護(hù)法就是將需要保護(hù)的金屬作為腐蝕電池的陰極（原電池的正極）或作為電解池的陰極而不受腐蝕。陰極保護(hù)廣泛用于土壤和海水中的金屬結(jié)構(gòu)、裝置等，如管道、電纜、海船、港灣碼頭設(shè)施、鉆井平臺(tái)、水庫(kù)閘門(mén)、油氣井等。

五、腐蝕控制途徑27陽(yáng)極保護(hù)：

一些可以鈍化的金屬，當(dāng)從外部通入電流，電位隨電流上升，達(dá)到致鈍電位后，腐蝕電流急速下降，后隨電位上升，腐蝕電流不變，直到過(guò)鈍區(qū)為止。利用這個(gè)原理，以要保護(hù)的設(shè)備為陽(yáng)極導(dǎo)入電流，使電位保持在鈍化區(qū)的中段，腐蝕率可保持很低值。在保持鈍性的電位區(qū)間，決定金屬的陽(yáng)極溶解電流密度大小的是鈍化膜的溶解速度，所以，金屬的鈍態(tài)不是熱力學(xué)穩(wěn)定狀態(tài)，而是一種遠(yuǎn)離平衡的耗散結(jié)構(gòu)狀態(tài)。只適用于可鈍化金屬，所以這種方法的應(yīng)用受到限制。

五、腐蝕控制途徑28合金化：

在基體金屬中加入一定比例的能促進(jìn)鈍化的合金成分，便得到耐蝕性優(yōu)良的材料。如Fe中加入Cr，當(dāng)Cr量達(dá)12%以上時(shí)，就成為不銹鋼，在氧化環(huán)境中它的表面可以生成鈍化膜，有很高的耐蝕性。鉻鋼中加入Ni，可擴(kuò)大鈍化范圍，還可提高機(jī)械性能。

五、腐蝕控制途徑29表面處理：

金屬保護(hù)中常用對(duì)其表面進(jìn)行處理以防止腐蝕。金屬在接觸使用環(huán)境之前，先用鈍化劑或成膜劑（鉻酸鹽、磷酸鹽、堿、硝酸鹽和亞硝酸鹽混合液等）處理，表面生成穩(wěn)定密實(shí)的鈍化膜，抗蝕性大大增加。在金屬表面處理時(shí)，一般將鋼鐵部件放在充滿Cr、Al、Si的粉末中，或在金屬蒸氣中，將易鈍化的合金成分如Cr、Mo、Si滲入鋼鐵表面，進(jìn)行熱滲鍍，表面滲鍍層在氧化性環(huán)境內(nèi)產(chǎn)生鈍化膜，它