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金屬腐蝕
鎖定
金屬材料受周圍介質的作用而損壞，稱為金屬腐蝕(Metallic Corrosion)。金屬的鏽蝕是最常見的腐蝕形態。腐蝕時，在金屬的界面上發生了化學或電化學多相反應，使金屬轉入氧化（離子）狀態。這會顯著降低金屬材料的強度、塑性、韌性等力學性能，破壞金屬構件的幾何形狀，增加零件間的磨損，惡化電學和光學等物理性能，縮短設備的使用壽命，甚至造成火災、爆炸等災難性事故。美國1975年因金屬腐蝕造成的經濟損失為700億美元，佔當年國民經濟生產總值的4.2%.據統計，每年由於金屬腐蝕造成的鋼鐵損失約佔當年鋼產量的10~20%.金屬腐蝕事故引起的停產、停電等間接損失就更無法計算。金屬的腐蝕現象非常普遍。如鐵製品生鏽（Fe2O3·xH2O），鋁製品表面出現白斑（Al2O3），銅製品表面產生銅綠[Cu2(OH)2CO3]，銀器表面變黑（Ag2S,Ag2O）等都屬於金屬腐蝕，其中用量最大的金屬——鐵製品的腐蝕最為常見。
金屬腐蝕簡介
金屬腐蝕本質
金屬原子失去電子變為離子，金屬發生氧化反應
金屬在腐蝕過程中所發生的化學變化，從根本上來説就是金屬單質被氧化形成化合物。
金屬腐蝕途徑
電化學腐蝕：金屬材料（合金或不純的金屬）與電解質溶液接觸 , 通過電極反應產生的腐蝕。
生物腐蝕也是金屬腐蝕的一種途徑
金屬腐蝕分類及特點
金屬腐蝕點蝕
點蝕又稱坑蝕和小孔腐蝕。點蝕有大有小，一般情況下，點蝕的深度要比其直徑大的多。點蝕經常發生在表面有鈍化膜或保護膜的金屬上。
金屬腐蝕
在石油、化工的腐蝕失效類型統計中，點蝕約佔20%～25%。流動不暢的含活性陰離子的介質中容易形成活性陰離子的積聚和濃縮的條件，促使點蝕的生成。粗糙的表面比光滑的表面更容易發生點蝕
點蝕雖然失重不大，但由於陽極面積很小，所以腐蝕速率很快，嚴重時可造成設備穿孔，使大量的油、水、氣泄漏，有時甚至造成火災、爆炸等嚴重事故，危險性很大。點蝕會使晶間腐蝕、應力腐蝕和腐蝕疲勞等加劇，在很多情況下點蝕是這些類型腐蝕的起源.
金屬腐蝕縫隙腐蝕
在電解液中，金屬與金屬或金屬與非金屬表面之間構成狹窄的縫隙，縫隙內有關物質的移動受到了阻滯，形成濃差電池，從而產生局部腐蝕，這種腐蝕被稱為縫隙腐蝕。縫隙腐蝕常發生在設備中法蘭的連接處，墊圈、襯板、纏繞與金屬重疊處，它可以在不同的金屬和不同的腐蝕介質中出現，從而給生產設備的正常運行造成嚴重障礙，甚至發生破壞事故。對鈦及鈦合金來説，縫隙腐蝕是最應關注的腐蝕現象。介質中，氧氣濃度增加，縫隙腐蝕量增加；PH值減小，陽極溶解速度增加，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。但是，某些含氧陰離子的增加會減小縫隙腐蝕量.
金屬腐蝕應力腐蝕
金屬腐蝕
應力腐蝕的產生有兩個基本條件：一是材料對介質具有一定的應力腐蝕開裂敏感性；二是存在足夠高的拉應力。導致應力腐蝕開裂的應力可以來自工作應力，也可以來自制造過程中產生的殘餘應力。據統計，在應力腐蝕開裂事故中，由殘餘應力所引起的佔80%以上，而由工作應力引起的則不足20%.
應力腐蝕過程一般可分為三個階段。第一階段為孕育期，在這一階段內，因腐蝕過程局部化和拉應力作用的結果，使裂紋生核；第二階段為腐蝕裂紋發展時期，當裂紋生核後，在腐蝕介質和金屬中拉應力的共同作用下，裂紋擴展；第三階段中，由於拉應力的局部集中，裂紋急劇生長導致零件的破壞.
一般來説，介質中氯化物濃度的增加，會縮短應力腐蝕開裂所需的時間。不同氯化物的腐蝕作用是按Mg2+、Fe3+、Ca2+、Na1+、Li1+等離子的順序遞減的。發生應力腐蝕的温度一般在50℃～300℃之間.
防止應力腐蝕應從減少腐蝕和消除拉應力兩方面來採取措施。主要是：一要儘量避免使用對應力腐蝕敏感的材料；二在設計設備結構時要力求合理，儘量減少應力集中和積存腐蝕介質；三在加工製造設備時，要注意消除殘餘應力.
金屬腐蝕腐蝕疲勞
腐蝕疲勞是在腐蝕介質與循環應力的聯合作用下產生的。這種由於腐蝕介質而引起的抗腐蝕疲勞性能的降低，稱為腐蝕疲勞。疲勞破壞的應力值低於屈服點，在一定的臨界循環應力值（疲勞極限或稱疲勞壽命）以上時，才會發生疲勞破壞。而腐蝕疲勞卻可能在很低的應力條件下就發生破斷，因而它是很危險的.
影響材料腐蝕疲勞的因素主要有應力交變速度、介質温度、介質成分、材料尺寸、加工和熱處理等。增加載荷循環速度、降低介質的PH值或升高介質的温度，都會使腐蝕疲勞強度下降。材料表面的損傷或較低的粗糙度所產生的應力集中，會使疲勞極限下降，從而也會降低疲勞強度.
金屬腐蝕晶間腐蝕
金屬腐蝕
據統計，在石油、化工設備腐蝕失效事故中，晶間腐蝕約佔4%～9%，主要發生在用軋材焊接的容器及熱交換器上.
一般認為，晶界合金元素的貧化是產生晶間腐蝕的主要原因。通過提高材料的純度，去除碳、氮、磷和硅等有害微量元素或加入少量穩定化元素（鈦、鈮），以控制晶界上析出的碳化物及採用適當的熱處理制度和適當的加工工藝，可防止晶間腐蝕的產生.
金屬腐蝕均勻腐蝕
均勻腐蝕是指在與環境接觸的整個金屬表面上幾乎以相同速度進行的腐蝕。在應用耐蝕材料時，應以抗均勻腐蝕作為主要的耐蝕性能依據，在特殊情況下才考慮某些抗局部腐蝕的性能.
金屬腐蝕磨損腐蝕
金屬腐蝕
金屬腐蝕
金屬腐蝕氫脆
金屬材料特別是鈦材一旦吸氫，就會析出脆性氫化物，使機械強度劣化。在腐蝕介質中，金屬因腐蝕反應析出的氫及製造過程中吸收的氫，是金屬中氫的主要來源。金屬的表面狀態對吸氫有明顯的影響，研究表明，鈦材的研磨表面吸氫量最多，其次為原始表面，而真空退火和酸洗表面最難吸氫。鈦材在大氣中氧化處理能有效防止吸氫.
金屬腐蝕發展歷史
1. U.R.Evans
20世紀初期英國冶金科學家，U.R.Evans建立了腐蝕極化圖，提出了混合電位理論。
2. M.Pourbaix
20世紀初比利時科學家M.Pourbaix建立了電位-酸度（E-pH）圖,依據這種圖。可以很明朗 的判斷一種金屬在環境體系中的腐蝕熱力學。
3. Uhlig
20世紀中葉美國科學家尤利格（Uhlig）編著腐蝕科學手冊，可查詢各種金屬的腐蝕特性。
4. 中國的腐蝕科學家
中國的腐蝕科學起步晚，但發展很快，著名的腐蝕科學家有建國初年（1955）的餘柏年，華保定（二人水平很高，但可惜未評上院士）。70年代曹楚南（現院士）。
金屬腐蝕外部因素
金屬腐蝕相對濕度影響
空氣中相對濕度越高，金屬表面水膜越厚，空氣中的氧透過水膜到金屬表面作用。相對濕度達到一定數值時，腐蝕速度大幅上升，這個數值稱為臨界相對濕度，鋼的臨界相對濕度約為70%。
金屬腐蝕温度的影響
環境温度與相對濕度關聯，乾燥的環境（沙漠）下，氣温再高金屬也不容易鏽蝕。當相對濕度達到臨界值時，温度的影響明顯加劇，温度每增加10℃，鏽蝕速度提高兩倍。因此，在濕熱帶或雨季，氣温越高，鏽蝕越嚴重。
金屬腐蝕氧氣的影響
用下列反應式表示生鏽過程：
Fe+H2O→Fe（OH）2
Fe（OH）2+ H2O+O2→Fe（OH）3
Fe+ H2O+O2→Fe（OH）3
可見沒有水和氧氣，金屬就不會生鏽，空氣中20%體積是氧氣，它是無孔不入的。
4.大氣其它物質的影響
大氣中含有鹽霧、二氧化硫、硫化氫和灰塵時，會加速腐蝕，因此，不同環境下受腐蝕的大小差別是明顯的，城市高於農村；工業區高於生活區；沿海高於內陸；高粉塵高於低粉塵。
