金屬腐蝕形態(tài)有哪些

 金屬腐蝕的形態(tài)可分為全面（均勻）腐蝕和局部腐蝕兩大類。前者較均勻地發(fā)生在全部表面，后者只發(fā)生在局部。例如孔蝕，縫隙腐蝕，晶間腐蝕，應(yīng)力腐蝕破裂，腐蝕疲勞，氫腐蝕破裂，選擇腐蝕，磨損腐蝕，脫層腐蝕等。一般局部腐蝕比全面腐蝕的危害嚴(yán)重得多，有一些局部腐蝕往往是突發(fā)性和災(zāi)難性的。如設(shè)備和管道穿孔破裂造成可燃可爆或有毒流體泄漏，而引起火災(zāi)、爆炸、污染環(huán)境等事故。根據(jù)一些統(tǒng)計(jì)資料，化工設(shè)備的腐蝕，局部腐蝕約占70%。均勻腐蝕雖然危險(xiǎn)性小，但大量金屬都暴露在產(chǎn)生均勻腐蝕的氣體和水中，所以經(jīng)濟(jì)損失也非常驚人。

一、全面（均勻）腐蝕

 金屬表面的全部或大部都發(fā)生腐蝕，腐蝕程度大致是均允的。一般表面覆蓋一層腐蝕產(chǎn)物膜，能使腐蝕減緩，高溫氧化就是一例。又如易鈍化的金屬如不銹鋼、鈦、鋁等在氧化環(huán)境中產(chǎn)生極薄的鈍化膜，具有優(yōu)良的保護(hù)性，使腐蝕實(shí)質(zhì)上停止。鐵在大氣和水中產(chǎn)生的氧化膜（銹）保護(hù)性很低。一般均勻腐蝕很嚴(yán)重。也有些均勻腐蝕不產(chǎn)生表面膜，如鐵在稀硫酸或鹽酸中全面迅速溶化。無膜全面腐蝕很危險(xiǎn)，但在現(xiàn)實(shí)生活中很少發(fā)生，除非選材嚴(yán)重錯誤，例如選用鐵或鋁設(shè)備貯運(yùn)鹽酸等。均勻腐蝕的程度可以用腐蝕率來表示。常用兩種單位，一是單位時間內(nèi)，單位表面積上損失的重量，以g/(m2·h)計(jì)；另一是單位時間內(nèi)腐蝕的平均厚度，以mm／年計(jì)。二者換算關(guān)系如下：1mm／年=8.76g／（m2·h）x1/d?式中：d-材料的密度。由厚度腐蝕率可以估算設(shè)備的預(yù)期壽命，一般應(yīng)用得更廣泛。

二、孔蝕

  孔蝕是一種高度局部的腐蝕形態(tài)?？子写笥行?，多數(shù)情況下比較小，一般孔表面直徑等于或小于它的深度，也有些情況為碟形淺孔。

 小而深的孔可能使金屬板穿透，引起物料流失、火災(zāi)、爆炸等事故。它是破壞性和隱患最大的腐蝕形態(tài)之一。? 孔蝕通常發(fā)生在表面有鈍化膜或有保護(hù)膜的金屬，如不銹鋼、鈦、鋁合金等。由于金屬表面存在缺陷（露頭的螺位錯，非金屬夾雜物等）和液體內(nèi)存在能破壞鈍化膜的活性離子，? 鈍化膜在局部被破壞，微小的膜破口處的金屬成為陽極，其電流高度集中，破口周圍廣大面積的膜成為陰極，因此腐蝕迅速向內(nèi)發(fā)展，形成蝕孔。? 當(dāng)孔蝕形成不久，孔內(nèi)的氧很快耗盡，因此只有陽極反應(yīng)在孔內(nèi)進(jìn)行，很快就積累了帶正電的金屬離子。為了保持電中性，帶負(fù)電的CI-從外部溶液擴(kuò)散到孔內(nèi)，由于金屬（Fe、Cr）氯化物的水解產(chǎn)生了鹽酸：? M＋CI-＋H2O＝MOH↓＋H＋CI-?孔內(nèi)pH下降，變?yōu)樗嵝?，鹽酸使更多的金屬溶解，又有更多的CI-遷入孔內(nèi)，形成自催化加速? 

三、縫隙腐蝕? 

 是孔蝕的一種特殊形態(tài)，發(fā)生在縫隙內(nèi)（如焊、鉚縫、墊片或沉積物下面的縫隙），破壞形態(tài)為溝縫狀，嚴(yán)重的可穿透。縫隙內(nèi)是缺氧區(qū)，也處于閉塞狀態(tài)，縫內(nèi)pH值下降，濃度增大。常有一段較長的孕育期，當(dāng)縫內(nèi)pH值下降到臨界值后，與孔相似，也產(chǎn)生加速腐蝕。一般在含Cl-溶液中最易發(fā)生。有效的防止方法是消除縫隙。

四、脫層腐蝕? 

 在金屬層狀結(jié)構(gòu)層與層之間產(chǎn)生腐蝕，先垂直向內(nèi)發(fā)展，然后改變方向，有選擇地腐蝕與表面平行的物質(zhì)。腐蝕產(chǎn)物的膨脹力使未腐蝕的表層成層狀脫離。? 

五、晶間腐蝕? 

 腐蝕從表面沿晶粒邊界向內(nèi)發(fā)展，外表沒有腐蝕跡象，但晶界沉積疏松的腐蝕產(chǎn)物。由金相顯微鏡可看到晶界呈現(xiàn)網(wǎng)狀腐蝕。嚴(yán)重的晶間腐蝕可使金屬失去強(qiáng)度和延展性，在正常載荷下碎裂。? 晶間腐蝕是晶界在一定條件下產(chǎn)生了化學(xué)和組成上的變化，耐蝕性降低所致，這種變化通常是由于熱處理或冷加工引起的。以奧氏體不銹鋼為例，含鉻量須大于11%才有良好耐蝕性。當(dāng)焊接時，焊縫兩側(cè)2~3mm處可被加熱到400~910℃，在這個溫度（敏化溫度）下晶界的鉻和碳易化合形成Cr3C6，Cr從固溶體中沉淀出來，晶粒內(nèi)部的Cr擴(kuò)散到晶界很慢，晶界就成了貧鉻區(qū)，鉻量可降到遠(yuǎn)低于11%的下限，在適合的腐蝕溶液中就形成“碳化鉻晶粒（陰極）-噴鉻區(qū)（陽極）”電池，使晶界貧鉻區(qū)腐蝕。?

  奧氏體不銹鋼晶間腐蝕在工業(yè)中較常見，危害也最大。防止方法有：

  ?①.“固溶淬火”處理：將已產(chǎn)生貧鉻區(qū)的鋼加熱到1100℃左右，使碳化鉻溶解，水淬，迅速通過敏化溫度區(qū)，使合金保持含鉻的均一態(tài)。?

    ②. 鋼中加入少量更易生成碳化物的元素鈦或鈮。

  ?③. 碳含量降低到0.03%以下，從晶界沉淀的鉻量就很少。

六、選擇性腐蝕? 

  工業(yè)合金含有不同成分和雜質(zhì)，具有不同的結(jié)構(gòu)，耐蝕性也有差別。在一定溶液中，有些活性組分溶出，剩下疏松的不活潑組分，強(qiáng)度和延性完全喪失。這類選擇性腐蝕的常見例子是黃銅脫鋅。鋅溶人溶液，黃銅表面覆蓋一層疏松的紅色薄膜。實(shí)際上銅也溶解，但其后又沉積在合金表面上。除均勻的層狀脫鋅外，還有局部的塞狀脫鋅。提高銅含量（紅黃銅：Cu85%）可防止脫鋅，加入1%錫，或少量砷、銻、磷也能改善對脫鋅的抗力。? 灰鑄鐵的石墨化也是選擇性腐蝕，鐵腐蝕浸出，剩下石墨網(wǎng)狀體，嚴(yán)重失去強(qiáng)度。球墨或延展性鑄鐵因?yàn)椴淮嬖跉堄辔锫?lián)系在一起的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，所以不產(chǎn)主石墨化。? 

七、磨損腐蝕

  1. 沖擊腐蝕? 

  金屬表面受高流速和湍流狀的流體沖擊，同時遭到磨損和腐蝕的破壞，稱為磨損腐蝕。沖擊腐蝕是磨損腐蝕的主要形態(tài)。金屬在高速流體沖擊下，保護(hù)膜破壞，破口處裸金屬加速腐蝕。如果流體中含有固體顆粒，磨損腐蝕就更嚴(yán)重。它的外表特征是：局部性溝槽、波紋、圓孔和山谷形，通常顯示方向性。暴露在運(yùn)動流體中的設(shè)備如：管、三通、閥、鼓風(fēng)機(jī)、離心機(jī)、葉輪、換熱器、排風(fēng)筒等都能產(chǎn)生沖擊腐蝕。軟金屬如銅和鉛更為嚴(yán)重。? 沖擊腐蝕多發(fā)生在流體改變方向的部位。如彎頭、三通、旋風(fēng)分離器，容器內(nèi)和入口管相對的部位。冷凝器和換熱器管束入口處，流體由大截面進(jìn)入小口，產(chǎn)生湍流，在管入口數(shù)十毫米處常發(fā)生嚴(yán)重腐蝕。? 防止沖擊腐蝕可以選用耐磨損較好的材料，如20號合金優(yōu)于18/8不銹鋼，90Cu/10Ni優(yōu)于70Cu/30Ni（海水中），也可改進(jìn)設(shè)計(jì)、改變環(huán)境、或用涂層和陰極保護(hù)等。? 

  2. 空泡腐蝕? 

  空泡腐蝕簡稱空蝕或氣蝕，是磨損腐蝕的一種特殊形態(tài)。在高速液體中含有空泡，使磨損腐蝕十分嚴(yán)重?？张莸男纬墒怯捎谝后w的湍流或溫度變化引起局部壓力下降，空泡內(nèi)只含少量水汽，存在時間非常短暫，氣泡破裂時產(chǎn)生沖擊波壓力可高達(dá)4000atm，使金屬保護(hù)膜破壞，并可引起塑性形變，甚至撕裂金屬粒子。膜破口處裸金屬受腐蝕，隨即重新生膜。在同一點(diǎn)上又形成新空泡，又迅即破裂，這個過程反復(fù)進(jìn)行，結(jié)果金屬表面生成致密而深的孔，外表很粗糙。泵葉輪和水力透平機(jī)等常產(chǎn)生空蝕。? 防止空蝕可改進(jìn)設(shè)計(jì)，以減小流程中流體動壓差，也可選用較耐空蝕的材料或精磨表面，因?yàn)楣鉂嵄砻娌惶峁┬纬煽张莸暮它c(diǎn)。用彈性保護(hù)層（塑料或橡膠）或陰極保護(hù)也有效。? 

 3. 摩振腐蝕? 

  它也是磨損腐蝕的一種特殊形態(tài)，是指承受載荷、互相接觸的兩表面由于振動和滑動（反復(fù)的相對運(yùn)動）引起的破壞，也稱微振腐蝕。摩振腐蝕的危害非常大，既破壞了精密的金屬部件，產(chǎn)生的氧化銹泥常將部件銹死，還會使接觸面超過容許公差，產(chǎn)生的蝕孔還會引起疲勞破裂。? 摩振腐蝕最常見的例子是滾珠軸承套與軸之間，也發(fā)生在引擎、機(jī)車部件、螺栓連接的部件等處。它的必要條件是反復(fù)的相對運(yùn)動，位移小至10-8cm即可引起破壞。例如在遠(yuǎn)距離鐵路和輪船運(yùn)輸中的汽車軸，表面承受載荷，又發(fā)生連續(xù)輕微振動，將產(chǎn)生摩振腐蝕。它不發(fā)生在連續(xù)運(yùn)動的表面上。正常行駛的汽車因?yàn)檩S承表面間的相對運(yùn)動非常大（旋轉(zhuǎn)），就不發(fā)生這種腐蝕。? 摩振腐蝕的原因是摩振作用破壞了金屬保護(hù)膜，裸金屬迅速氧化，磨損和氧化反復(fù)進(jìn)行，使破壞加劇。另外，金屬表面因受壓產(chǎn)生冷焊或熔化，其后由于相對運(yùn)動使金屬碎粒脫落，并迅速氧化。二者都產(chǎn)生氧化銹粒，破壞金屬界面。氧在摩振腐蝕中很重要，但也有些摩振腐蝕不需要氧。?防護(hù)方法可在接觸表面涂潤滑油脂，可減小摩擦，并排除氧，如果表面同時磷化更有效。還可選用硬質(zhì)合金，噴丸處理或冷加工以提高表面硬度等。

八、應(yīng)力腐蝕破裂? 

  合金在腐蝕和一定方向的拉應(yīng)力同時作用下產(chǎn)生破裂，稱為應(yīng)力腐蝕破裂。裂縫形態(tài)有兩種：沿晶界發(fā)展，稱晶間破裂；縫穿過晶粒，稱穿晶破裂，也有混合型，如主縫為晶間型，支縫或尖端為穿晶型，它是最危險(xiǎn)的腐蝕形態(tài)之一，可引起突發(fā)性事故。

? 應(yīng)力腐蝕破裂有一些特征：?

     ①. 必須存在拉應(yīng)力（如焊接、冷加工產(chǎn)生的殘余應(yīng)力），如果存在壓應(yīng)力則可抑制這種腐蝕?

     ②. 只發(fā)生在一定的體系，如奧氏體不銹鋼/C1-體系，碳鋼/NO-3體系，銅合金/NH+體系等。?

   應(yīng)力腐蝕的機(jī)理很復(fù)雜，按照左景伊提出的理論，破裂的發(fā)生和發(fā)展可區(qū)分為三個階段：

   ? ①. 金屬表面生成鈍化膜或保護(hù)膜；?

     ②. 膜局部破裂，產(chǎn)生蝕孔或裂縫源；

   ? ③. 裂縫內(nèi)發(fā)生加速腐蝕，在拉應(yīng)力作用下，以垂直方向深入金屬內(nèi)部。

 ?產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕必須滿足上述三個階段的生成環(huán)境。以奧氏體不銹鋼／氯離子體系為例，環(huán)境中必須含有氯離子和氧，因?yàn)閵W氏體不銹鋼在含氧環(huán)境內(nèi)很容易鈍化，滿足了條件1；氯離子是破鈍劑，在應(yīng)力作用下，膜的局部缺陷處很容易破裂，滿足了條件2；裂縫內(nèi)形成閉塞區(qū)，pH值下降，氯離子從外部遷入增濃、pH值下降到1.3以下，腐蝕加速，這和孔蝕相同。裂縫尖端產(chǎn)生了氫，引起局部脆化，在拉應(yīng)力作用下發(fā)生脆性破裂，然后裂尖又進(jìn)入酸性溶液；裂縫在腐蝕和脆裂的反復(fù)作用下迅速發(fā)展。? 防止應(yīng)力腐蝕的方法有以下一些：進(jìn)行熱處理以消除部件的應(yīng)力；改進(jìn)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，避免應(yīng)力集中于局部，設(shè)計(jì)中選用的載荷應(yīng)低于產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的臨界值；表面用噴丸處理產(chǎn)生壓應(yīng)力，采用電化學(xué)保護(hù)、涂料、或緩蝕劑等。

九、腐蝕疲勞? 

  腐蝕和交變應(yīng)力（應(yīng)力方向周期性變化，亦稱周期應(yīng)力）共同作用引起的破裂，稱為腐蝕疲勞。在無腐蝕時，金屬受交變應(yīng)力作用將產(chǎn)生疲勞破裂。對于鐵合金，承受的應(yīng)力有一臨界值，如低于此值，即使經(jīng)無限周期也不會疲勞破裂。此值稱為疲勞極限。非鐵金屬如鋁、鎂，沒有疲勞極限，但抗疲勞性能也隨應(yīng)力減小而增大。通常規(guī)定在106周期不產(chǎn)生疲勞破裂的臨界應(yīng)力值為疲勞極限。在腐蝕環(huán)境中疲勞極限大大下降，因而在較低的應(yīng)力和較短的周期內(nèi)就發(fā)生疲勞破裂。? 腐蝕疲勞的外形特征是：產(chǎn)生眾多深孔，裂縫可以有多條，由蝕孔起源以和應(yīng)力垂直的方向縱深發(fā)展，是典型的穿晶型，設(shè)有支縫，縫邊呈現(xiàn)鋸齒形。振動部件如泵軸和桿、螺旋槳軸、油氣井管、吊素以及由溫度變化產(chǎn)生周期熱應(yīng)力的換熱管和鍋爐管等，都容易發(fā)生腐蝕疲勞。腐蝕疲勞最易發(fā)生在能產(chǎn)生孔蝕的環(huán)境中，無疑，蝕孔起了提高應(yīng)力的作用。周期應(yīng)力使保護(hù)膜反復(fù)局部破裂，裂口處裸金屬遭受不斷腐蝕。與應(yīng)力腐蝕不同，腐蝕疲勞對環(huán)境沒有選擇性。氧含量、溫度、pH值和溶液成分都影響腐蝕疲勞。陽極極化將促進(jìn)腐蝕疲勞。? 防止方法：改進(jìn)設(shè)計(jì)或進(jìn)行熱處理以消除和減小拉應(yīng)力，表面噴丸處理產(chǎn)生壓應(yīng)力，電鍍鋅、鉻、鎳等，但電鍍時注意鍍層中不可產(chǎn)生拉應(yīng)力，也不可有氫滲入。也可用緩蝕劑和陰極保護(hù)。

?十、氫腐蝕?

   1. 氫鼓泡?

     對低強(qiáng)度鋼，特別是含大量非金屬夾雜時，溶液中產(chǎn)生的氫原子很容易擴(kuò)散到金屬內(nèi)部，大部分H通過器壁在另一側(cè)結(jié)合為H2逸出，但有少量H積滯在鋼內(nèi)空穴，結(jié)合為H2，因氫分子不能擴(kuò)散，將積累形成巨大內(nèi)壓，使鋼表面鼓泡，甚至破裂。? 當(dāng)環(huán)境中含有硫化物、氰化物、含磷離子等阻止放氫反應(yīng)的毒素，氫原子就會進(jìn)入鋼內(nèi)產(chǎn)生鼓泡。石油工業(yè)物料常含有上述毒素，氫鼓泡是常見的危害。防止方法：除去這類毒素最為有效；也可選用無空穴的鎮(zhèn)靜鋼以代替有眾多空穴的沸騰鋼。此外，可采用氫不易滲透的奧氏體不銹鋼或鎳的襯里，或橡膠，塑料、瓷磚村里、加入緩蝕劑等。? 

   2. 氫脆? 

    在高強(qiáng)鋼中晶格高度變形，當(dāng)H進(jìn)入后，晶格應(yīng)變更大，使韌性及延展性降低，導(dǎo)致脆化，在外力下可引起破裂。不過在未破裂前氫脆是可逆的，如進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚?，使氫逸出，金屬可恢?fù)原性能。一般鋼強(qiáng)度越高，氫脆破裂的敏感性越大。它的機(jī)理還不十分清楚，有各種理論，如：氫分子聚積造成巨大內(nèi)壓；吸附氫后使表面能降低，或影響了原子鍵結(jié)合力，促進(jìn)了位錯運(yùn)動等。一些跡象表明，鐵素體和馬氏體鐵合金在裂縫尖處與氫產(chǎn)生了反應(yīng)，鈦、鉭等易生成氫化物的金屬，在高溫下容易與溶解的氫反應(yīng)，生成脆性氫化物。高溫下氫還能造成脫碳。? 

   進(jìn)入金屬的氫常產(chǎn)生于電鍍、焊接、酸洗、陰極保護(hù)等操作中。應(yīng)力腐蝕的裂尖酸化后，也將產(chǎn)生氫脆，但陽極腐蝕，已造成永久性損害，與單純氫脆有別。氫脆與鋼內(nèi)空穴無關(guān)，所以防止方法與防氫鼓泡稍有不同：在容易發(fā)生氫脆的環(huán)境中，避免使用高強(qiáng)鋼，可用Ni、Cr合金鋼；焊接時采用低氫焊條，保持環(huán)境干燥（水是氫的主要來源）；電鍍液要選擇，控制電流；酸洗液中加入緩蝕劑。氫已進(jìn)入金屬后，可進(jìn)行低溫烘烤驅(qū)氫，如鋼一般在90~150℃脫氫。