縫隙腐蝕及防護(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)中的金屬外表上，是在縫隙和其他隱蔽的區(qū)域發(fā)生的一種局部腐蝕?？籽?、墊片接觸面、搭接縫、沉積物下、緊固件縫隙是常發(fā)生縫隙腐蝕的地方。但凡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(huì)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；防護(hù)縫隙腐蝕縫隙腐蝕的定義縫

2、隙腐蝕常發(fā)生在腐蝕介質(zhì)中的金屬外表上，是在縫隙和其他隱蔽的區(qū)域發(fā)生的一種局部腐蝕?？籽?、墊片接觸面、搭接縫、沉積物下、緊固件縫隙是常發(fā)生縫隙腐蝕的地方。但凡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(huì)發(fā)生縫隙腐蝕?？p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，特圖1蓬陵腐在切莪別是有氯離子，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

3、蝕通常發(fā)生在25100以前縫隙中。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(huì)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)

4、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(huì)發(fā)生縫隙腐蝕?？p隙腐蝕的原理大多數(shù)研究者較能承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，腐蝕剛開場時(shí)，氧去極化腐濁在縫隙、外均勻地進(jìn)展。隨著腐蝕的進(jìn)展，因滯流關(guān)系，氧只能以擴(kuò)散方式向縫傳遞，使縫氧供給缺乏，氧化復(fù)原反響很快便終止。而縫外的氧隨時(shí)可以得到補(bǔ)充，氧化復(fù)原反響繼續(xù)進(jìn)展?？p、外構(gòu)成了宏觀上的氧濃差電池，縫為陽極，縫外為陰極，其反響如下：縫：2Fe-2F+4e-縫外：O2+2H2O+4e-4OH-由于電池具有大陰極一小陽極的特征，縫隙腐蝕速度較大。陰、陽極別離，二次腐蝕產(chǎn)物在縫口形

5、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)入了開展階段，此時(shí)縫金屬陽離子便難以遷由縫外，使縫Fe2+、Fe3+產(chǎn)生積累和正電荷過剩，促進(jìn)了縫外C向縫遷移。金屬氯化物的水解使縫介質(zhì)酸化，加速了陽極的溶解。陽極的加速溶解又引起更多的C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(gè)自催化過程，使縫金屬的溶解速度加速進(jìn)展下去。綜上所述，氧濃差電池的形成，對腐蝕的開場起促進(jìn)作用。但蝕坑的加深和擴(kuò)展是從閉塞電池開場的。酸化自催化是造成腐蝕加速進(jìn)展的根本原因。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

6、的接觸，只要存在滿足縫隙腐蝕的狹縫和腐蝕介質(zhì)，都會(huì)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外表既可以表現(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、縫隙構(gòu)造和環(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)?？p隙腐蝕的影響因素金屬的性質(zhì)金屬對縫隙腐蝕的敏感性視

7、其自鈍化能力的上下而定，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。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越大。當(dāng)氯離子濃度超過0.1%時(shí)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0.5x柏寸也會(huì)引起縫隙腐蝕。溫度越高，發(fā)生縫隙腐蝕的危險(xiǎn)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，縫外陰極復(fù)原反響更易進(jìn)展，縫隙腐蝕加劇。b、溶液中

8、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擬復(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響動(dòng)力學(xué)加速，從而增大陽極反響速度；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，并視陽極和陰極兩種反響的綜合結(jié)果而定，大約在80，不銹鋼的縫隙腐蝕到達(dá)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(gè)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(gè)方面的作用。增加腐蝕溶液的流速，使輸送到縫隙

9、外部的金屬外表上的氧量增加，縫隙腐蝕量也增加。304鋼O形圈密封腐蝕試驗(yàn)說明：0.15m/s流速的海水比靜止海水更易導(dǎo)致縫隙腐蝕。但是，假設(shè)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，流速快那么不容易附著。從這個(gè)意義上來講，增加流速也有可能減少產(chǎn)生縫隙腐蝕的時(shí)機(jī)。.3縫隙幾何形狀的影響圖 3 2Crl3 不銹鋼在 0.5N (29.3g)溶液中能隙寬度、笥在深度 和腐蝕率的關(guān)系山O(* 一后矛01。)O O.505OOO0501 1度o n ),2o i5度0-F-0-060間隙的寬度和深度以及外面積比，它們決定了氧進(jìn)入縫隙的難易程度，電解質(zhì)

10、組成的化、電位的分布及宏觀電池的有效性。由圖3可看由，當(dāng)縫隙寬度變窄時(shí)，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100120以m50天的侵入深度約達(dá)90以m；當(dāng)間隙250以誡更寬些時(shí)，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)：合理設(shè)計(jì)，防止縫隙。例如：焊接優(yōu)于鋼接；對焊優(yōu)于搭焊；焊接必須保證質(zhì)量，防止焊孔；螺釘接合構(gòu)造，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)。止匕外，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)防止積水區(qū)；維護(hù)時(shí)，應(yīng)勤于清理，去除污垢等。設(shè)計(jì)無法防止縫隙時(shí)，可

11、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(shí)，要注意氫脆問題。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。改用適宜材料，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，比方高鉻高鉬的不銹鋼等。如果不能采用無縫的方案，那么應(yīng)使構(gòu)造能妥善排流方便在出現(xiàn)沉積物時(shí)能及時(shí)去除，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。墊圈不宜采用石棉、紙等吸濕材料，用聚四氟乙烯

12、較為理想。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。參考文獻(xiàn)1秋霞主編?材料腐蝕與防護(hù)?2000年版冶金工業(yè)。2云蘭建華?非金屬工程材料?機(jī)械工業(yè)1998。3黃永昌?金屬腐蝕與防護(hù)?交通大學(xué)19994朱相榮王相潤等?金屬材料的海洋腐蝕與防護(hù)?石油工業(yè)2001。5章葆澄等?防腐蝕設(shè)計(jì)與工程?航空航天大學(xué)20036英霍爾C.著，王佩云，曾佳華譯裸合物材料造工業(yè)1985。7剛敬服?材料腐蝕與控制工程?大學(xué)，2010。8王日義?海水冷卻系統(tǒng)的腐蝕及其控制?，化工工業(yè)，2006。9?水工鋼閘門的腐蝕與防護(hù)措施?作者鋒費(fèi)小霞華，期刊治淮HARNESSINGTHEHUAIHERIVER2007年第01期。10?水工鋼閘門腐蝕檢測探討?作者軍，期刊-核心期刊中國科技縱橫CHINASCIE