腐蝕基礎(chǔ)知識介紹

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程及特點金屬的腐蝕形態(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)（最常見的是液體和氣體）作用下，由于化學變化、電化學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)的一個具有反應(yīng)作用的體系。4一、金屬腐蝕的定義從熱力學觀點看，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，需耗費大力的能量從礦物中提煉純金屬，即冶金過程。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，即恢復到自然存在狀態(tài)，這個過程也就是腐蝕過程，是一種自發(fā)傾向。

金屬

礦物（化合物）腐蝕過程冶金過程5二、金屬腐蝕的分類按照腐蝕機理分：電化學腐蝕：金屬表面與離子到點的電解質(zhì)發(fā)生電化學反應(yīng)而產(chǎn)生的破壞。特點是反應(yīng)至少包含兩個相對獨立且在金屬表面不同區(qū)域可同時進行的過程。其中陽極反應(yīng)是金屬離子從金屬轉(zhuǎn)移到介質(zhì)中和放出電子的過程，即氧化過程；相對應(yīng)的陰極反應(yīng)便是介質(zhì)中的氧化劑組分吸收來自陽極的電子的還原過程。腐蝕過程伴有電流產(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理分：化學腐蝕：金屬表面與周圍介質(zhì)直接發(fā)生純化學作用而引起的破壞。特點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行的，沒有電流產(chǎn)生，如金屬在高溫時氧化引起的腐蝕。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。這類腐蝕危險性相對較小，在設(shè)計時增加腐蝕裕量就能夠使設(shè)備達到應(yīng)用的使用壽命。如碳鋼在強酸、強堿中的腐蝕。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)生沒有先兆，是造成設(shè)備失效的主要原因。8三、金屬腐蝕過程及特點金屬腐蝕過程：在相界面上進行化學反應(yīng)或電化學反應(yīng)腐蝕介質(zhì)通過對流和擴散作業(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：腐蝕由表及里。腐蝕造成的破壞一般先從金屬表面開始，伴隨著腐蝕過程的進一步發(fā)展，腐蝕破壞擴展到金屬材料內(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，腐蝕過程與這一保護層的化學成分、組織結(jié)構(gòu)狀態(tài)及孔隙率等因素密切相關(guān)。一旦保護層受到機械損傷或化學侵蝕后，金屬的腐蝕將大大加速。三、金屬腐蝕過程及特點10金屬腐蝕特點：腐蝕由表及里。腐蝕造成的破壞一般先從金屬表面開始，伴隨著腐蝕過程的進一步發(fā)展，腐蝕破壞擴展到金屬材料內(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，腐蝕過程與這一保護層的化學成分、組織結(jié)構(gòu)狀態(tài)及孔隙率等因素密切相關(guān)。一旦保護層受到機械損傷或化學侵蝕后，金屬的腐蝕將大大加速。三、金屬腐蝕過程及特點11四、金屬腐蝕形態(tài)點蝕：由于金屬材料中存在缺陷、雜質(zhì)和溶質(zhì)等的不均一性，當介質(zhì)中含有某些活性陰離子（如Cl－）時，這些活性陰離子首先被吸附在金屬表面某些點上，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，由于陽極面積比陰極面積小得多，陽極電流密度很大，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)象被稱為點蝕.

12點蝕：

在石油、化工的腐蝕失效類型統(tǒng)計中，點蝕約占20%～25%。流動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，促使點蝕的生成；粗糙的表面比光滑的表面更容易發(fā)生點蝕；PH值降低、溫度升高都會增加點蝕的傾向。氧化性金屬離子（如Fe3+、Cu2+、Hg2+等）能促進點蝕的產(chǎn)生。點蝕腐蝕速率很快，嚴重時可造成設(shè)備穿孔，危險性很大。點蝕會使晶間腐蝕、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)的移動受到了阻滯，形成濃差電池，產(chǎn)生局部腐蝕，稱為縫隙腐蝕?？p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)備的正常運行造成嚴重障礙，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)的低于強度極限的脆性開裂現(xiàn)象，稱為應(yīng)力腐蝕開裂.應(yīng)力腐蝕開裂是先在金屬的腐蝕敏感部位形成微小凹坑，產(chǎn)生細長的裂縫，且裂縫擴展很快，能在短時間內(nèi)發(fā)生嚴重的破壞。應(yīng)力腐蝕開裂在石油、化工腐蝕失效類型中所占比例最高，可達50%.四、金屬腐蝕形態(tài)15應(yīng)力腐蝕：

應(yīng)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(nèi)，因腐蝕過程局部化和拉應(yīng)力作用的結(jié)果，使裂紋生核；第二階段為腐蝕裂紋發(fā)展時期，當裂紋生核后，在腐蝕介質(zhì)和金屬中拉應(yīng)力的共同作用下，裂紋擴展；第三階段中，由于拉應(yīng)力的局部集中，裂紋急劇生長導致零件的破壞.

一般來說，介質(zhì)中氯化物濃度的增加，會縮短應(yīng)力腐蝕開裂所需的時間。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，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，才會發(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，都會使腐蝕疲勞強度下降。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，材料幾乎喪失了強度，輕輕敲擊便成為粉末.一般認為，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(wěn)定化元素（鈦、鈮），以控制晶界上析出的碳化物及采用適當?shù)臒崽幚碇贫群瓦m當?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)生的材料破壞過程叫磨損腐蝕。磨損腐蝕可發(fā)生在高速流動的流體管道及載有懸浮摩擦顆粒流體的泵、管道等處。有的過流部件，如高壓減壓閥中的閥瓣（頭）和閥座、離心泵的葉輪、風機中的葉片等，在這些部位腐蝕介質(zhì)的相對流動速度很高，使鈍化型耐蝕金屬材料表面的鈍化膜，因受到過分的機械沖刷作用而不易恢復，腐蝕率會明顯加劇，如果腐蝕介質(zhì)中存在著固相顆粒，會大大加劇磨損腐蝕.

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，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；③金屬表面的極化和由于陰、陽極反應(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50毫伏）的金屬作為相接觸的電偶對；②減小較正電極電位金屬的面積，盡量使電極電位較負的金屬表面積增大；③盡量使相接觸的金屬電絕緣,并使介質(zhì)電阻增大；④充分利用防護層,或設(shè)法外加保護電位。選擇防護方法時應(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。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，防護層和陰極保護等也是常用的防護方法。

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性能發(fā)生改變的現(xiàn)象，又稱氫致開裂或氫脆。氫的來源有：在冶煉、酸洗、焊接或電鍍等工藝過程中鋼所吸收的氫；使用過程中由環(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陰極過程所釋放的氫。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：

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

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，可保護鍋爐管少受腐蝕；先除去密閉倉庫進入空氣的水分，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程。緩蝕劑可分為無機緩蝕劑、有機緩蝕劑和氣相緩蝕劑三類。有機緩蝕劑屬于吸附型緩蝕劑，它們吸附在金屬表面形成幾個分子厚的不可見膜，一般同時阻滯陽極和陰極反應(yīng)。氣相緩蝕劑多是揮發(fā)性強的物質(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，吸附在金屬表面使腐蝕減緩，一般用于金屬零部件的保護、貯藏和運輸。

五、腐蝕控制途徑26陰極保護：

金屬電化學腐蝕過程中，微型電池的陰極是接受電子產(chǎn)生還原反應(yīng)的電極，陽極是失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)的電極，只有陽極才發(fā)生腐蝕。陰極保護法就是將需要保護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、水庫閘門、油氣井等。

五、腐蝕控制途徑27陽極保護：

一些可以鈍化的金屬，當從外部通入電流，電位隨電流上升，達到致鈍電位后，腐蝕電流急速下降，后隨電位上升，腐蝕電流不變，直到過鈍區(qū)為止。利用這個原理，以要保護的設(shè)備為陽極導入電流，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)不是熱力學穩(wěn)定狀態(tài)，而是一種遠離平衡的耗散結(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Cr量達12%以上時，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，可擴大鈍化范圍，還可提高機械性能。

五、腐蝕控制途徑29表面處理：

金屬保護中常用對其表面進行處理以防止腐蝕。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)定密實的鈍化膜，抗蝕性大大增加。在金屬表面處理時，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