金屬腐蝕機理及分類

1、金屬的腐蝕機理1.11.1.1 金屬腐蝕的定義金屬及其制品在生產(chǎn)和使用過程中，在周圍環(huán)境因素的作用下，發(fā)生破壞變質(zhì)，改變了原有的化學(xué)、物理、機械等特性，稱為金屬腐蝕。根據(jù)金屬腐蝕過程，可以把腐蝕分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩大類。1.1.2 化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕是金屬與環(huán)境介質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的損傷。特點：。1在腐蝕過程中沒有電流產(chǎn)生，。2腐蝕產(chǎn)物直接產(chǎn)生并覆蓋在發(fā)生腐蝕的地方。O3化學(xué)腐蝕往往在高濕的氣體介質(zhì)中發(fā)生。鋼鐵在高溫氣體環(huán)境中很容易被腐蝕，如果同時有鹽類或含硫物質(zhì)存在，則會加速高溫氧化，這稱為熱腐蝕。1.1.3 電化學(xué)腐蝕航空器上所發(fā)生的腐蝕大多數(shù)屬于電化學(xué)腐蝕。一、原電池凡能將化學(xué)

2、能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置稱作原電池。電化學(xué)腐蝕的最顯著的特征是電化學(xué)腐蝕過程中有自由電子流動，產(chǎn)生電流。二、電化學(xué)腐蝕與腐蝕電池電化學(xué)腐蝕就是在金屬上產(chǎn)生若干原電池（實際上是短路原電池，即稱腐蝕電池），金屬成為陽極，遭到溶解而發(fā)生腐蝕。形成原電池的條件：1、兩種金屬（或兩個區(qū)域）之間存在電位差；2、兩種金屬之間有導(dǎo)電通路；3、有腐蝕環(huán)境或腐蝕溶液。鋁合金的電化學(xué)腐蝕：含有銅的鋁合金構(gòu)件處在潮濕的大氣中，在其表面形成一層電解質(zhì)溶液薄膜。這就構(gòu)成了腐蝕電池。該腐蝕電池的陽極為電位較低的基體鋁（-1.66V） ，陰極為電位較高的添加元素銅（ +0.337V） 。電子由鋁流向銅，鋁遭到溶解。根據(jù)組成腐蝕電池

3、的大小，可以把腐蝕電池分為宏電池及微電池兩類。造成金屬表面電位不同，形成微電池的原因很多，常見的有：（ 1 ）金屬表面化學(xué)組成不均，夾雜有雜質(zhì)。（ 2）金屬表面組織不均。（ 3）金屬表面生成氧化膜不均勻。（ 4）金屬表面物理狀態(tài)不均勻。金屬在機械加工過程中，受到拉、壓、剪切作用，或由于熱處理不均勻，造成不同部位表面的內(nèi)應(yīng)力和變形不同。通常，變形大，內(nèi)應(yīng)力高的地方為陽極，易受到腐蝕。常見金屬及其合金的電位：一、 Mg 及其合金，鋁合金5052、 5056、 5036、 6061、 6063、 5356二、Zn、Cd、除以上6種以外的鋁合金三、除不銹鋼之外的碳鋼、合金鋼、Fe、 Pb、 Sn四、C

4、u、Cr、Ni、Ag、Au、Pt、Ti、鉆、銬、不銹鋼同一組中，電位基本一致，基本不發(fā)生電化學(xué)腐蝕；不同組中，第一組電位最低，為陽極，被腐蝕。1.2 腐蝕類型1.2.1 電偶腐蝕（宏電池腐蝕） 兩種或兩種以上的具有不同電位的金屬相接觸時產(chǎn)生的腐蝕稱為電偶腐蝕。1.2.2 犧牲性腐蝕為了保護基體金屬，避免基體金屬腐蝕，經(jīng)常采用的較為有效的防護措施是通過滾壓、電鍍或噴涂等方法，在基體金屬上形成一層金屬保護薄膜層。這層金屬保護薄膜能起到隔離腐蝕介質(zhì)的作用。同時， 這層金屬保護薄膜的電位較低，如果保護薄膜受到損傷，遭到腐蝕的首先是金屬保護薄膜。例如，在鋁合金（2024 鋁合金）上包覆純鋁（1230）層

5、，則這層包鋁層相對于2024 鋁合金就是陽極。又如，在合金鋼上鍍鋅或鍍鎘，鍍層就是陽極。合金鋼上。1鍍鋅或鍍鎘，與。2鍍銘或鍍饃防腐原理相同嗎？鍍層破損后有何不同？腐蝕速度？O1鍍層為陽極。2鍍層為陰極1.2.3 縫隙腐蝕金屬與金屬或金屬與非金屬之間，由于存在特定的狹小縫隙，限制了與腐蝕有關(guān)物質(zhì)（如溶解氧等）的擴散。從而形成以縫隙為陽極的（氧）濃差電池，使縫隙內(nèi)金屬發(fā)生強烈的局部腐蝕。這種腐蝕稱為縫隙腐蝕。經(jīng)驗表明，縫隙腐蝕通常與在搭接處、墊片底面、螺帽底面、鉚釘頭周圍的縫隙處存在有少量不易流動的積液有關(guān)。它通常發(fā)生在縫隙內(nèi)，不易發(fā)現(xiàn)。持續(xù)地腐蝕可使金屬表面產(chǎn)生蝕坑、蝕孔或使表面變粗糙?？p隙腐

6、蝕是鋁合金構(gòu)件中最常見的一種腐蝕形式。對于膠接鋁合金結(jié)構(gòu)，如果產(chǎn)生脫膠損傷，形成縫隙，就必然產(chǎn)生縫隙腐蝕。由于縫隙腐蝕發(fā)生在縫內(nèi)，在腐 蝕初期很難檢測出來?？p隙腐蝕的前期以微電池的電化腐蝕為主導(dǎo)，呈均勻腐蝕型；而到后期形成宏電池腐蝕?？p內(nèi)介質(zhì)流動不暢和腐蝕產(chǎn)物的水解催化作用成了加快腐蝕速度的主要因素。大氣中，特別是海洋大氣中含有氯化鈉，它們會沉降在航空器結(jié)構(gòu)上，對航空器結(jié)構(gòu)形成縫隙腐蝕環(huán)境。另外， 廚房和廁所中滲漏的溶液中也含有氯化物，對航空器結(jié)構(gòu)形成縫隙腐蝕環(huán)境?？刂苹驕p緩縫隙腐蝕的有效方法是使用防腐劑，排除水分，并阻止水分再進入縫隙中。1.2.4 絲狀腐蝕絲狀腐蝕是一種特殊形式的縫隙腐蝕，

7、多數(shù)情況發(fā)生在保護膜下面，又稱膜下腐蝕或漆膜下腐蝕。它在某些金屬保護層下以難以預(yù)知的方向擴展。腐蝕產(chǎn)物將漆膜拱起，呈現(xiàn)線絲狀。這種腐蝕經(jīng)常發(fā)生在緊固件的頭部或蒙皮的邊緣處。影響絲狀腐蝕的最主要因素是大氣的相對濕度。當(dāng)相對濕度高于65%時，才產(chǎn)生絲狀腐蝕；相對濕度高于90%，腐蝕主要表現(xiàn)為漆膜鼓泡。隨著濕度的增加，絲狀腐蝕線條變寬。絲狀腐蝕是一種輕微的表面腐蝕，但如果不及時維修，腐蝕會加重，甚至?xí)诰o固件孔周圍發(fā)展成晶間腐蝕。1.2.5 點腐蝕金屬表面上產(chǎn)生的點狀、小孔狀的一種極為局部的腐蝕形態(tài)稱為點腐蝕，或稱為孔腐蝕。結(jié)構(gòu)修理中常將點腐蝕稱為“麻坑”。點腐蝕對結(jié)構(gòu)的破壞性較大。它以腐蝕向材料厚

8、度方向迅速擴展為特征。這給清除腐蝕產(chǎn)物和修復(fù)工作帶來極大困難。點腐蝕還可能導(dǎo)致萌生疲勞裂紋。點腐蝕常常產(chǎn)生在金屬表面的保護膜不完整或破損處。點腐蝕也是一種特殊形式的縫隙腐蝕，它只不過是在坑底具有較高的腐蝕速度而已。通常，點腐蝕與其他形式腐蝕同時存在。1.2.6 晶間腐蝕沿著晶粒邊界或晶粒之間發(fā)生的選擇性腐蝕稱為晶間腐蝕（或晶界腐蝕）。Al-Cu 系鋁合金（如LY12， 2024 鋁合金）在時效硬化處理時，在晶間會沉淀出CuAl2 （圖1-8 中的B ） ，在晶粒邊界形成貧銅區(qū)（圖1-8 中的A） ，電位最低。所以，腐蝕沿著晶界貧銅區(qū)（ A 區(qū)）進行，產(chǎn)生晶界腐蝕。金屬發(fā)生晶間腐蝕之后，其外觀可

9、能沒有明顯變化，但原有的物理、機械性能幾乎完全喪失。由于晶間腐蝕不易檢查，常常造成結(jié)構(gòu)件突然破壞；另外，晶間腐蝕有時會誘發(fā)應(yīng)力腐蝕，所以危害性很大。1.2.7 剝層腐蝕剝層腐蝕是一種特定形式的晶間腐蝕。具有晶間腐蝕傾向的鋁合金經(jīng)過鍛造、擠壓、 滾壓或沖壓后，晶粒變成寬長而扁平的形狀，在一定的腐蝕環(huán)境中就容易產(chǎn)生剝層腐蝕。這種腐蝕通常起始于保護層薄弱或有損傷處，或者起始于晶粒流線被切斷的地方。剝層腐蝕發(fā)生后，有時可用肉眼發(fā)現(xiàn)，因為結(jié)構(gòu)件表面有腫漲凸起跡象。如果緊固件頭偏斜，頭部拔出或破壞，可能是由于發(fā)生了剝層腐蝕。當(dāng)剝層腐蝕較輕時，可用手指沿表面移動觸摸，如果手感表面有鼓起現(xiàn)象，則構(gòu)件可能產(chǎn)生剝

10、層腐蝕。1.2.8 微生物腐蝕環(huán)境促使霉菌繁殖所產(chǎn)生的分泌物（酸性）對構(gòu)件的腐蝕稱為微生物腐蝕。微生物腐蝕主要發(fā)生在結(jié)構(gòu)油箱內(nèi)。這種霉菌分泌物能破壞和穿透油箱鋁合金結(jié)構(gòu)保護層和密封膠。1.2.9 水銀腐蝕如果鋁合金表面的一層氧化膜已被刮傷或損壞的話，水銀與鋁合金會迅速地汞齊化。水或潮濕空氣會加速汞齊化過程。水銀在汞齊化過程中并沒有消耗掉。鋁的氧化物會從汞齊化物中分解出來，而水銀則再繼續(xù)侵蝕鋁合金。受力的鋁合金構(gòu)件汞齊化后，會迅速地萌生裂紋，其形狀如同應(yīng)力腐蝕裂紋。1.2.10 化學(xué)劑腐蝕當(dāng)航空器構(gòu)件直接接觸侵蝕性化學(xué)劑或受到這種化學(xué)劑蒸汽的作用時，都會產(chǎn)生化學(xué)劑腐蝕。通常，航空器在以下幾種情況

11、可能發(fā)生化學(xué)劑腐蝕：（ 1 ）電瓶溢出的電解液；（ 2）不正確地使用維護液，例如，消毒劑、除臭劑、清洗液或涂層清除劑等。如果阿洛丁進入縫隙內(nèi)，不能清除，也會造成化學(xué)腐蝕；（ 3）貨艙中運載的化學(xué)劑；（4）液壓油會破壞涂層，使涂層起泡。如果液壓油泄漏或潑濺到高溫（270 丁以上）鈦合金構(gòu)件上，會使液壓油產(chǎn)生酸性物質(zhì)，從而使鈦合金構(gòu)件產(chǎn)生嚴(yán)重化學(xué)劑腐蝕。（ 5）使用在跑道和滑行道上的除冰雪化學(xué)劑對航空器是非常有害的，特別是對起落架和起落架艙，會引起嚴(yán)重的化學(xué)劑腐蝕；（ 6）廁所贓物泄漏，向機外泄漏，吹到飛機結(jié)構(gòu)上，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生腐蝕。（ 7）除冰劑和滅火劑也會對航空器產(chǎn)生化學(xué)劑腐蝕。1.2.11 應(yīng)力

12、腐蝕合金在恒定拉應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)聯(lián)合作用下發(fā)生的腐蝕。應(yīng)力腐蝕有三要素：1、 材料是對腐蝕敏感的合金（純金屬不發(fā)生應(yīng)力腐蝕）2、 腐蝕介質(zhì)的存在3、 恒定的拉應(yīng)力。1.3 腐蝕產(chǎn)物的清除1.3.1 必須及時徹底清除腐蝕產(chǎn)物一、必須及時清除腐蝕產(chǎn)物因為：（ 1 ）腐蝕產(chǎn)物是一種或多種多孔鹽類，吸潮性較強，起加速腐蝕的作用。如果不及時清除腐蝕產(chǎn)物，將會使腐蝕變得越來越嚴(yán)重。（ 2）如果結(jié)構(gòu)的腐蝕嚴(yán)重，可能會危及飛行安全。二、必須徹底地清除腐蝕產(chǎn)物如果沒有去除所有腐蝕物，留下部分殘余腐蝕產(chǎn)物，將會繼續(xù)腐蝕構(gòu)件。清除腐蝕產(chǎn)物后，要用 10 倍放大鏡、滲透法或渦流法（對于應(yīng)力腐蝕情況）檢查是否還存在腐蝕產(chǎn)

13、物。當(dāng)選用滲透法時，通常選用熒光滲透法。另外，滲透檢查前，要酸洗檢查部位。這是因為腐蝕產(chǎn)物可能會堵塞表面開口。絕對不允許未清除腐蝕產(chǎn)物就把漆涂在被腐蝕的構(gòu)件表面。1.3.2 采用機械方法清除腐蝕產(chǎn)物對于較輕的腐蝕，通常采用砂紙、砂布、打磨墊以及金屬刷、毛刷、刮削器、銼刀等工具進行人工打磨，清除腐蝕產(chǎn)物；對于較嚴(yán)重的腐蝕，通常采用手握動力工具，例如圓盤打磨器、砂輪和噴丸設(shè)備等清除腐蝕產(chǎn)物。通常使用氣動馬達(dá)作為動力工具。這是因為清除腐蝕產(chǎn)物過程中所產(chǎn)生的粉塵導(dǎo)電，易使電動馬達(dá)短路。當(dāng)采用動力工具清除腐蝕產(chǎn)物時，要特別注意不要使基體金屬過熱，也不要過度打磨。為徹底清除腐蝕產(chǎn)物，有時需要清除密封劑，拆

14、下部分緊固件和鄰近的構(gòu)件。可用木制的或塑料的楔狀物撐起構(gòu)件。一、 （ （題：用機械法清除鋁合金的腐蝕產(chǎn)物在清除腐蝕產(chǎn)物之前，應(yīng)先對腐蝕區(qū)域進行清洗和退漆，并確定腐蝕損傷的范圍。對于輕度腐蝕，較適用的清除腐蝕產(chǎn)物的方法是用氧化鋁砂紙或砂布打磨，也可以用浮石粉調(diào)水制成一種槳糊狀的膏狀物，涂抹在腐蝕區(qū)域上，用清潔的布擦拭；當(dāng)膏干燥成白粉，再用清潔的干布擦去腐蝕產(chǎn)物。如果仍有腐蝕的斑痕存在，再用 600 號水砂紙沾水打磨，清除掉剩下的腐蝕斑痕。（用氧化鋁砂紙或紗布打磨，也可用浮石粉作為研磨劑進行打磨）對于較嚴(yán)重腐蝕，可用鋁絲球或鋁絲刷清除。對于嚴(yán)重腐蝕，可使用帶尖的硬質(zhì)合金工具手工刮除；也可用細(xì)紋銼或

15、砂輪清除。必須指出，不能使用鋼絲棉或鋼絲刷清除鋁合金構(gòu)件的腐蝕產(chǎn)物。當(dāng)緊固件孔邊或附近有腐蝕損傷時，如果構(gòu)件較厚（例如機翼蒙皮）可采用適當(dāng)锪窩和加大緊固件孔尺寸的辦法清除腐蝕產(chǎn)物。） ）對于絲狀腐蝕，可用手提式噴丸機（采用玻璃彈丸）進行噴丸，清除腐蝕產(chǎn)物。如果操作正確， 可迅速清除腐蝕產(chǎn)物。它對包鋁層影響很小，但能形成一個適合于立即重涂漆層的光滑表面。二、用機械法清除合金鋼的腐蝕產(chǎn)物如果有可能，最好將合金鋼構(gòu)件離位清除腐蝕產(chǎn)物。對于拉伸強度達(dá)到1517MPa（ 220000 lbf / in2 ）以上的合金鋼，應(yīng)當(dāng)用砂紙打磨或噴丸清除腐蝕產(chǎn)物。不能使用動力工具清除腐蝕產(chǎn)物，以免合金鋼構(gòu)件表面過

16、熱，產(chǎn)生未回火馬氏體。也不能使用金屬刷清除腐蝕產(chǎn)物，因為金屬刷容易劃傷表面，產(chǎn)生應(yīng)力集中，降低疲勞壽命；對于拉伸強度在1517MPa 以下的合金鋼，可用鋼絲刷，并允許用手持的動力工具或噴丸方法清除腐蝕產(chǎn)物。但進給速度和動力工具轉(zhuǎn)速應(yīng)符合維修手冊中的有關(guān)規(guī)定。如果不知道合金鋼構(gòu)件的熱處理方式，可假定它的拉伸強度在1517MPa 以上。采用噴丸法清除合金鋼構(gòu)件的腐蝕產(chǎn)物是最有效的方法，彈丸要采用非常細(xì)的砂?；虿Ａ?。要注意保護沒有損傷的鎘鍍層或鉻鍍層。三、用機械法清除不銹鋼的腐蝕產(chǎn)物不銹鋼通常用于制作薄壁管件。不銹鋼的腐蝕產(chǎn)物是黑色的。通常，用鋼絲刷、鋼絲棉、砂 紙清除腐蝕產(chǎn)物，不能使用動力工具打磨或噴丸清除腐蝕產(chǎn)物。四、用機械法清除鈦合金的腐蝕產(chǎn)物鈦合金的腐蝕產(chǎn)物是白色或黑色的氧化物。清除腐蝕產(chǎn)物時，采用鋁絲棉或不銹鋼絲棉打磨。不能使用動力打磨工具。鈦合金的粉塵易引起火災(zāi)或爆炸。五、 Mg 合金的腐蝕產(chǎn)物可用毛刷、鬃刷或粗的鋼絲刷。1.3.3