材料腐蝕的種類、危害及解決辦法

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上材料腐蝕的種類、危害及解決辦法專心-專注-專業(yè)材料腐蝕的種類、危害及解決辦法康 昆 勇腐蝕是指材料受周圍環(huán)境的作用，發(fā)生有害的化學(xué)變化、電化學(xué)變化或物理變化而失去其固有性能的過程。通常環(huán)境介質(zhì)對材料有各種不同的作用，其中有多種作用可導(dǎo)致材料遭受破壞，但只有滿足以下兩個(gè)條件，才稱為腐蝕作用：材料受介質(zhì)作用的部分發(fā)生狀態(tài)變化，轉(zhuǎn)變成新相。在材料遭受破壞過程中，整個(gè)腐蝕體系的自由能降低。 材料腐蝕發(fā)生在材料表面。按腐蝕反應(yīng)進(jìn)行的方式分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。前者發(fā)生在非離子導(dǎo)體介質(zhì)中；后者發(fā)生在具有離子導(dǎo)電性的介質(zhì)中，故可通過改變材料的電極電位來改變腐蝕速度。按材料破壞特點(diǎn)

2、分為均勻腐蝕、局部腐蝕和選擇性腐蝕。均勻腐蝕指材料表面各處腐蝕破壞深度差別很小，沒有特別嚴(yán)重的部位，也沒有特別輕微的部分。局部腐蝕是材料表面的腐蝕破壞集中發(fā)生在某一區(qū)域，主要有孔蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕等。選擇性腐蝕是金屬材料在腐蝕介質(zhì)中，其活性組元產(chǎn)生選擇性溶解，由金屬材料合金組分的電化學(xué)差異所致。按腐蝕環(huán)境又分為微生物腐蝕、大氣腐蝕、土壤腐蝕、海洋腐蝕和高溫腐蝕等。金屬材料以及由它們制成的結(jié)構(gòu)物，在自然環(huán)境中或者在工況條件下，由于與其所處環(huán)境介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或者電化學(xué)作用而引起的變質(zhì)和破壞，這種現(xiàn)象稱為腐蝕，其中也包括上述因素與力學(xué)因素或者生物因素的共同作用。某些物理作用例如金屬材料在某些液態(tài)金

3、屬中的物理溶解現(xiàn)象也可以歸入金屬腐蝕范疇。一般而言，生銹專指鋼鐵和鐵基合金而言，它們在氧和水的作用下形成了主要由含水氧化鐵組成的腐蝕產(chǎn)物鐵銹。有色金屬及其合金可以發(fā)生腐蝕但并不生銹，而是形成與鐵銹相似的腐蝕產(chǎn)物，如銅和銅合金表面的銅綠，偶爾也被人稱作銅銹。由于金屬和合金遭受腐蝕后又回復(fù)到了礦石的化合物狀態(tài)，所以金屬腐蝕也可以說是冶煉過程的逆過程。上述定義不僅適用于金屬材料，也可以廣義地適用于塑料、陶瓷、混凝土和木材等非金屬材料。例如，涂料和橡膠由于陽光或者化學(xué)物質(zhì)的作用引起變質(zhì)，煉鋼爐襯的熔化以及一種金屬被另一種金屬熔融液態(tài)金屬腐蝕，這些過程的結(jié)果都屬于材料腐蝕，這是一種廣義的定義。金屬及其合

4、金至今仍然被公認(rèn)為是最重要的結(jié)構(gòu)材料，所以金屬腐蝕自然成為最引人注意的問題之一。腐蝕破壞的形式種類很多，在不同環(huán)境條件下引起金屬腐蝕的原因不盡相同，而且影響因素也非常復(fù)雜。為了防止和減緩腐蝕破壞及其損傷，通過改變某些作用條件和影響因素而阻斷和控制腐蝕過程，由此所發(fā)展的方法、技術(shù)及相應(yīng)的工程實(shí)施成為防腐蝕工程技術(shù)。 關(guān)于腐蝕還有一些其他形式的定義，比如可分為濕腐蝕和干腐蝕兩類。濕腐蝕指金屬在有水存在下的腐蝕，干腐蝕則指在無液態(tài)水存在下的干氣體中的腐蝕。由于大氣中普遍含有水，化工生產(chǎn)中也經(jīng)常處理各種水溶液，因此濕腐蝕是最常見的，但高溫操作時(shí)干腐蝕造成的危害也不容忽視。金屬在水溶液中的腐蝕是一種電化

5、學(xué)反應(yīng)。在金屬表面形成一個(gè)陽極和陰極區(qū)隔離的腐蝕電池，金屬在溶液中失去電子，變成帶正電的離子，這是一個(gè)氧化過程即陽極過程。與此同時(shí)在接觸水溶液的金屬表面，電子有大量機(jī)會(huì)被溶液中的某種物質(zhì)中和，中和電子的過程是還原過程，即陰極過程。常見的陰極過程有氧被還原、氫氣釋放、氧化劑被還原和貴金屬沉積等。隨著腐蝕過程的進(jìn)行，在多數(shù)情況下，陰極或陽極過程會(huì)因溶液離子受到腐蝕產(chǎn)物的阻擋，導(dǎo)致擴(kuò)散被阻而腐蝕速度變慢，這個(gè)現(xiàn)象稱為極化，金屬的腐蝕隨極化而減緩。干腐蝕一般指在高溫氣體中發(fā)生的腐蝕，常見的是高溫氧化。在高溫氣體中，金屬表面產(chǎn)生一層氧化膜，膜的性質(zhì)和生長規(guī)律決定金屬的耐腐蝕性。膜的生長規(guī)律可分為直線規(guī)律

6、、拋物線規(guī)律和對數(shù)規(guī)律。直線規(guī)律的氧化最危險(xiǎn)，因?yàn)榻饘偈е仉S時(shí)間以恒速上升。拋物線和對數(shù)的規(guī)律是氧化速度隨膜厚增長而下降，較安全，如鋁在常溫氧化遵循對數(shù)規(guī)律，幾天后膜的生長就停止，因此它有良好的耐大氣氧化性。又如根據(jù)腐蝕的形態(tài)，可分為均勻腐蝕和局部腐蝕兩種。在化工生產(chǎn)中，后者的危害更嚴(yán)重。均勻腐蝕發(fā)生在金屬表面的全部或大部，也稱全面腐蝕。多數(shù)情況下，金屬表面會(huì)生成保護(hù)性的膜，使腐蝕變慢。有些金屬 , 如鋼鐵在鹽酸中 , 不產(chǎn)生膜而迅速溶解。通常用平均腐蝕率（即材料厚度每年損失若干毫米）作為衡量均勻腐蝕的程度，也作為選材的原則 , 一般年腐蝕率小于11.5mm, 可認(rèn)為合用(有合理的使用壽命)。

7、局部腐蝕只發(fā)生在金屬表面的局部。其危害性比均勻腐蝕嚴(yán)重得多，它約占腐蝕破壞總數(shù)的70% , 而且可能是突發(fā)性和災(zāi)難性的, 會(huì)引起爆炸、火災(zāi)等事故。此外，腐蝕還可分為氫腐蝕、磨損腐蝕、選擇性腐蝕、點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、濃差腐蝕電池、電偶腐蝕、應(yīng)力腐蝕、晶間腐蝕等。 隨著非金屬材料越來越多地用作工程材料，非金屬材料失效現(xiàn)象也越來越引起人們的重視。腐蝕現(xiàn)象是十分普遍的。從熱力學(xué)的觀點(diǎn)出發(fā)，除了極少數(shù)貴金屬(Au、Pt等)外，一般材料發(fā)生病蝕都是一個(gè)自發(fā)過程。材料很少是由于單純機(jī)械因素(如拉、壓、沖擊、疲勞、斷裂和磨損等)或其他物理因素(如熱能、光能等)引起破壞的，絕大多數(shù)金屬和非金屬材料的破壞都與其周圍環(huán)

8、境的腐蝕因素有關(guān)。材料的腐蝕問題已成為當(dāng)今材料科學(xué)與工程領(lǐng)域不可忽略的課題。材料腐蝕問題遍及國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，日常生活、交通運(yùn)輸、機(jī)械、化工、冶金，尖端科學(xué)、國防，使用材料的地方都存在著腐蝕問題。腐蝕給社會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，約占國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值的24，目前，全世界由于腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)7000億美元。腐蝕事故危及人身安全。1965年3月，美國一輸氣管線因應(yīng)力腐蝕破裂著火，造成17人死亡。1970年, 日本大阪地下鐵道的管線因腐蝕折斷，造成瓦斯爆炸，乘客當(dāng)場死亡75人。1985.8.12，日本的一架波音747飛機(jī)由于構(gòu)件的應(yīng)力腐蝕斷裂而墜毀，造成500多人死亡的慘劇，直接經(jīng)濟(jì)損失1億多美元

9、。1979年, 中國某市液化石油氣貯罐由于腐蝕爆炸起火，傷亡幾十人。直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)630萬元。腐蝕引起的環(huán)境污染相當(dāng)嚴(yán)重的。由于腐蝕增加了工業(yè)廢水、廢渣的排放置和處理難度，增多了直接進(jìn)入大氣、土壤、江河及海洋中的有害物資，因此造成了自然環(huán)境的污染，破壞了生態(tài)平衡，危害了人民健康，妨礙了國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。研究解決腐蝕問題促進(jìn)科技進(jìn)步。不銹鋼的發(fā)明和應(yīng)用，促進(jìn)了硝酸和合成氨工業(yè)的發(fā)展。美國的阿波羅登月飛船貯存N2O4的高壓容器曾發(fā)生應(yīng)力腐蝕破裂，經(jīng)分析研究，加入質(zhì)量數(shù)量為0.6的NO之后才得以解決。美國著名的腐蝕學(xué)家方坦納(Fontana)認(rèn)為，如果找不到這個(gè)解決辦法登月計(jì)劃會(huì)推遲若干年。材料

10、的腐蝕研究具有很大的現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)意義。材料的腐蝕控制。實(shí)踐證明，若充分利用現(xiàn)有的防腐蝕技術(shù)，廣泛開展防腐蝕教育，實(shí)施嚴(yán)格的科學(xué)管理，因腐蝕而造成的經(jīng)濟(jì)損失中有3040是可以避免的；目前仍有一半以上的腐蝕損失還沒有行之有效的防蝕方法來避免；需加強(qiáng)腐蝕基礎(chǔ)理論與工程應(yīng)用的研究，防腐蝕工作的潛在經(jīng)濟(jì)價(jià)值是不容忽視的。金屬與合金的高溫氧化。金屬相對于其周圍的氣態(tài)都是熱不穩(wěn)定的。根據(jù)氣體成分和反應(yīng)條件不同，將反應(yīng)生成氧化物、硫化物、碳化物和氮化物等，或者生成這些反應(yīng)產(chǎn)物的混合物。在室溫或較低溫干燥的空氣中，反應(yīng)速度很低，這種不穩(wěn)定性對許多金屬影響不大；隨著溫度的上升，反應(yīng)速度急劇增加。在高溫條件下，金

11、屬與環(huán)境介質(zhì)中的氣相或凝聚相物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而遭受破壞的過程稱高溫氧化，亦稱高溫腐蝕。金屬高溫主要涉及以下幾個(gè)方面：化學(xué)工業(yè)中, 高溫過程，氨水和石油化工；金屬生產(chǎn)加工過程中，熱處理中碳氮共滲、鹽浴處理，增碳、氮化損傷和熔融鹽腐蝕；含有燃燒的各個(gè)過程，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、焚燒爐等，高溫氧化；核反應(yīng)堆運(yùn)行過程中，煤的氣化和液化產(chǎn)生的高溫硫化腐蝕。航空航天領(lǐng)域，發(fā)動(dòng)機(jī)葉片高溫氧化和高溫硫化腐蝕，宇宙飛船返回大氣層過程中的高溫氧化和高溫硫化腐蝕。高溫腐蝕的危害性：高溫腐蝕使金屬腐蝕生銹；造成大量金屬的耗損；破壞了金屬表面許多優(yōu)良的使用性能；降低了金屬橫截面承受負(fù)荷的能力；使高溫機(jī)械疲勞和熱疲勞性能下降。金屬高溫氧化的熱力學(xué)基礎(chǔ)：廣義的金屬氧化應(yīng)包括硫化、鹵化、氮化、 碳化，液態(tài)金屬腐蝕，混合氣體氧化，水蒸氣加速氧化，熱腐蝕等高溫氧化現(xiàn)象； 狹義的金屬高溫氧化僅僅指金屬(合金)與環(huán)境中的氧在高溫條件下形成氧化物的過程。研究金屬高溫氧化時(shí)，首先應(yīng)討論在給定條件下，金屬與氧相互作用能否自發(fā)地進(jìn)行或者能發(fā)生氧化反應(yīng)的條件是什么，這些問題可通過熱力學(xué)基本定律做出判斷。腐蝕控制的方法：1)根據(jù)使用的環(huán)境