縫隙腐蝕具有普遍性,對于金屬類型和腐蝕介質沒有“選擇性”,即幾乎全部種類的金屬都會發生該類腐蝕,腐蝕性介質都可能造成該類腐蝕。浙江至德鋼業有限公司本次主要介紹縫隙腐(fu)蝕(shi)機理、影響因素、研究縫隙腐蝕的數值方法,并提出相關預防措施。
縫隙腐蝕屬于電化學腐蝕的一種類型,其機理包括金屬離子濃差電池理論、氧濃差電池理論、活化-鈍化電池理論等,其中氧濃差電池理論被大家普遍接受。對于服役于含氯離子環境中的奧氏(shi)體(ti)不銹鋼,氯離子會在縫隙內聚集,引發點蝕,加速縫隙腐蝕,該類腐蝕稱為點蝕型縫隙腐蝕。縫隙腐蝕和應力腐蝕相比,前者是局部的全面腐蝕或密度較大的坑蝕。從實際腐蝕案例來看,在氯離子以及拉應力存在的情況下(特別是拉應力較大的情況),生應力腐蝕的概率遠大于縫隙腐蝕。
一般認為,在含氧的(de)中(zhong)性溶液中(zhong),縫隙腐蝕是由(you)氧濃(nong)差電池引(yin)起的(de)。過程如下:
起始階(jie)段,縫隙里面(mian)和外面(mian)金屬的電化學反應(ying)一樣(yang),都是陽極溶(rong)解(jie),主要(yao)反應(ying)為:
隨著反(fan)應(ying)(ying)進(jin)行,縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)(xi)內(nei)(nei)(nei)部(bu)(bu)(bu)氧含(han)(han)量降(jiang)低(di),又難以(yi)(yi)補充(chong),造(zao)成陰極(ji)(ji)(ji)反(fan)應(ying)(ying)減緩直至停止,但是(shi)(shi)陽極(ji)(ji)(ji)反(fan)應(ying)(ying)繼續進(jin)行。為達到(dao)反(fan)應(ying)(ying)平衡(heng),縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)(xi)內(nei)(nei)(nei)部(bu)(bu)(bu)的(de)(de)(de)(de)(de)陽極(ji)(ji)(ji)反(fan)應(ying)(ying)只能(neng)由外(wai)部(bu)(bu)(bu)的(de)(de)(de)(de)(de)陰極(ji)(ji)(ji)反(fan)應(ying)(ying)平衡(heng),造(zao)成的(de)(de)(de)(de)(de)結果是(shi)(shi):縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)(xi)外(wai)面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)陰極(ji)(ji)(ji)反(fan)應(ying)(ying)面(mian)積大,內(nei)(nei)(nei)部(bu)(bu)(bu)的(de)(de)(de)(de)(de)陽極(ji)(ji)(ji)反(fan)應(ying)(ying)面(mian)積小,加(jia)速了陽極(ji)(ji)(ji)反(fan)應(ying)(ying)。一(yi)方面(mian),縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)(xi)內(nei)(nei)(nei)部(bu)(bu)(bu)由于陽極(ji)(ji)(ji)反(fan)應(ying)(ying)產生的(de)(de)(de)(de)(de)金屬(shu)離(li)(li)(li)子(zi)不易轉移到(dao)縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)(xi)外(wai)面(mian),縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)(xi)外(wai)部(bu)(bu)(bu)的(de)(de)(de)(de)(de)陰離(li)(li)(li)子(zi)會(hui)進(jin)入縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)(xi)內(nei)(nei)(nei)部(bu)(bu)(bu)使電荷保持平衡(heng),特別是(shi)(shi)溶(rong)液中含(han)(han)氯(lv)離(li)(li)(li)子(zi)時,會(hui)造(zao)成內(nei)(nei)(nei)部(bu)(bu)(bu)氯(lv)離(li)(li)(li)子(zi)含(han)(han)量升高。另一(yi)方面(mian),縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)(xi)內(nei)(nei)(nei)部(bu)(bu)(bu)由于陽極(ji)(ji)(ji)溶(rong)解產生的(de)(de)(de)(de)(de)部(bu)(bu)(bu)分金屬(shu)離(li)(li)(li)子(zi)會(hui)發生水解,造(zao)成氫離(li)(li)(li)子(zi)濃(nong)度增大,pH值降(jiang)低(di)。縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)(xi)內(nei)(nei)(nei)部(bu)(bu)(bu)氯(lv)離(li)(li)(li)子(zi)濃(nong)度的(de)(de)(de)(de)(de)升高以(yi)(yi)及pH值的(de)(de)(de)(de)(de)增加(jia)都會(hui)加(jia)速鈍化膜溶(rong)解。縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)(xi)腐蝕示(shi)意圖(tu)如圖(tu)3-1所(suo)示(shi)。
假設材(cai)料(liao)表(biao)面(mian)(mian)是(shi)均勻的,縫隙內(nei)外“小陽極”“大陰極”的反應(ying)持續進(jin)行(xing),則縫隙內(nei)會發生全面(mian)(mian)的縫隙腐(fu)蝕(shi)(shi)。實際上,金屬(shu)表(biao)面(mian)(mian)的鈍(dun)化膜會存在(zai)(zai)缺(que)(que)陷,諸如表(biao)面(mian)(mian)夾(jia)雜(za)、化學成分不均勻、晶體缺(que)(que)陷、機械(xie)破(po)壞等。在(zai)(zai)侵蝕(shi)(shi)性陰離(li)子存在(zai)(zai)的情況下,這些(xie)缺(que)(que)陷部位的鈍(dun)化膜優先被(bei)破(po)壞,發生點蝕(shi)(shi)或應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)等更為局(ju)部的腐(fu)蝕(shi)(shi)形態。