腐蝕機理基本信息

老房木板上的生銹的鐵釘、鐵護欄的生銹、錫罐頭蓋的生銹、鋼筋的銹蝕、輪船設備的銹蝕、腐蝕的自來水管道流出黃色的水、輸油輸氣管道、開水管道、大雁塔廣場上銅雕塑上的銅綠、秦始皇的銅車馬、兵馬俑、銀首飾的變色、塑料的硬脆、橡膠輪胎的老化、古籍紙質的發(fā)黃變脆、絲綢的化絲、朽木、涂料的褪色、脫落、牙齒的壞爛、石頭的風化等等都是一種腐蝕現象。其中腐蝕包括非金屬腐蝕與金屬腐蝕。

金屬材料的腐蝕，是指金屬材料和周圍介質接觸時發(fā)生化學或電化學作用而引起的一種破壞現象。對于金屬而言，在自然界大多是以金屬化合物的形態(tài)存在。從熱力學的觀點來看，除了少數貴金屬(如金、鉑等)外，各種金屬都有轉變成離子的趨勢。因此，金屬元素比它們的化合物具有更高的自由能，必然有自發(fā)地轉回到熱力學上更穩(wěn)定的自然形態(tài)——氧化物的趨勢，所以說金屬腐蝕是自發(fā)的普遍存在的一種現象，是不可避免的。

金屬腐蝕給生產生活帶來很多不便，造成了巨大的經濟損失。全世界每年因為金屬腐蝕造成的直接經濟損失約達7000億美元，是地震、水災、臺風等自然災害造成損失總和的6倍。我國因金屬腐蝕造成的損失占國民生產總值(GNP)的4%左右，鋼鐵因腐蝕而報廢的數量約占鋼鐵當年產量的25%-30%。這些數據只是與腐蝕有關的直接損失數據，間接損失數據有時是難以統(tǒng)計的，甚至是一個驚人的數字。

腐蝕問題成為阻礙高新技術發(fā)展和國民經濟持續(xù)發(fā)展的重要制約因素，這樣研究金屬的腐蝕與防護便顯得非常的重要，本報告主要綜合講述了金屬的電化學腐蝕的基本原理和分類，以及討論了有關現實生產生活中具體的防護措施，以更好的指導現實實踐。

材料在和周圍介質接觸過程中，發(fā)生物理、化學或電化學反應等而使材料遭受破壞或性能惡化的過程稱作腐蝕。廣義的腐蝕指材料與環(huán)境間發(fā)生的化學或電化學相互作用而導致材料功能受到損傷的現象。狹義的腐蝕是指金屬與環(huán)境間的物理-化學相互作用，使金屬性能發(fā)生變化，導致金屬，環(huán)境及其構成系功能受到損傷的現象。

出于物理原因造成的破壞不稱為腐蝕，而稱為磨損或磨耗等等。但實際情況下腐蝕和物理損傷是伴隨發(fā)生的，物理損傷更是加速了腐蝕的進度。腐蝕現象非常普遍，但卻非常復雜。

由此而誕生的腐蝕科學是一門高度交叉性的綜合學科，涉及化學、電化學、物理學、材料學、表面科學、工程力學、冶金學、生物學等多個學科，它也將隨著這些學科的發(fā)展而不斷發(fā)展前進。近年來，腐蝕科學的基礎理論研究和應用研究都取得了長足的發(fā)展，創(chuàng)造出了巨大的經濟效益和社會效益。

①普遍性和廣泛性：腐蝕無處不在。天上地下、陸上水下；金屬、非金屬。航天器的生物腐蝕、大氣腐蝕；輪船、航空母艦的海水腐蝕。

②持續(xù)性：腐蝕無時不在。腐蝕的發(fā)生是一個持續(xù)、累積過程。有可能在無任何征兆條件下突然發(fā)生破壞。不是不爆，時候未到！腐蝕在我們身邊每時每刻悄悄地發(fā)生著，它吞噬著人們的勞動成果，改變了歷史的原貌?！肚那倪M行的破壞——金屬腐蝕》曹楚南院士的科普著作。

③非線性：腐蝕的速度并非總是線性過程，會隨外界條件的變化而變化。 ④自發(fā)性：腐蝕的發(fā)生完全是一個自發(fā)過程，就像水向低處流一樣。我們控制腐蝕就像要阻止水向低處流。從化學的角度來說就是從不穩(wěn)定態(tài)向穩(wěn)定態(tài)轉化的過程。金屬的腐蝕是金屬提純的逆向過程。危害性和嚴重性：很大。 ⑤危害性：腐蝕會影響設備的使用壽命，嚴重的會危及設備安全及人身安全，因而不可等閑視之。腐蝕造成的直接損失，如人員的傷亡、設備的破壞、裝置的損毀等造成直接的經濟損失，大家是有目共睹的。但更為重要的是，腐蝕所造成的相關間接損失也非常驚人。如一個電廠由于腐蝕而導致突然停電，將導致大批的工廠的巨大損失。橋梁、壓力容器、鍋爐、貯有劇毒、放射性物質的金屬容器、貯存核廢料的金屬容器等。腐蝕→停車停產→該廠經濟損失→連鎖反應→其他相關廠經濟損失→國內的經濟損失→國際的經濟損失→總的經濟損失。

⑥復雜性：腐蝕過程是一個非常復雜的物理、化學過程，涉及化學、電化學、物理學、材料學、表面科學、工程力學、冶金學、生物學等多個學科。盡管取得了長足的進步，但還有相當一部分仍舊不明了，還只能靠經驗、事后總結。

⑦腐蝕的可利用性：集成電路板工業(yè)、玻璃雕刻、干電池放電等。（任何事物都有兩面性）

腐蝕按材料從大的方面分為金屬腐蝕和非金屬腐蝕。

由于金屬材料具有較高的機械強度、可塑性、良好的導熱性、導電性以及加工成型性等優(yōu)點，所以在工程材料中得到廣泛應用。

按機理分:① 化學腐蝕特征：發(fā)生化學反應，無腐蝕電流。如金屬和周圍介質如：酸、堿、鹽、O2、SO2、CO2、水蒸氣等直接接觸而引起的腐蝕、金屬在高溫下形成的氧化皮等。

② 電化學腐蝕特征：發(fā)生電化學反應，有腐蝕電流。如干電池對外供電。實際腐蝕過程絕大多數為電化學腐蝕。

按破壞形式分：① 全面腐蝕（均勻腐蝕）：腐蝕在金屬表面全面展開。如純金屬在強電解液里的腐蝕。一般，全面腐蝕，開始時腐蝕速率較大。一般，全面腐蝕的危害性較局部腐蝕小，而且可以事先預測。如衛(wèi)星接收天線鍋、暴露在大氣中的金屬管線等。

② 局部腐蝕：腐蝕只集中在金屬表面的局部區(qū)域，其它部分腐蝕很輕微或幾乎沒有。局部腐蝕的類型很多，如電偶腐蝕、孔蝕、縫隙腐蝕、選擇性腐蝕、應力腐蝕、磨蝕、晶間腐蝕、氫損傷等。局部腐蝕的危害較大，應引起足夠的重視。

按腐蝕環(huán)境分：①大氣腐蝕：金屬在大氣及任何潮濕性氣體中發(fā)生的腐蝕。最為普遍。

②電解質溶液腐蝕：酸、堿、鹽。污水處理系統(tǒng)中的腐蝕。

③海水腐蝕：本質還是電解質溶液腐蝕，但是一大類特定類型。海洋工程、海上石油鉆采平臺、設備、艦船、潛艇、航空母艦、海水換熱器等都會遭到海水腐蝕。

④非電解質溶液溶液腐蝕：金屬在不導電的溶液中的腐蝕，如金屬在有機液體如酒精、石油中的腐蝕；鋁在CCl4、CHCl3、C2H5OH中的腐蝕；Mg、Ti在CH3OH中的腐蝕。

⑤土壤腐蝕：供水、供氣、供油、供熱管網、設備的地埋部分。 ⑥生物腐蝕：硫酸鹽還原菌SRB、腐生菌等對油氣管道的生物腐蝕。

⑦其它環(huán)境下的腐蝕：如高溫（>100℃）、高壓、熔融電解質溶液等。高溫氣體腐蝕、發(fā)動機、火箭高溫廢氣腐蝕。

金屬腐蝕的危害：金屬腐蝕的危害首先在于腐蝕造成了巨大的經濟損失。這種損失可分為直接損失和間接損失。直接損失包括材料的損耗、設備的失效、能源的消耗以及為防止腐蝕所采取的涂層保護、電化學保護、選用耐蝕材料等的費用。由于腐蝕,使大量有用材料變?yōu)閺U料,估計全世界每年因腐蝕報廢的鋼鐵設備約為其年產量的30% ,造成地球上的有限資源日益枯竭. 全世界每90s就有1t鋼被腐蝕成鐵銹,而煉制1t鋼所需的能源可供一個家庭使用3個月,因此,腐蝕造成了對自然資源的極大浪費。因腐蝕而造成的間接損失往往比直接損失更大,甚至難以估計。這些損失包括因腐蝕引起的停工停產,產品質量下降,大量有用有毒物質的泄漏、爆炸,以及大規(guī)模的環(huán)境污染等。一些腐蝕破壞事故還造成了人員傷亡,直接威脅著人民群眾的生命安全。

金屬防腐蝕的方法很多，主要有改善金屬的本質，把被保護金屬與腐蝕介質隔開，或對金屬進行表面處理，改善腐蝕環(huán)境以及電化學保護等。

(1)改善金屬的本質

根據不同的用途選擇不同的材料組成耐蝕合金，或在金屬中添加合金元素，提高其耐蝕性，可以防止或減緩金屬的腐蝕。例如，在鋼中加入鎳制成不銹鋼可以增強防腐蝕能力。

(2)形成保護層

在金屬表面覆蓋各種保護層，把被保護金屬與腐蝕性介質隔開，是防止金屬腐蝕的有效方法。工業(yè)上普遍使用的保護層有非金屬保護層和金屬保護層兩大類。它們是用化學方法，物理方法和電化學方法實現的。

鋼結構材料存在的另一大問題是容易腐蝕。隨著我國經濟建設的飛速發(fā)展以及環(huán)境的污染，鋼材等金屬的腐蝕所造成的浪費十分巨大。每年由于腐蝕造成的損失難以估量。據報道，英國每年由于金屬腐蝕造成的損失達幾億英鎊；美國每年因金屬腐蝕造成的損失約占國民生產總值的4.2%；而我國每年因金屬腐蝕引起的損失約為國民生產總值的2.3%.

金屬防腐蝕的手段很多，如采用耐腐蝕金屬材料、電化學保護法、添加緩蝕劑、涂刷防腐蝕涂料等。其中以采用防腐蝕涂料最為普遍。這主要是由于采用涂料防腐蝕的使用范圍廣、施工方便、成本較低，而效果又較令人們滿意的緣故。防腐蝕涂料作為金屬防腐蝕的主要手段，各國多年來投入了大量的人力物力進行研究。

英國、美國、德國和日本等發(fā)達國家仍處于領先地位。防腐蝕涂料的品種很多，主要有：酚醛樹脂類、環(huán)氧樹脂類、過氯乙烯類、聚氨酯類、呋喃樹脂類、橡膠類等，應用于不同的防腐蝕場合。據報道，日本每年采用防腐蝕涂料所消耗的費用達2萬億日元，占各種防腐蝕措施總費用的65%左右，防腐蝕涂料在國民經濟建設中的地位可見一斑。我國通過幾十年的努力，在防腐蝕涂料領域也已取得了顯著的成果，以環(huán)氧樹脂、過氯乙烯、氯磺化聚乙烯、呋喃樹脂、聚氨酯等一大批樹脂為原料的防腐蝕涂料已被開發(fā)并成功地用于防腐蝕工程中。2100433B

應力腐蝕機理就是滑移-溶解理論。它可以簡單地歸結為四個過程，這就是滑移-膜破-陽極溶解-再鈍化。這一機理所提出的基本概念廣為多數人接受。但是，滑移-溶解機理只能很好地解釋沿晶斷裂的應力腐蝕，而對穿晶型斷裂如奧氏體不銹鋼的氯脆，卻遇到了很大困難。因為穿晶斷裂型的應力腐蝕，其斷裂表面不是在滑移面上，斷裂具有類似解理的特征。

防止應力腐蝕的辦法要視具體的材料-介質而定。例如低碳鋼容易產生堿脆和硝脆。在鍋爐的鉚接和焊接部位，少量的滲漏使溶融的鹽形成局部高濃度的苛性鈉，易產生堿脆。對于堿脆就要時時注意鍋爐用水處理，減少PH值或加入強氧化劑使鋼表面鈍化，加入一些抑制劑如硝酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽都可減緩應力腐蝕，也可用陰極保護的辦法。而對于硝脆則正相反，要增加溶液的PH值，或加入苛性鈉等堿性物質延緩應力腐蝕，當然，從電化學防護來說也可用陰極保護。對奧氏體不銹鋼的氯脆，首先從合金的成分加以改進，如從低鎳的18-8型(304、302型)改變成高鎳并加鉬的316型，進而采用A F的雙相鋼。對奧氏體不銹鋼也要特別注意冷變形或者焊接后的去除應力處理。2100433B

《地下結構混凝土硫酸鹽腐蝕機理及性能退化》是混凝土結構耐久性叢書之一。