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设备的局部腐蚀特征介绍

  如前所述,如果腐蚀只集中发生在金属表面局部区域上,其余大部分区域几乎不发生腐蚀,这种类型的腐蚀称为局部腐蚀。如不锈钢、铝合金等在海水中发生的小孔腐蚀等就属于局部腐蚀的范畴。

  全面腐蚀和局部腐蚀具有不同的特征:

  (1)在全面腐蚀中,其阴、阳极尺寸非常微小且相互紧密靠拢,有时用微观的方法也难以分辨它们,此时,大量的微阴极和微阳极无规律地分布于金属表面,因此可以认为在全面腐蚀中金属的自溶解是在整个电极表面上均匀进行的。在局部腐蚀中,材料上的阴、阳极区则截然分开,通常能够通过宏观进行识别,在微观上也可以加以区分。而且在局部腐蚀中,大多数情况下阳极区的面积都较小,而阴极区的面积则相对较大,即所谓的“小阳极一大阴极”,因而金属局部的溶解速度要比在全面腐蚀中迅速得多。

  (2)从腐蚀的机理和类型可知,发生局部腐蚀时,金属上生成的腐蚀电池或是由异种金属构成(如电偶腐蚀电池),或是由同一种金属因所接触介质的浓度差异而构成(如氧浓差电池),也可能是由于表面所生成的钝化膜的不连续性而构成(如活态一钝态电池),还有可能是因为介质和应力的共同作用而构成(如应力腐蚀裂纹)等。因而按照金属发生局部腐蚀时的条件、机理或外部特征等,把局部腐蚀分成几种类型,主要有电偶腐蚀、小孔腐蚀(点蚀)、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、端晶腐蚀、脱层腐蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳、选择性腐蚀、磨损腐蚀、空泡腐蚀、摩振腐蚀等。这些腐蚀中,电偶腐蚀是与不同金属组合因素有关的一类腐蚀,缝隙腐蚀、小孔腐蚀和晶间腐蚀等则与材料的表面状况和几何因素有关,而应力腐蚀、腐蚀疲劳和磨损腐蚀可归类于与力学因素有关的腐蚀类型,其余的腐蚀大多可认为与环境因素等有关系。而全面腐蚀仅可分为两种类型。

  (3)从控制腐蚀的角度来分析,全面腐蚀可以预测和及时防止,危害性较小,但对局部腐蚀而言,目前的预测和防止仍存在一定困难,腐蚀破坏事故甚至可能在没有明显征兆的情况下突然发生,因此危害性相当大。同时,根据对腐蚀破坏事例的统计表明,局部腐蚀的发生率要比全面腐蚀高得多。国外某公司对该公司十年来化工设备破坏事件的调查统计结果表明:全面腐蚀仅占8%,其余92%都属于局部腐蚀。由此可见局部腐蚀的严重性。这就是近年来对局部腐蚀的研究与控制日益受到重视的主要原因之一。

  本节根据影响腐蚀的主要因素,介绍生产系统中常见的局部腐蚀的类型、产生原因、机理和控制方法。

  一、电偶腐蚀

  电偶腐蚀又称为不同金属的接触腐蚀。这是因为在同一介质中,由于异种金属相接触所产生的腐蚀电位存在差异,导致两金属界面附近产生电偶电流而引起电化学腐蚀,其中电位较低的金属溶解速度增大,电位较高的金属溶解速度则减小。即发生电偶腐蚀时,电极电位较低的金属通常会加速腐蚀,而电极电位较高的金属的腐蚀则会减慢。这是一种因接触而引起的局部腐蚀。有时也将电偶腐蚀称为接触腐蚀或双金属腐蚀。实际上这是两种不同的电极接触构成的宏观腐蚀电池。

  在工矿企业中,机器设备的零部件往往由于某些功能要求或经济上的考虑,采用不同的材料组合,这是较普遍的,有时甚至是不可避免的,因而电偶腐蚀的现象广泛存在。图2-3 (a)为二氧化硫石墨冷凝器,管间通冷却介质——海水,由于石墨花板、管子与碳钢壳体构成电偶腐蚀,工作不到半年壳体便被腐蚀穿孔。图2-3 (b)是镀锌钢管与黄铜阀连接,首先镀锌层腐蚀,进一步导致碳钢管基体腐蚀。图2-3 (c)是维尼纶醛化液(含H2 SO4 、Na2 SO4 ,HCHO)槽,基体材料为316L不锈钢衬铅锡合金(含Sn6.4%和微量Cu、Fe等),由于衬里焊缝出现裂纹,引起不锈钢的强烈腐蚀。图2-4 (d)是石墨密封的泵造成的铜合金轴的电偶腐蚀。此外,图2-3 (e)示出一碳钢换热器,尽管两金属并未接触,但由于输送介质的泵采用石墨密封,工作中摩擦副产生的石墨磨屑在列管内沉积,通过这一间接途径引起了碳钢管的电偶腐蚀。这种例子在生产中经常可见,如循环冷却系统中的铜零件,由于腐蚀下来的铜离子可通过扩散而在碳钢设备表面上沉积,沉积的疏松铜粒子与碳钢之间可以形成微电偶腐蚀电池,结果引起了碳钢设备严重的局部腐蚀(如腐蚀穿孔)。这种现象归因于构成了间接的电偶腐蚀,可以认为是特殊条件下的电偶腐蚀。

  在实际工作中,碰到异种金属直接接触的情况下,应该考虑是否会引起严重的电偶腐蚀问题,尤其是在设备结构的设计上要引起必要的注意。


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