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(feng)隙腐蝕(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(gang),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(ban)認(ren)為,在含氧(yang)的(de)中(zhong)性溶(rong)液中(zhong),縫隙腐(fu)蝕(shi)是由(you)氧(yang)濃差電池引起(qi)的(de)。過程如下:
起始階段,縫隙里面和外面金屬的電化學反應(ying)一樣,都是陽極溶解(jie),主要反應(ying)為:
隨(sui)著反(fan)(fan)(fan)應進(jin)行(xing),縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)內(nei)(nei)(nei)部(bu)氧(yang)含量降低(di)(di),又難以(yi)補充,造(zao)成(cheng)陰極(ji)反(fan)(fan)(fan)應減緩直(zhi)至停(ting)止,但是(shi)陽(yang)極(ji)反(fan)(fan)(fan)應繼續進(jin)行(xing)。為達到反(fan)(fan)(fan)應平(ping)(ping)衡,縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)內(nei)(nei)(nei)部(bu)的(de)(de)陽(yang)極(ji)反(fan)(fan)(fan)應只(zhi)能由(you)外部(bu)的(de)(de)陰極(ji)反(fan)(fan)(fan)應平(ping)(ping)衡,造(zao)成(cheng)的(de)(de)結果是(shi):縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)外面的(de)(de)陰極(ji)反(fan)(fan)(fan)應面積大,內(nei)(nei)(nei)部(bu)的(de)(de)陽(yang)極(ji)反(fan)(fan)(fan)應面積小(xiao),加(jia)速了陽(yang)極(ji)反(fan)(fan)(fan)應。一方面,縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)內(nei)(nei)(nei)部(bu)由(you)于陽(yang)極(ji)反(fan)(fan)(fan)應產生(sheng)的(de)(de)金屬離(li)(li)子(zi)不易轉移到縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)外面,縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)外部(bu)的(de)(de)陰離(li)(li)子(zi)會進(jin)入縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)內(nei)(nei)(nei)部(bu)使電荷保持平(ping)(ping)衡,特別(bie)是(shi)溶液中含氯離(li)(li)子(zi)時,會造(zao)成(cheng)內(nei)(nei)(nei)部(bu)氯離(li)(li)子(zi)含量升高。另一方面,縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)內(nei)(nei)(nei)部(bu)由(you)于陽(yang)極(ji)溶解(jie)產生(sheng)的(de)(de)部(bu)分金屬離(li)(li)子(zi)會發生(sheng)水解(jie),造(zao)成(cheng)氫離(li)(li)子(zi)濃度增(zeng)大,pH值(zhi)降低(di)(di)。縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)內(nei)(nei)(nei)部(bu)氯離(li)(li)子(zi)濃度的(de)(de)升高以(yi)及pH值(zhi)的(de)(de)增(zeng)加(jia)都會加(jia)速鈍化膜溶解(jie)。縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)腐蝕示(shi)意圖如圖3-1所示(shi)。
假設(she)材料表(biao)面是均(jun)勻(yun)的(de)(de),縫隙內(nei)外“小陽(yang)極(ji)(ji)”“大(da)陰極(ji)(ji)”的(de)(de)反應持續進(jin)行,則縫隙內(nei)會(hui)發(fa)生全面的(de)(de)縫隙腐蝕(shi)(shi)(shi)。實際上(shang),金屬表(biao)面的(de)(de)鈍化膜會(hui)存在缺陷,諸(zhu)如表(biao)面夾雜、化學(xue)成分不均(jun)勻(yun)、晶(jing)體缺陷、機(ji)械(xie)破壞等(deng)。在侵(qin)蝕(shi)(shi)(shi)性陰離子存在的(de)(de)情(qing)況下,這(zhe)些缺陷部位的(de)(de)鈍化膜優先(xian)被破壞,發(fa)生點蝕(shi)(shi)(shi)或應力腐蝕(shi)(shi)(shi)等(deng)更為局部的(de)(de)腐蝕(shi)(shi)(shi)形態(tai)。