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(ao)氏體不(bu)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(ren)為,在含氧(yang)(yang)的中性溶液中,縫隙腐蝕是由(you)氧(yang)(yang)濃(nong)差(cha)電池(chi)引起(qi)的。過程如(ru)下:
起始(shi)階(jie)段,縫隙里面(mian)和(he)外(wai)面(mian)金(jin)屬的電化學反應(ying)一樣,都是陽極溶解(jie),主要反應(ying)為:
隨著反(fan)(fan)(fan)應(ying)進行,縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)(xi)內(nei)(nei)部(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)氧(yang)含(han)(han)量(liang)降(jiang)低,又難以補充(chong),造成(cheng)(cheng)(cheng)陰極(ji)(ji)(ji)(ji)反(fan)(fan)(fan)應(ying)減緩(huan)直至(zhi)停止,但是(shi)陽(yang)極(ji)(ji)(ji)(ji)反(fan)(fan)(fan)應(ying)繼(ji)續進行。為(wei)達到反(fan)(fan)(fan)應(ying)平衡(heng)(heng),縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)(xi)內(nei)(nei)部(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)的(de)陽(yang)極(ji)(ji)(ji)(ji)反(fan)(fan)(fan)應(ying)只能由(you)外(wai)部(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)的(de)陰極(ji)(ji)(ji)(ji)反(fan)(fan)(fan)應(ying)平衡(heng)(heng),造成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)結果是(shi):縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)(xi)外(wai)面(mian)(mian)的(de)陰極(ji)(ji)(ji)(ji)反(fan)(fan)(fan)應(ying)面(mian)(mian)積(ji)大,內(nei)(nei)部(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)的(de)陽(yang)極(ji)(ji)(ji)(ji)反(fan)(fan)(fan)應(ying)面(mian)(mian)積(ji)小,加速了陽(yang)極(ji)(ji)(ji)(ji)反(fan)(fan)(fan)應(ying)。一(yi)方面(mian)(mian),縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)(xi)內(nei)(nei)部(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)由(you)于陽(yang)極(ji)(ji)(ji)(ji)反(fan)(fan)(fan)應(ying)產生的(de)金屬離(li)子(zi)(zi)不易(yi)轉移到縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)(xi)外(wai)面(mian)(mian),縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)(xi)外(wai)部(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)的(de)陰離(li)子(zi)(zi)會(hui)(hui)進入縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)(xi)內(nei)(nei)部(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)使(shi)電(dian)荷保持平衡(heng)(heng),特(te)別是(shi)溶液(ye)中含(han)(han)氯(lv)離(li)子(zi)(zi)時,會(hui)(hui)造成(cheng)(cheng)(cheng)內(nei)(nei)部(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)氯(lv)離(li)子(zi)(zi)含(han)(han)量(liang)升(sheng)高。另一(yi)方面(mian)(mian),縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)(xi)內(nei)(nei)部(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)由(you)于陽(yang)極(ji)(ji)(ji)(ji)溶解產生的(de)部(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)分金屬離(li)子(zi)(zi)會(hui)(hui)發生水解,造成(cheng)(cheng)(cheng)氫(qing)離(li)子(zi)(zi)濃度(du)增大,pH值(zhi)降(jiang)低。縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)(xi)內(nei)(nei)部(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)氯(lv)離(li)子(zi)(zi)濃度(du)的(de)升(sheng)高以及pH值(zhi)的(de)增加都會(hui)(hui)加速鈍化膜溶解。縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)(xi)腐蝕示意圖如(ru)圖3-1所示。
假設材料表面(mian)是均(jun)勻的,縫隙(xi)內外(wai)“小陽(yang)極”“大陰(yin)極”的反應(ying)持續進行(xing),則縫隙(xi)內會(hui)發(fa)生全面(mian)的縫隙(xi)腐蝕。實際(ji)上,金屬表面(mian)的鈍(dun)化膜(mo)會(hui)存(cun)在缺陷(xian),諸(zhu)如表面(mian)夾(jia)雜、化學成分不均(jun)勻、晶體缺陷(xian)、機(ji)械破壞(huai)等(deng)。在侵蝕性陰(yin)離子(zi)存(cun)在的情況(kuang)下,這些缺陷(xian)部位的鈍(dun)化膜(mo)優先被破壞(huai),發(fa)生點蝕或應(ying)力腐蝕等(deng)更為局部的腐蝕形態。