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(ren)為,在含氧的(de)(de)中性溶液中,縫隙(xi)腐蝕是由氧濃差電池引(yin)起的(de)(de)。過程如(ru)下:
起(qi)始階段,縫隙里面和外面金屬的(de)電化學反(fan)應一樣,都是(shi)陽(yang)極溶(rong)解,主要反(fan)應為:
隨著(zhu)反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)進(jin)(jin)(jin)行(xing),縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)(xi)內(nei)部氧(yang)含量降低,又難以(yi)補充(chong),造(zao)(zao)成(cheng)(cheng)陰(yin)極(ji)反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)減(jian)緩(huan)直至停(ting)止(zhi),但是(shi)陽極(ji)反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)繼續進(jin)(jin)(jin)行(xing)。為達(da)到反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)平衡,縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)(xi)內(nei)部的(de)(de)(de)陽極(ji)反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)只能由(you)外部的(de)(de)(de)陰(yin)極(ji)反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)平衡,造(zao)(zao)成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)結果(guo)是(shi):縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)(xi)外面(mian)的(de)(de)(de)陰(yin)極(ji)反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)面(mian)積(ji)大,內(nei)部的(de)(de)(de)陽極(ji)反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)面(mian)積(ji)小,加(jia)速(su)了(le)陽極(ji)反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)。一(yi)方(fang)面(mian),縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)(xi)內(nei)部由(you)于陽極(ji)反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)產(chan)生的(de)(de)(de)金屬離(li)子(zi)(zi)不易轉移(yi)到縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)(xi)外面(mian),縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)(xi)外部的(de)(de)(de)陰(yin)離(li)子(zi)(zi)會進(jin)(jin)(jin)入縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)(xi)內(nei)部使電荷保持(chi)平衡,特別是(shi)溶(rong)液中含氯(lv)離(li)子(zi)(zi)時(shi),會造(zao)(zao)成(cheng)(cheng)內(nei)部氯(lv)離(li)子(zi)(zi)含量升高。另一(yi)方(fang)面(mian),縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)(xi)內(nei)部由(you)于陽極(ji)溶(rong)解(jie)產(chan)生的(de)(de)(de)部分金屬離(li)子(zi)(zi)會發生水解(jie),造(zao)(zao)成(cheng)(cheng)氫離(li)子(zi)(zi)濃度增大,pH值降低。縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)(xi)內(nei)部氯(lv)離(li)子(zi)(zi)濃度的(de)(de)(de)升高以(yi)及(ji)pH值的(de)(de)(de)增加(jia)都會加(jia)速(su)鈍化膜溶(rong)解(jie)。縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)(xi)腐蝕(shi)示(shi)意圖如(ru)圖3-1所(suo)示(shi)。
假(jia)設材料表面是均勻的(de),縫(feng)隙(xi)內外“小陽(yang)極”“大陰(yin)極”的(de)反(fan)應持(chi)續進行(xing),則縫(feng)隙(xi)內會發(fa)生全面的(de)縫(feng)隙(xi)腐蝕(shi)(shi)。實際上,金屬表面的(de)鈍化(hua)膜(mo)會存(cun)在(zai)缺(que)陷(xian),諸(zhu)如表面夾雜、化(hua)學成(cheng)分不均勻、晶體缺(que)陷(xian)、機械破壞等。在(zai)侵蝕(shi)(shi)性陰(yin)離子存(cun)在(zai)的(de)情況(kuang)下,這些缺(que)陷(xian)部(bu)位(wei)的(de)鈍化(hua)膜(mo)優(you)先被破壞,發(fa)生點蝕(shi)(shi)或應力腐蝕(shi)(shi)等更(geng)為局部(bu)的(de)腐蝕(shi)(shi)形態。