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循环水系统中金属腐蚀的形态

工业循环水处理首页    金属腐蚀    循环水系统中金属腐蚀的形态

 

    在循环水系统的正常运行过程中以及化学清洗过程中,金属常常会发生不同形态的腐蚀。

    现将发生的金属腐蚀形态归纳为以下几种:

    1.均匀腐蚀(全面腐蚀、很普遍腐蚀形态)

    均匀腐蚀是指接触腐蚀介质的金属表面全面产生腐蚀的现象。均匀腐蚀使金属截面不断减少,对于被腐蚀的受力零件而言,会使其承受的真实应力逐渐增加,最终达到材料的断裂强度而发生断裂。

    这种腐蚀不易造成穿孔,腐蚀产物氧化铁可以在整个金属表面上形成,在一定的情况下有保护作用,但也可能形成严重的污垢。均匀腐蚀的阴、阳极不分离,阴极面积等于阳极面积,阴极电位等于阳极电位。均匀腐蚀是循环冷却水中遇到的最普遍的问题。循环冷却水在中性或碱性条件下运行,引起均匀腐蚀的主要原因是溶解氧的阴极去极化作用。

    这种腐蚀区别局部腐蚀。

    在实际的腐蚀体系中,大多数金属所发生的腐蚀是局部腐蚀。由于局部腐蚀发生在金属表面的不大范围内,所以绝大多数金属表面腐蚀量很小,但是工程结构、构件及零件的使用寿命主要取决于局部腐蚀损伤的发展。

    局部腐蚀是指腐蚀集中发生在金属材料表面局部不大的面积内,而其余大部分表面腐蚀十分轻微,甚至不发生腐蚀。

    局部腐蚀是由于金属本身(结构、组织、化学成分、表面状态)和腐蚀介质不均匀,导致电化学性不均匀,即不同的部位具有不同的电极电位,从而造成电位差,成为局部腐蚀的驱动力,往往在电极电位低的部位优先发生腐蚀。在局部腐蚀过程中,腐蚀电池的阳极区和阴极区一般是截然分开的,可以用肉眼或微观检查方法加以区分和辨别,通常阳极的面积比阴极的面积小得多,即形成所谓的小阳极一大阴极的组态。对于这种组态,由于阴极的面积相对较大,阴极去极化的作用很大,结果很小的阳极区域腐蚀很严重,腐蚀集中在金属表面的局部阳极区域。

    发生局部腐蚀时,由于金属表面各处的减薄程度不同,不能用平均的腐蚀速率估算局部腐蚀的程度。通常,局部腐蚀造成的金属损失量比较小,但结构在发生局部腐蚀时具有隐蔽性,不易察觉,其危害性很大,往往会造成灾难性事故。

 

    2.电偶腐蚀(双金属腐蚀、接触腐蚀)

    由于腐蚀电位不同,异种金属彼此接触或通过其他导体连通,处于同一介质中,造成异种金属接触部位的局部腐蚀,就是电偶腐蚀,亦称接触腐蚀或双金属腐蚀。
    电偶腐蚀的基本环节包括阴极、阳极、电解质和导体四个环节,其中任何一个环节消失,电偶腐蚀就会停止。

    该两种金属构成宏电池,产生电偶电流,使电位较低的金属(阳极)溶解速度增加,电位较高的金属(阴极)溶解速度减小。所以,阴极是受到阳极保护的。阴阳极面积比增大,介质电导率减小,都使阳极腐蚀加重。
    防止方法:避免异种金属接触;结构上避免大阴极对小阳极;设计易更换阳极部件的结构;两种不同金属接触面间采用电绝缘。
    两种或两种以上不同电极电位的金属处于腐蚀介质内相互接触而引起的电化学腐蚀,又称接触腐蚀或双金属腐蚀。

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电偶腐蚀原理见图1。

    发生电偶腐蚀时,电极电位较负的金属通常会加速腐蚀,而电极电位较正的金属的腐蚀则会减慢。

    影响电偶腐蚀速度的因素主要有:

    ①所形成的电偶间的电极电位差;

    ②腐蚀介质的电导;

    ③金属表面的极化和由于阴、阳极反应生成表面膜或腐蚀产物的影响;

    ④电偶间的空间布置(几何因素)。

    电偶腐蚀速度,在数量上服从法拉第电解定律。两金属之间的电极电位差愈大、电流愈大,则腐蚀愈快。电路中的各种电阻则按欧姆定律影响电偶腐蚀电流,介质的电导率高,则加速电偶腐蚀。

 

    3.缝隙腐蚀(垢下腐蚀、沉积腐蚀、垫片腐蚀)

    缝隙腐蚀是指在腐蚀介质中的金属表面上,在缝隙和其他隐蔽的区域内发生的局部腐蚀。孔穴、垫片接触面、搭接缝内、沉积物下、紧固件缝隙内是常发生缝隙腐蚀的地方。凡是依靠氧化膜或钝化层抗腐蚀的金属特别易发生这种腐蚀。在许多介质中,特别是含氧的介质中会发生缝隙腐蚀。缝隙腐蚀也是一种电化学腐蚀。

 

    4.孔蚀(又称点蚀、坑蚀)

    孔蚀,又称点蚀,是指腐蚀集中于金属表面的很小范围内,并深入到金属内部的孔状腐蚀形态。

 

    5.磨损腐蚀(冲击腐蚀、冲刷腐蚀、磨蚀)

    由于腐蚀性介质与金属表面做相对运动引起的金属加速破坏或腐蚀称为磨损腐蚀。这种腐蚀由机械磨损与腐蚀介质的联合作用引起,其外观特征是受磨损腐蚀的表面出现沟槽、沟纹或呈山谷状,并常带有方向性,如同所示。

受到磨损腐蚀的冷凝器管纵断面

受到磨损腐蚀的冷凝器管纵断面

    大多数金属和合金,在一些气体、水溶液、有机溶剂或液体金属等腐蚀介质中都会受到磨损腐蚀。铜、铅、锡等更容易发生磨损腐蚀。其巾处于运动流体中的设备如管道系统、离心机、推进器、叶轮、换热器、蒸汽管道等最易遭受磨损腐蚀。所有影响腐蚀的冈素都影响磨损腐蚀,磨损腐蚀的速度比单纯的腐蚀要快。

    磨损腐蚀的影响因素,主要有以下四方面。

   (1)金属耐磨损腐蚀性能与它的耐蚀性和耐磨性都有关系。

   (2)表面膜的保护性能和损坏后的修复能力,对材料耐磨损腐蚀性能起着决定性的作用。

   (3)流速是影响磨损腐蚀的重要因素,但它对金属材料腐蚀的影响是复杂的,当流体流动有利于金属钝化时,流速增加将使腐蚀速度下降。流动也能消除液体停滞而使点蚀等局部腐蚀不发生。只有当流体的流速和流动状态影响到金属表面膜的形成,破坏和修复时,才会发生磨损腐蚀。

   (4)当液体中含有悬浮固体颗粒(如泥浆、料浆)或气泡,气体中含有微液滴(如蒸气中含冷凝水滴)时,都会加重磨损腐蚀破坏。

 

    6.选择性腐蚀(选择性浸出)

    选择性腐蚀是指在金属腐蚀过程中,金属表面上某些特定部位有选择地溶解的现象。金属固溶体的组分之一,由于腐蚀优先转入溶液中,而在金属表面则逐渐地富集了另一组分,称为组分的选择性腐蚀,如黄铜脱锌。而在多相合金中任何一相发生优先溶解,称为组织的选择性腐蚀。铸铁因腐蚀而发生铁素体的溶解以及碳化物和石墨在表面上富集就是组织选择性腐蚀的实例。由于腐蚀后剩下的是已优先除去某种合金组分的组织结构,所以选择性腐蚀还常称为去合金化。去合金化后,材料总的尺寸变化不大,但金属已失去了强度,因而易发生危险事故。

    其腐蚀原理:

    选择性腐蚀源起于金属表面上组分的差异,而在腐蚀介质的作用下行为各异。与介质反应时活性较大的组分将被优先氧化或溶解,而较稳定的组分则残留下来。

    已经提出过几种不同的选择性腐蚀机理,在不同情况下腐蚀的历程可能不同。例如,水溶液中黄铜脱锌时黄铜先溶解,然后铜镀回基体上,形成腐蚀微电池;而在高温氧化条件下,生成氧化物时自由能下降较多的元素将优先夺走氧,因而氧化程度较大。液态金属中的腐蚀主要是一种物理作用,而不是化学作用;熔盐中的腐蚀则介于液态金属和水溶液之间,可能是物理溶解,也可以进行电化学反应。

    选择性腐蚀源于金属表面上组分的差异,而在腐蚀介质的作用下行为各异。与介质发生反应时,活性较大的组分将被优先氧化或溶解,而较稳定的组分则残留下来。

    已经提出过几种不同的选择性腐蚀机理,在不同情况下,腐蚀的过程可能不同。例如,水溶液中黄铜脱锌时,黄铜先溶解,然后铜镀回基体上,形成腐蚀微电池;在高温氧化条件下,生成氧化物时,自由能下降较多的元素将优先夺走氧,因而氧化程度较大。液态金属中的腐蚀主要是一种物理作用,而不是化学作用。熔盐中的腐蚀则介于液态金属和水溶液之间,可能是物理溶解,也可以进行电化学反应。

    影响选择性腐蚀的因素有合金成分、腐蚀介质的性质、热处理、机械加工和焊接等。防止选择性腐蚀的途径包括正确选材、合理选择腐蚀环境、采用电化学保护等。其中,使材料表面均匀化和调整介质的腐蚀活性,是防止选择性腐蚀的基本方法。往合金或介质内加入某些组分作为缓蚀剂,例如向黄铜中加入少量砷,也能防止锌的选择性腐蚀。此外,防护层和阴极保护等也是常用的防护方法。

 

    7.应力腐蚀破裂

    应力腐蚀破裂是指管道在拉应力和特定的腐蚀环境下产生的低应力脆性破裂现象。它不仅能影响到管道内腐蚀,也能影响到管道外腐蚀。

 

 

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