不锈钢的电化学腐蚀与防护

不锈钢的电化学腐蚀与防护
摘要：本文概述了不锈钢常见的腐蚀类型，分别为均匀腐蚀和局部腐蚀，后者还可细分为晶间腐蚀，点腐蚀，缝隙腐蚀，应力腐蚀破裂等，其中多数腐蚀与电化学腐蚀有关。

同时阐述了极化曲线。

同时针对不锈钢的各种腐蚀类型，总结了不锈钢腐蚀的防护方法。

并讨论了利用电化学腐蚀加速的方法来评价不锈钢电化学腐蚀性能的优缺点。

关键词：不锈钢；腐蚀；电化学腐蚀；防护方法
不锈钢的不锈特性是由于钢板表面特殊的钝化保护膜，首先简单介绍一下不锈钢的耐蚀机理，即钝化膜理论。

所谓钝化膜就是在不锈钢表面有一层以Cr(铬)与氧结合的Cr2O3 （三氧化二铬）为主的薄膜它是在金属表面形成厚度约100万分之数mm的非动态皮膜。

由于这个薄膜的存在使不锈钢基体在各种介质中腐蚀受阻，这种现象称为钝化。

这种钝化膜的形成有两种情况，一种是不锈钢本身就有自钝化的能力，这种自钝化能力随铬含量的提高而加强。

另一种较广泛的形成条件是不锈钢在各种水溶液（电解质）中，在被腐蚀的过程中形成钝化膜而使腐蚀受阻。

不锈钢对比炭钢或铝耐蚀性突出优秀，但不是像金或者铂金那样绝对不生锈的金属。

因此研究其电化学腐蚀性能具有很重要的意义。

不锈钢常见的腐蚀类型
不锈钢的钝性赋予它极好的耐蚀性，在某些特殊条件下钝性的破坏可导致严重的局部腐蚀。

常见的不锈钢腐蚀可分为两大类[1,2]，即均匀腐蚀和局部腐蚀，后者还可细分为晶间腐蚀，点腐蚀，缝隙腐蚀，应力腐蚀破裂等。

1.1均匀腐蚀是一种最常见的腐蚀形式，由于侵蚀均匀并可预测，因而这类腐蚀的危险性最小，均匀腐蚀的程度取决于钢种和介质条件。

1.2晶间腐蚀是一种局部的选择性的自晶界区发生的腐蚀，它使晶粒之间的结合力受到破坏，不易被察觉，特别是不锈钢类材料，即使晶界腐蚀已发展到相当严重的程度，其表观仍保持光亮无异的原态。

1.3点腐蚀是一种外观隐蔽而破坏性大的局部腐蚀，虽然因点蚀而损失的金属重量很小，但若连续发展，能导致腐蚀穿孔直至整个设备失效。

造成巨大的经济损失，甚至产生危害性更大的事故。

1.4缝隙腐蚀是在电解液中由于不锈钢与金属或非金属间存在极狭窄的缝隙,使有关物质的迁移受到阻抑形成浓差电池而在缝隙内或其近旁产生的局部腐蚀缝隙腐蚀可在多种介质中发生,但在氯化物溶液中最为严重。

在海水中,缝隙腐蚀
通常是由于缝内氧含量较低和周围溶液中氧含量较高形成氧浓差电池所致。

这时缝间成为阳极，而缝边金属表面成为阴极。

1.5应力腐蚀破裂是指材料在外加或残余应力和腐蚀介质联合作用下产生的破坏,破坏形态是裂纹、裂缝直至断裂。

1.6除了上述几种腐蚀形式,不锈钢还可能发生电偶腐蚀、腐蚀疲劳裂纹、磨损腐蚀等。

极化曲线
不锈钢在溶液中发生电化学腐蚀的根本原因是溶液中含有能使该种不锈钢氧化的物质，即腐蚀过程的去极化剂[3]。

阴极的去极化还原反应与阳极的金属氧化反应共同组成整个腐蚀过程。

显然，没有阴极反应，阳极反应就不能进行，金属就不会发生腐蚀。

以氢离子作为去极化剂的腐蚀过程称为氢离子去极化过程，简称氢去极化腐蚀，亦称析氢腐蚀，这是常见的危害性较大的一类腐蚀。

以氧作为去极化剂的腐蚀过程，称为氧去极化腐蚀，亦称吸氧腐蚀，这是自然界普遍存在因为破坏性最大的一类腐蚀。

从热力学已知，金属在腐蚀介质中能发生电化学腐蚀的必要条件是该金属的平衡电极电位比氢的平衡电极电位低，即Ee，M<Ee，H。

因此，常用的金属材料，如Fe、Ni、Zn等，由于它们的平衡电极电位比氢的平衡电极电位低，故发生氢去极化腐蚀。

如果金属的平衡电极电位比氧的还原反应电位低，则发生吸氧腐蚀。

如果在腐蚀电池中，阳极的电位比氢的平衡电位还正，阴极电位必然会比氢的平衡电位更正，那么腐蚀电位ER必定比氢平衡电位也正，所以氢气不能作为该腐蚀电池的阴极。

当阳极电位比氢的平衡电位负时，则腐蚀的电位ER才有可能比氢的平衡电位负，才有可能放氢而实现氢去极化。

因此氢的平衡电位是一个重要的基准，酸性越强，氢离子浓度越高(pH值越小)，其氢的平衡电位(EH越正)。

氢的平衡电位越正和阳极电位越负，对于氢去极化腐蚀可能性的增加具有等效作用。

在中性介质中，氧去极化过程必然伴随着氧的消耗。

常常把氧去极化腐蚀称之为吸氧腐蚀。

在各种可能的阴极去极化反应中，以氧去极化过程最为重要，并且较为普遍。

一般实际腐蚀问题中以氧去极化(吸氧腐蚀)腐蚀占有相当大的比例。

例如淡水、海水、潮湿大气和土壤中只要有氧气就有吸氧腐蚀。

不锈钢腐蚀的防护方法
不锈钢防腐蚀的方法很多，主要有改善不锈钢的本质，把不锈钢与腐蚀介质隔开，或对金属进行表面处理，改善腐蚀环境以及电化学保护等。

在不锈钢中添
加合金元素，提高其耐蚀性，可以防止或减缓金属的腐蚀。

例如在不锈钢表面覆盖各种保护层，把被保护不锈钢与腐蚀性介质隔开，是防止不锈钢腐蚀的有效方法。

同时还可以通过磷化处理和热处理等方法提高不锈钢的耐蚀性。

也可以在不锈钢表面涂上一层非金属涂层或者金属涂层。

改善环境对减少和防止腐蚀有重要意义。

电化学保护法是根据电化学原理在金属设备上采取措施，使之成为腐蚀电池中的阴极，从而防止或减轻金属腐蚀的方法。

讨论
为了提高不锈钢的电化学腐蚀性能，可以通过电化学腐蚀加速试验来评价。

电化学在理论、技术和装置上的不断革新与创造，使得它比以往任何时候更具有对社会经济发展中各种问题进行挑战的能力。

在全球环境问题日益严峻的今天，电化学及其技术将同显其重要作用。

腐蚀电化学过程有以下特点：可自动控制、经济合算。

腐蚀电化学分析方法是仪器分析的一个分支，随着科研的发展，对分析方法的灵敏度、选择性、自控等各个方面都提出了很高的要求，具有以下几个优点：分析速度快、多种方法测量、仪器简单、经济、易微型化、需要试样的量较少、易于操作控制。

参考文献：
[1] 王正蕉,吴幼林等.不锈钢.北京:化学工业出版社,1991,28-37, 43-54, 100-151, 227-245.
[2] Bernstein, I. M., Handbook of Stainless Steel, McGrwa-Hill,1977, 15-26R.
[3] 牛绍蕊. 不锈钢的电化学腐蚀性能研究：（博士论文）兰州理工大学.2006.。