缝隙腐蚀

缝隙腐蚀
1.产生条件
①缝隙的宽度一般为0.025~0.1mm，有介质滞留在缝内。

②几乎所有的金属或合金。

易钝化合金或金属更易发生。

③几乎所有的腐蚀介质。

包括酸性、中性或淡水介质，含氯离子的溶液最为容易。

2.机理
缝隙腐蚀可分为初期阶段和后期阶段。

在初期阶段，腐蚀发生在包括缝隙内
部的整个金属表面上，阳极溶解：M → M++e，阴极还原：O
2+2H
2
O+4e→4OH-（见
图1）。

但经过一个短时间后，缝内的氧由于扩散困难而减少，缝隙中的氧化还原反应就被迫停止。

氧消耗完以后，缝隙内的氧化还原反应不再发生了，这时由于缝内缺氧，缝外富氧，形成了“供氧差异电池”。

然而金属M在缝内继续溶解，缝内溶液中M+过剩，为了保持平衡，氯离子迁移到缝内，同时阴极过程转到缝外（如图2 所示）。

缝内已形成的金属盐类发生水解即：M+Cl-＋H
2
O → M O H ↓ + H+,结果使缝内pH下降，可达2～3，这就促使缝内金属溶解速度增加，相应缝外邻近表面的阴极过程，即氧的还原速度也增加，使外部表面得到阴极保护，而加速了缝内金属的腐蚀。

缝内金属离子进一步过剩促使Cl-迁入缝内，这就是缝隙腐蚀的自催化过程。

3.影响因素
3.1 几何形状
缝隙宽度与缝隙腐蚀深度和速度有关（如图3）。

图3. 2Cr13不锈钢在0.5N(29.3g／L)NaCl溶液中缝隙宽度、腐蚀深度和腐蚀率的关系
由图可看出，当缝隙宽度变窄时，总腐蚀率随之增高，腐蚀深度随之度化。

损伤最大的是缝隙宽度为0.10mm～0.12mm，50天的侵入深度约达90μm；当间隙0.25mm或更宽些时，在0.5NNaCl溶液中并不产生缝隙腐蚀。

环境因素
①溶解O
2量：溶液中O
2
浓度增加，缝隙外部阴极反应加速，腐蚀量增加。

②电解质的流速：增加腐蚀液的流速，即输送到缝隙外部的金属表面上的O
2
量增加，腐蚀量也增加。

③温度：温度升高能增加阳极反应速度。

④ pH值：pH值减小，阳极溶解速度增加。

⑤氯离子等破坏钝化膜的离子：缝隙腐蚀在许多介质中都能产生，但在含氯离子溶液中最易发生。

⑥合金元素：合金元素的组成对缝隙腐蚀有很大影响。

4.防护措施
①合理设计：在设计上尽量避免缝隙。

②使用耐腐蚀材料。

③电化学保护。

如在海水中采用锌或镁的牺牲阳极法。

④使用高浓度缓蚀剂。

5.举例
1Cr13不锈钢与聚四氟乙烯构成缝隙在某油田污水挂片240d后所呈现的缝隙腐蚀（如图4）。

2Cr13不锈钢离心机转鼓鼓底与钢罩上加强筋（1Cr18Ni9Ti）间形成缝隙腐蚀（如图5）。

医学上种植义齿的材料也存在缝隙腐蚀。

图4.1Cr13不锈钢与聚四氟乙烯构成缝隙在某油田污水挂片240d后所呈现的缝隙腐蚀形
貌
图5.2Cr13不锈钢离心机转鼓鼓底与钢罩上加强筋（1Cr18Ni9Ti）间形成缝隙腐蚀。