金属腐蚀研究总结

金属的电化学腐蚀是由于介质中存在着电极电位高于金属的电极电位的氧化性物质（接受金属腐蚀形成的电子）存在。电位较低的溶液腐蚀，金属越活泼，能量高，不稳定，电位越低。电流从电位高的阴极流向电位低的阳极（电子方向相反）。如果降级阴极电位，增加阳极电位，则阴阳腐蚀驱动力将减小，金属的腐蚀将减小。

能够得到电子的氧化性物质在阴极发生还原反应，在腐蚀学上通常称之为去极化剂（depolariser），如果没有去极化剂，阴极区将由于电子的累积而发生阴极极化阻碍腐蚀的进行。自然界最常见的阴极去极化剂是溶液中的氧气和氢离子。氧还原反应为：

O2+4H++4e——2H2O（在酸性溶液中）

O2+2H2O+4e——4OH-（在碱性或中性溶液中）

金属的腐蚀破坏集中在阳极区，在阴极区不发生可察觉的金属损失，它只起了传递电子的作用。其它电子导体，如石墨、过渡元素的碳化物和氮化物，某些硫化物（如PbS、CuS、FeS），都可在腐蚀电池中成为阴极。特别是碳钢中的碳化物和渗碳体，钢中的硫化物等。

钢铁在中性水中腐蚀，形成难溶铁锈，如果阴阳极交界，金属腐蚀形成的次生铁锈将在金属表面形成较紧密的、具有一定保护性的保护膜，从而对腐蚀有一定的阻滞作用，但是此保护性比氧在金属表面直接发生化学作用形成的初生膜要差得多。

浓差电池——氧浓差电池（oxygen concentration cell）和盐浓差电池（salt concentration cell）。由能斯特公式可知，电极电位与浓度有关，若金属与含不同浓度的该金属离子的溶液接触时，浓度稀处，金属的电位较负；浓度高处，金属的电位较正，从而形成盐浓差腐蚀电池。例如，在凝汽器铜管的冷却水侧如有沉积物，则沉积物下面水的流动受到限制，铜二离子浓度较高，电位较正成为阴极区，在沉积物边缘，水的流动条件良好，铜二离子浓度较低，电位较负形成阳极区，致使阳极区铜管腐蚀加剧。故要消除边边角角，避免盐浓差电池的出现。

氧浓差电池是普遍存在危害严重的腐蚀电池。这种电池是由于金属与含氧量不同的介质接触形成的，氧含量低处金属的电位比氧含量高处的电位低，因而为阳极遭到腐蚀。例如：钢管从粘土（氧气难以进入）中出来在插入砂土（氧气容易进入）中，则粘土中钢管遭受腐蚀。温差电池：浸入电解质溶液中的金属各部分，由于温度不同而形成温差腐蚀电池。常发生在热交换器、锅炉等设备中。例如：碳钢制的热交换器由于高温端碳钢的电极电位比低温端的低，成为腐蚀电池的阳极而使腐蚀加剧。但是，铜、铝等金属在有关溶液中不同温度下的电极行为与碳钢相反，高温端为阴极，低温端为阳极，低温端腐蚀严重。

微观腐蚀电池

肉眼难以分辨出电极的极性，但是确实存在着氧化和还原反应过程的腐蚀电池。由于金属表面的电化学不均匀性，导致金属表面出现许多微小的电极，从而构成各种各样的微观电池。

1、金属表面化学成分不均匀性形成的微观电池，如：碳钢中的渗碳体Fe3C，铸铁中的石墨，在电解质溶液中，它们的电极电位比铁要高，成为微电池的阴极，与作为阳极的铁构成短路微电池，可加速基体铁的腐蚀。这也是为什么渗碳体碳钢和铸铁不耐腐蚀的原因之一。

2、金属组织的不均匀性形成的微观电池，

多数金属材料为多晶体材料，金属和合金的晶粒与晶界的电位不完全相同，往往以晶粒为阴极，晶界能量高、不稳定、成为阳极，构成微观电池发生沿境界的腐蚀。多相合金中不同相之间的电位是不同的，这是形成腐蚀微电池的重要原因。如：奥氏体不锈钢在回火过程中，由于富铬相Cr23C6沿晶界析出，使晶界贫铬而成为微电池的阳极，在电解质溶液存在下可导致不锈钢晶间腐蚀。

金属内的短路微电池是引起晶间腐蚀、点蚀、选择性腐蚀、应力腐蚀破裂、剥蚀和石墨化腐蚀（Graphitic corrosion）的重要原因。铁基合金、镍基合金的IGA、SCC用到这个。

3、金属表面物理状态不均匀性形成的微观电池

金属在机械加工或构件装配过程中，金属各部分变形的不均匀性，或受力不均匀、晶格畸变等都会形成局部微电池。通常变形较大或受力较大的部位为阳极，发生腐蚀。如铁板弯曲处与铆钉头部易发生腐蚀就是这个原因。还有凝汽器铜管的腐蚀破裂等与变形和应力有关。

金属表面膜如果失去完整性，在孔隙或破损处的基体金属比表面膜处的电位负，会形成腐蚀微电池，这种微电池又称为膜孔电池。如不锈钢在含氯离子的介质中，由于氯离子对钝化膜具有破坏作用，使膜的薄弱处易发生点蚀。

应当指出，微电池的存在并非金属发生电化学腐蚀的充分条件，要发生电化学腐蚀，介质中必须有能使金属氧化的物质，也就是去极化剂，它与金属构成热力学不稳定体系。若溶液中没有合适的氧化性物质作为阴极，即使存在微观电池，电化学腐蚀过程也不能进行下去，因为缺少去极化剂。（笔者：这也是为什么要对水中杂质进行净化的目的，很多的杂质都是去极化剂）。

应力腐蚀破裂

并不是任何介质都能使金属发生应力腐蚀，一种金属材料只会在特定的介质中才发生应力腐蚀破裂。如下表：

能引起合金产生应力腐蚀破裂的某些介质

金属材料腐蚀介质

低碳钢和低合金钢氢氧化钠溶液，硝酸盐溶液，含H2S和HCl

溶液，沸腾浓MgCl2溶液，海水，海洋大气

和工业气体

不锈钢氯化物水溶液，沸腾氢氧化钠溶液，高温高

压含氧高纯水，海水，海洋大气，H2S水溶

液

镍基合金热浓氢氧化钠溶液，HF蒸汽和溶液

铜合金氨蒸汽和溶液，汞盐溶液，SO2大气，水蒸

气

铝合金熔融NaCl，NaCl溶液，海洋大气，湿工业气

体，水蒸气

钛合金发烟硝酸，甲醇，甲醇蒸汽，氯化钠溶液（＞

290℃）HCl（10%，35℃），硫酸（7%-6%），

湿氯气（288℃、346℃、427℃），N2O（含

氧气，不含NO，24-74℃）。

把空气中耐蚀的钢称为“不锈钢”，在各种侵蚀性介质中耐蚀的钢称为“耐酸刚”，通常把不锈钢和耐酸钢统称为不锈耐酸刚，简称为不锈钢，可按成分、组织和用途进行分类：

按成分分为铬钢、铬镍钢、铬锰钢等；

按组织分为奥氏体钢、铁素体钢、马氏体钢、奥氏体-铁素体双相钢等。

按用途可分为耐海水腐蚀不锈钢、耐点蚀不锈钢、耐应力腐蚀不锈钢、耐硝酸不锈钢等。

普通不锈钢在海水中，当腐蚀电位达到点蚀电位Eb，钝化膜局部破坏，将引起不锈钢点蚀。不锈钢的耐蚀性是因为合金中铬的存在，铬浓度超过11%时，就能抵抗大气腐蚀，随着铬含