缝隙腐蚀产生的原因及其防护措施

2016年第4期张娟：缝隙腐蚀产生的原因及其防护措施35 i经验交流I

缝隙腐蚀产生的原因及其防护措施

张娟

(中昊(大连）化工研究设计院有限公司，辽宁大连116023)

摘要：介绍了缝隙腐蚀的定义，对缝隙腐蚀的产生原因和影响因素进行了分析，并提出了缝隙腐蚀

的防护措施。

关键词：缝隙腐蚀；产生原因；电解质；氧化反应；还原反应；影响因素；防护措施

中图分类号：TQ050.9 文献标识码：B文章编号= 1005-8370(2016)04-35-03我们在日常的工业生产中经常会遇到像螺栓连

接、金属铆接、铆钉接头等金属之间的联接结构，还 有一些非金属垫圈与金属材料相接触的密封结构。无论哪一类的联接结构都存在缝隙。当这种金属结 构存在于腐蚀介质中时，因为缝隙的存在，腐蚀介质 不能很好的扩散，就会经常发生缝隙腐蚀。这样的 缝隙在工业生产实践中是常见的，因此缝隙腐蚀具 有一定的普遍性，缝隙腐蚀是不可避免的，但是可以 控制和尽可能的缓解，所以研究其产生的原因及其 防护的措施有一定的现实意义。

1缝隙腐蚀定义

缝隙腐蚀是金属之间或者非金属与金属之间形 成的缝隙，存在于电解质溶液中，缝隙的大小程度可 以允许介质能够进人，又可以使介质处于停滞状态，当缝隙里面溶液中的氧被还原反应消耗尽后，氯离子 从缝隙外面移动到缝隙里面，从而生成金属氯化物，金属氯化物在溶液中会水解酸化，致使氧化膜或者钝 化膜被破坏进而产生的局部腐蚀[1]。如图1所示。2缝隙腐蚀产生的原因

缝隙腐蚀产生的原因一直有人认为是氧浓差与 金属离子浓差电池的存在，但它不是引起缝隙腐蚀 的主要原因。我们现以图2所示的铆接造成的缝隙 腐蚀为例来剖析一下缝隙腐蚀的原理[2]。假如将此 构件至于充气的海水中（pH=7)，此时总的反应既 包括金属溶解的氧化反应，也包括氧的还原反应：

U)初级阶段 （b)后期阶段图2铆接结构在充气海水中发生缝隙腐蚀的示意图

阳极的氧化反应为金属的离子化：

M—>Mn+十 ne (1)

阴极还原反应为氧的还原：

36纯碱工业02+2H20+4e—>40H—(2)

构件放人溶液中的最初阶段，缝隙里面与外面的氧 化反应及还原反应都是同时进行的，溶液与金属间 的电荷总是能够保持平衡，氧化反应产生的电子立 即被还原反应消耗掉。经过一个短暂的时间，缝隙 里面的氧被完全消耗掉了，可是缝隙外面的氧要想 迁移到缝隙里面是非常困难的，缝隙里面由于没有 氧，所以还原反应只能终止。也就意味着缝隙内的 微电池反应停止了，不产生任何腐蚀。但是缝隙内 的面积总是比相邻的面积小，而氧的还原反应总速 度是没有变化的，所以也就形成了缝隙里面金属表 面与缝隙外面相邻的表面间宏观电池。缝隙外面大 面积进行的氧化还原反应促进金属溶解。从而导致 缝隙内金属阳离子不断积累、过剩。为了保持缝隙 里面电荷的平衡，缝隙外面溶液中的氯离子不断地 迁移到缝隙里面，从而导致缝隙里面的氯离子急剧 增多，溶液中的金属氯化物浓度不断增大，金属氯化 物在水中可以水解：

M C12+H20—>M(O H)2 |+2H+C1—(3)生成不溶解于水的金属氢氧化物和带有氢离子的 酸，酸的生成可以使缝隙里面的酸碱度（p H值）迅 速下降，能达到2〜3,而缝隙里面是酸碱度（p H值）的下降使里面的溶液不断酸化。酸性溶液浓度的升 高又加速了缝隙里面金属的阳极溶解。阳极的溶解 又使更多的氯离子迁移到缝隙里面，导致氯化物的 浓度不断增加，氯化物又在水中不断的水解，又不断 的酸化介质。如此反复的循环，形成了一个闭塞电 池的自催化过程[3]，如图3,自催化过程加速缝隙里 面金属的阳极溶解过程，保护了作为阴极的缝隙外 部相邻的表面。

阳极加速M(0H)2

溶剂溶解<------H-cr

图3闭塞电池自催化过程示意图

综上所述，“供氧差异电池”的形成，促进了缝隙 腐蚀的开始，但酸化自催化过程加深和扩展了蚀坑 的形成。酸化自催化过程是造成缝隙腐蚀不断加剧 的最根本原因。也就是说，只有“供氧差异电池”的存在，而没有酸化自催化的过程，也不会产生非常严 重的缝隙腐蚀。3缝隙腐蚀的影响因素

1) 材质因素

材质中的合金成分对缝隙腐蚀的产生有重要的

影响，不镑钢中含铬、镍、桂、铜、氮、钼都能提高其抗

缝隙腐蚀的能力。而钯、钌则不利于提高抗缝隙腐

蚀能力。

2) 环境因素

缝隙腐蚀在许多介质中都能产生，尤其是在含

有氯离子的溶液中最容易发生。对于含有非氧化物

的氯化物和溶解氧的体系而言，当氯离子浓度超过

0. 1%时，就可以引起缝隙腐蚀。缝隙里溶液的pH

值与氯离子浓度有关，当发生缝隙腐蚀时，可用下列

关系式来表示缝隙内的p H值与氯离子的关系M:

p H(缝隙内)=4. 7 —8.2X lg[C l](缝隙内）⑷其它卤素族离子（比如碘离子和溴离子）含在溶

液中时，也会有缝隙腐蚀发生，但是腐蚀的程度都没

有氯离子严重。另外，氧浓度的大小也影响着缝隙

腐蚀的形成，一般情况下，如果溶液中溶解的氧浓度

超过0.5 PPm时，就有可能引起缝隙腐蚀。温度对

缝隙腐蚀也有影响，温度越高的溶液，缝隙腐蚀就越

容易发生。在室温下钛具有很好的耐缝隙腐蚀的性

能，但当温度大于95 °C时，钛在含碘、溴、氮或硫酸

根离子的浓溶液中都可以发生缝隙腐蚀。

3) 几何因素

缝隙内外面积比、深度和宽度以及几何形状等

等，它们都能影响着缝隙内外腐蚀的介质及产物交

换或迁移的难易程度、电位的分布和宏观电池的有

效性。

上述因素都不是孤立的，而是相互联系的，应该

综合分析考虑。

4防护措施

常用下列方法来加以防止缝隙腐蚀：

1) 在设计和制造时尽量避免造成缝隙结构。

2) 合理选择耐蚀性材料。

3) 采用电化学保护来防止缝隙腐蚀。

4) 采用缓蚀剂来缓解缝隙腐蚀。因为缓蚀剂很 难进到缝隙内，所以如果把带有缓蚀剂的油漆涂在

结合面上，可以一定程度的减缓缝隙腐蚀。但是采