3全面腐蚀与局部腐蚀
十微米。其形貌各异.有蝶形浅孔,有窄深形、 有舌形等等。
B点蚀发生的条件
1) 表面易生成钝化膜金属材料,如不锈钢、 铝、铅合金:或表面镀有阴极性镀层的金 属,如碳钢表面镀锡、铜、镍等。
2) 在有特殊离子的介质中易发生点蚀,如 不锈钢在有卤素离子溶液中易发生点蚀。
3) 电位大于点蚀电位(Ebr)易发生点蚀。
3.2 点腐蚀
点腐蚀(孔蚀)是一种腐蚀集中在金属表面数十微 米范围内且向纵深发展的腐蚀形式,简点蚀。
点蚀是一种典型局部腐蚀形式,具有较大的隐患 性及破坏性。在石油、化工、海洋业中可以造成 管壁穿孔,使大量的油、气等介质泄漏,有时甚 至会造成火灾,爆炸等严重事故。
3.2.1 点蚀的形貌与特征 A点蚀的形貌 点蚀表面直径等于或小于它的深度。一般只有几
D点蚀程度
点蚀程度可用点蚀系数或点蚀因子来表示:
点蚀系数=最大腐蚀深度/平均腐蚀深度
点蚀因子= P/d
图3-3 最深点蚀、平均侵蚀深度及点蚀 因子的关系。
3.2.3 影响点蚀的因素及预防措施
3.2.3.1 材料因素
1)合金元素的影响 不锈钢中Cr是最有效提高耐 点蚀性能的合金元素。
随着含Cr量的增加,点蚀电位向正方向移动。 如与Mo、Ni、N等合金元素配合,效果最好。
(3-4)
Cl- 浓度在一定临界值以下不发生点蚀。
C点蚀坑的生长
点蚀生长机制较公认的是蚀孔内的自催化酸化机制,即 闭塞电池作用。
不锈钢在充气的含Cl-离子的中性介质中腐蚀过程。
如图3-2所示,蚀孔一旦形成,孔内金属处于活化状态 (电位较负),蚀孔外的金属表面仍处于钝态(电位较 正),于是蚀孔内外构成了膜-孔电池。孔内金属发生阳 极溶解形成Fe+2 (Cr3+、Ni2+等):
孔内O2浓度继续下降,孔外富氧,形成氧浓差 电池。其作用加速了孔内不断离子化,孔内 Fe2+浓度不断增加,为保持电中性,孔外Cl-向 孔内迁移,并与孔内Fe2+形成可溶性盐 (FeCl2)。
孔内氯化物浓缩、水解等使孔内pH值下降,pH 值可达2-3,点蚀以自催化过程不断发展下去。
孔底 由于孔内的酸化,H+去极化的发生及孔 外氧去极化的综合作用,加速了孔底金属的溶解 速度。从而使孔不断向纵深迅速发展,严重时可 蚀穿金属断面。
降低钢中P、S、C等杂质含量可降低点蚀敏感 性。经电子束重熔超低碳25Cr1Mo不锈钢具有 高的耐点蚀性能。
2)热处理的影响 奥氏体不锈钢经过固溶处理后耐 点蚀。
3.2.3.2 环境因素
1)卤素因素 不锈钢的点蚀是在特定的腐蚀介质中发生的。在
含卤素离子的介质中,点蚀敏感性增强,其作用 大小按顺序为:C1->Br->I-。 点蚀发生与介质浓度有关,而临界浓度又因材料 的成分和状态不同而异。 不锈钢点蚀电位与C1-及Br-浓度关系
OH- > NO3-> SO42- >ClO4-. 抑制铝点蚀的顺序为:
NO3- >CrO42-> SO42- 。
3)溶液pH值的影响 在W(NaCl)为3%的NaCl溶液中,随着pH值
升高,点蚀电位显著地向正移,如图3-6。
在酸性介质中,pH值对点蚀电位的影响,目前 还没有一致的说法。
4)温度的影响
B 点蚀源形成的孕育期
点蚀包括点蚀核的形成到金属表面出现宏观可见 的蚀孔。
蚀孔出现的特定点称为点蚀源。
形成点蚀源所需要的时间为诱导时间,称孕育期。 孕育期长短取决于介质中Cl-的浓度、pH值及金 属的纯度.一般时间较长。Engell等人认 为.孕育期的倒数与Cl-浓度呈线性关系:
1/τ = K[Cl-]
1)加入抗点蚀的合金元素 含高Cr、Mo或含少量N及低C不锈钢抗点蚀效果
最好。双相不锈钢及超纯铁索体不锈钢抗点蚀性 能非常好。
2)电化学保护 防止点蚀的较好方法是对金属设备采用恰当的电
化学保护。在外加电流作用下, 将金属的极化电 位控制在保护电位Ep以下。 3)使用缓蚀剂 对于循环体系,加缓蚀剂可抑制点蚀,常用缓蚀 刑有硝酸盐、亚硝酸盐、铬酸盐、磷酸盐等。
孔内 阳极反应:Fe→Fe+2 + 2e
(3-5)
பைடு நூலகம்
孔外 阴极反应:1/2 2H2O + 2e → 2OH- (3-6) 孔口 pH值增高,产生二次反应:
Fe+2 + 2OH- → Fe(OH)2
Fe(OH)2 + 2H2O + O2 → Fe(OH)3 ↓
(3-7) (3-8)
Fe(OH)3沉积在孔口形成多孔的蘑菇状壳层。 使孔内外物质交换因难,孔内介质相对孔外介质 呈滞流状态。
在NaCl溶液中,温度升高能显著地降低不锈钢 点蚀电位Ebr,使点蚀坑数目急剧增多。
这被认为与C1-反应能力增加有关,见图3-7。
5)介质流动的影响
介质处于流动状态,金属的点蚀速度 比介质处于静止状态时小。
实践表明.一台不锈钢泵经常运转, 点蚀程度较轻,长期不运转很快出现 蚀坑。
3.2.3.3 预防点蚀的措施
Eb c rl 0.8l8g acl0.16 V8(2-74)
Eb B rr0.12 lg a 6B r0.29 V4(2-75)。
2) 溶液中其他离子的作用
溶液中若存在Fe3+、Cu2+、Hg2+等离子可加速 点蚀发生;
工业常用FeCl3作为不锈钢点蚀的试验剂。 OH-、SO42-、NO3-等含氧阴离子能抑制点蚀; 抑制18-8不锈钢点蚀作用的大小顺序为:
3.2.2 点蚀机理
A点蚀电位和保护电位 1)E>Ebr,将形成新的点蚀孔(点蚀形核),已有
的点蚀孔继续长大: 2)Ebr>E>Ep,不会形成新的点蚀扎,但原有的
点蚀孔将继续扩展长大; 3) E≤Ep,原有点蚀孔全部钝化,不会形成新的
点蚀孔。 Ebr值越正耐点蚀性能越好。 Ep与Ebr值越接近,钝化膜修复能力愈强。
3.3 缝隙腐蚀
3.3.1 缝隙腐蚀条件 金属结构件一般都采用铆、焊、螺钉等方式连接,
因此在连接部位容易形成缝隙。
缝隙宽度一般在0.025-0.1mm;足以使介质 滞留在其中,引起缝隙内金属的腐蚀。这称为缝 隙腐蚀。
缝隙腐蚀可发生在所有金属和合金上,且钝化金 属及合金更容易发生。