縫隙腐蝕具有普遍性,對于金屬類型和腐蝕介質沒有“選擇性”,即幾乎全部種類的金屬都會發生該類腐蝕,腐蝕性介質都可能造成該類腐蝕。浙江至德鋼業有限公司本次主要介紹縫隙腐蝕機理、影響因素、研究縫隙腐蝕的數值方法,并提出相關預防措施。
縫隙腐蝕屬于電化學腐蝕的一種類型,其機理包括金屬離子濃差電池理論、氧濃差電池理論、活化-鈍化電池理論等,其中氧濃差電池理論被大家普遍接受。對于服役于含氯離子環境中的奧(ao)氏體(ti)不銹鋼,氯離子會在縫隙內聚集,引發點蝕,加速縫隙腐蝕,該類腐蝕稱為點蝕型縫隙腐蝕。縫隙腐蝕和應力腐蝕相比,前者是局部的全面腐蝕或密度較大的坑蝕。從實際腐蝕案例來看,在氯離子以及拉應力存在的情況下(特別是拉應力較大的情況),生應力腐蝕的概率遠大于縫隙腐蝕。
一般認為,在含氧的中(zhong)性溶(rong)液中(zhong),縫隙腐(fu)蝕(shi)是由氧濃差電池引起(qi)的。過程如下:
起(qi)始階(jie)段(duan),縫(feng)隙里(li)面和外面金屬(shu)的電化學反應(ying)一樣(yang),都是陽極溶解(jie),主(zhu)要反應(ying)為:
隨(sui)著反(fan)應(ying)(ying)(ying)進行,縫(feng)(feng)隙內(nei)(nei)部氧含(han)量(liang)降低,又難以補充,造成(cheng)陰(yin)(yin)極(ji)反(fan)應(ying)(ying)(ying)減緩(huan)直至停止(zhi),但(dan)是(shi)陽極(ji)反(fan)應(ying)(ying)(ying)繼(ji)續進行。為達到反(fan)應(ying)(ying)(ying)平(ping)(ping)衡(heng)(heng),縫(feng)(feng)隙內(nei)(nei)部的(de)(de)(de)陽極(ji)反(fan)應(ying)(ying)(ying)只能由(you)外(wai)部的(de)(de)(de)陰(yin)(yin)極(ji)反(fan)應(ying)(ying)(ying)平(ping)(ping)衡(heng)(heng),造成(cheng)的(de)(de)(de)結果是(shi):縫(feng)(feng)隙外(wai)面(mian)的(de)(de)(de)陰(yin)(yin)極(ji)反(fan)應(ying)(ying)(ying)面(mian)積(ji)大(da),內(nei)(nei)部的(de)(de)(de)陽極(ji)反(fan)應(ying)(ying)(ying)面(mian)積(ji)小,加(jia)(jia)速(su)(su)了陽極(ji)反(fan)應(ying)(ying)(ying)。一方(fang)面(mian),縫(feng)(feng)隙內(nei)(nei)部由(you)于陽極(ji)反(fan)應(ying)(ying)(ying)產(chan)生(sheng)的(de)(de)(de)金屬離(li)子(zi)(zi)不易轉(zhuan)移到縫(feng)(feng)隙外(wai)面(mian),縫(feng)(feng)隙外(wai)部的(de)(de)(de)陰(yin)(yin)離(li)子(zi)(zi)會(hui)進入(ru)縫(feng)(feng)隙內(nei)(nei)部使電(dian)荷保持平(ping)(ping)衡(heng)(heng),特別(bie)是(shi)溶液(ye)中含(han)氯離(li)子(zi)(zi)時,會(hui)造成(cheng)內(nei)(nei)部氯離(li)子(zi)(zi)含(han)量(liang)升高。另一方(fang)面(mian),縫(feng)(feng)隙內(nei)(nei)部由(you)于陽極(ji)溶解(jie)產(chan)生(sheng)的(de)(de)(de)部分金屬離(li)子(zi)(zi)會(hui)發生(sheng)水解(jie),造成(cheng)氫離(li)子(zi)(zi)濃(nong)度(du)增大(da),pH值降低。縫(feng)(feng)隙內(nei)(nei)部氯離(li)子(zi)(zi)濃(nong)度(du)的(de)(de)(de)升高以及pH值的(de)(de)(de)增加(jia)(jia)都會(hui)加(jia)(jia)速(su)(su)鈍化膜(mo)溶解(jie)。縫(feng)(feng)隙腐(fu)蝕示意圖如圖3-1所示。
假(jia)設材(cai)料表面(mian)是(shi)均(jun)勻的(de)(de),縫隙內(nei)外“小陽極(ji)”“大陰極(ji)”的(de)(de)反(fan)應(ying)持續進(jin)行,則縫隙內(nei)會發(fa)生全面(mian)的(de)(de)縫隙腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)。實際上,金屬表面(mian)的(de)(de)鈍(dun)化膜會存(cun)在缺陷(xian)(xian),諸(zhu)如(ru)表面(mian)夾(jia)雜、化學成分不均(jun)勻、晶(jing)體(ti)缺陷(xian)(xian)、機械破壞(huai)等。在侵蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性陰離子(zi)存(cun)在的(de)(de)情(qing)況(kuang)下,這些缺陷(xian)(xian)部(bu)位的(de)(de)鈍(dun)化膜優先被破壞(huai),發(fa)生點蝕(shi)(shi)(shi)(shi)或應(ying)力腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)等更為局部(bu)的(de)(de)腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)形態。