按照腐蚀机理,金属的腐蚀可以划分为化学腐蚀和电化学腐蚀。绝大多数腐蚀是电化学腐蚀,也是研究的主要对象。电化学腐蚀最主要的条件是在金属表面形成原电池,其电化学过程如下:
阳极反应
阴极反应
或
在电解质溶液中
海水是一种含有多种盐类近中性的电解质溶液,并溶有一定量的氧,这就决定了大多数金属在海水中腐蚀的电化学特征,即除了高化学活性的镁及其合金外,所有的工程金属材料在海水中都属于氧去极化腐蚀(吸氧腐蚀)。镁在海水中既有吸氧腐蚀又有析氢腐蚀。海水腐蚀的电化学过程具有以下特点:(www.daowen.com)
(1)海水腐蚀的阳极过程是金属的溶解,由于阳极极化程度很小,海水腐蚀的阳极过程较易进行,腐蚀速率较大。完整钝化膜的存在可以抑制阳极溶解过程,但海水中的Cl-很容易破坏钝化膜。Cl-的破坏作用有:破坏钝化膜,对钝化膜的渗透破坏作用以及对胶状保护膜的解胶破坏作用;吸附作用,Cl-比某些钝化剂更容易吸附;电场效应,Cl-在金属表面或在薄的钝化膜上吸附,形成强电场,使金属离子易于溶出;形成络合物,Cl-与金属可生成氯的络合物,加速金属溶解。以上这些作用都能减少阳极极化阻滞,造成海水对金属的高腐蚀性。因此,一些耐大气腐蚀的低合金钢在海水中的耐蚀性并不好,甚至不锈钢在海水中也常因为钝态的局部破坏而遭到严重的孔蚀、缝隙腐蚀等局部腐蚀。只有极少数易钝化金属,如钛、锆、铌、钽等,才能在海水中保持钝态,不过加入适当的合金元素(如钼等),可以降低Cl-对钝化膜的破坏作用。在高速流动的海水中,金属材料易于产生冲击腐蚀和空泡腐蚀。
(2)海水腐蚀的阴极去极化剂是氧,阴极过程是腐蚀反应的控制性环节。在海水的pH条件下,阴极过程主要是氧的去极化,所以腐蚀过程的快慢取决于氧扩散的快慢。溶解氧的还原反应在Cu、Ag和Ni等金属上比较容易进行,其次是Fe、Cr,在Sn、Al和Zn上电位较大,反应较困难。因此,Cu、Ag和Ni在溶氧量低的场合是较稳定的金属,而在海水溶氧量高、流速大的场合中腐蚀速度也较快,另外,Cu、Ni是易受H2S腐蚀的金属,在含有大量H2S的污染海水中,还能发生H2S的阴极去极化作用。Fe3+、Cu2+等高价重金属离子也可促进阴极反应,由Cu2++2eCu的反应而析出的铜,能沉积在金属表面成为有效的阴极,所以,海水中若含有0.1ppm以上浓度的Cu2+,就不能使用铝合金。
(3)海水腐蚀的电阻性阻滞很小,异种金属的接触能造成显著的腐蚀效应。由于海水中电导较大,在金属表面容易形成微电池和宏电池,从而使腐蚀的作用范围增大,在海水中不但会发生均匀腐蚀,更会发生电偶腐蚀、孔蚀和缝隙腐蚀。因此,在考虑海水腐蚀时,必须考虑局部腐蚀问题。
(4)海水腐蚀的复杂性。由于海水温度、溶氧量、被腐蚀物与海水的相对位置、海水流速及海洋生物等诸多因素对海水腐蚀都会产生相应的影响甚至是交互影响,这都说明了海水腐蚀的复杂性。从组成上讲,海水是一种以NaCl和MgCl2为主的多元电解质溶液,因此其腐蚀机理也较单一的腐蚀介质(如3.5%NaCl等)复杂得多。
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