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腐蚀 | 腐蚀类型

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一、全面腐蚀

全面腐蚀是一种最常见的腐蚀现象,还可称为均匀腐蚀,其特征在于整个暴露金属表面上大面积均匀地发生电化学反应(水或气体环境)。

钢材被放大时发现充满了不规则缺陷和小孔。若我们使用显微镜观察,还会发现钢材上有不同颗粒或晶体。钢板由大量微观电器元件组成。

由于阴极和阳极反应物的这种密集分布,电化学过程可均匀发生,不存在阴极或阳极反应的优先位点或位置。阴极和阳极位置随机分布,随时间交替。最终后果是造成材料厚度出现一定程度的均匀损失。

全面腐蚀会造成材料厚度随时间呈线性损失。材料减少量可用单位时间内单位面积的质量损失表示,单位为mm/年。

腐蚀速率可根据腐蚀数据计算。例如,腐蚀速率为0.13mm/年时,十二年的金属损失将为1.52mm。1.59mm的腐蚀裕量通常足以满足在工艺暴露条件下12年的使用需求,对于储罐可能是25年。

或者,可使用可网购的腐蚀模拟软件来计算或预测全面腐蚀

二、电化学腐蚀

电化学腐蚀是存在电解液和导电路径时两种异种金属发生的一种电化学作用。该腐蚀发生于异种金属相接触时。异种金属和合金的电化学势不同,当两种及以上金属接触电解液时,其中一种金属便会充当阳极,另一种充当阴极。

电耦合造成的双金属腐蚀程度将根据具体情况有所变化。通常,以下因素将会影响电化学腐蚀过程:

相应金属或合金电化学势之差。(参阅电位序).

阴极和阳极金属的表面积:当贵金属(阴极)表面积大于活性更大的元件(阳极)时会存在不良比率。这会加快阳极的腐蚀。换言之,阳极面积较大而阴极面积较小会轻微加快电化学效应。

电化学回路的电阻: 可将腐蚀电池比作电路。电阻增加时电流减小,从而降低腐蚀速率。 或者,可使用可网购的腐蚀模拟软件来计算或预测全面腐蚀

根据电位序可以获得哪些信息?

电位差可以告诉我们,如果两种金属相连,哪一种将会受到腐蚀;

阴性更大的金属将会受到腐蚀

阳性更大的金属将会受到阳极保护

腐蚀速率取决于两种金属之间的电位差;

电位差越大,腐蚀越大

经验法则:低于50mV的电位差可忽略不计

三、点蚀

点蚀是一种在通常采用钝化膜保护的材料表面发生的局部腐蚀。此类腐蚀极有可能发生于不锈钢或铝等钝化金属表面。 正常条件下,这些材料采用空气中氧气或电解液在金属表面形成的氧化膜进行保护。钝化膜可能会受到机械破坏,或被电解液(如,海水)中的腐蚀离子破坏。 这会造成小范围去钝化成阳极,而未知但可能巨大的范围变成阴极,从而造成非常局部的电化学腐蚀。严重腐蚀始发于表面下方,然后向材料内部发展,且腐蚀速率可能非常大。 点蚀是最隐匿的腐蚀类型之一。它会造成设备快速出现故障,而整个结构物的重量损失百分比较小。

四、缝隙腐蚀

缝隙腐蚀是一种局部腐蚀,发生于两个金属表面之间或金属与非金属表面之间的狭窄开口或空间中,如下图所示。 狭窄空间的氧气浓度低于金属自由暴露部分的氧气浓度。阳极反应无需使用氧气,因此缝隙中的金属会出现损失,而阴极反应发生于氧气充足的室外。 缝隙的一些示例包括法兰、沉积物、垫圈、轧制管端、螺纹接头、O型圈、垫片和搭接接头。

五、应力腐蚀开裂

应力腐蚀开裂(SCC)是张力组合的结果,造成材料快速失效。所施加的荷载、生产工艺残余应力或二者同时存在均可能产生应力。 其共同作用形成的裂缝通常难以检测,任其发展可能会造成突发性、灾难性故障。 某些材料在氯环境中可能对SCC较敏感,包括含铬和镍的奥氏体不锈钢以及大量铝合金。通常,对SCC的敏感性会随着温度的升高而增大。 许多合金/环境组合的安全温度已显示,只要低于该温度,则对SCC的敏感性几乎为零。 约60 °C下用于运送淡水或海水的绝缘不锈钢管对SCC尤其敏感。常用做法是使用非金属细磨料对不锈钢管进行喷丸清理,然后再涂覆环氧树脂或类似涂料。

六、冲蚀腐蚀

当金属同时暴露于机械性磨损和腐蚀环境时会发生这种腐蚀。液体或气体在管路中高速流动时会在其内部形成湍流,造成冲蚀腐蚀。随后,湍流会造成表面保护层被磨损或损坏,从而使基底材料暴露于较高的速度中,造成局部腐蚀。 冲蚀腐蚀可能会发生于大部分金属表面,但软金属特别容易发生此类腐蚀。示例:铜合金、黄铜和纯铝。

可能会促使冲蚀腐蚀发生某些因素包括:

构筑物设计不当,突然改变钻孔或接缝,造成平滑金属表面不连续。

流速超过规定速度(如,铜合金为1 m/s)

缝隙造成液体在流体主体范围外流动。

存在腐蚀产物或其它可能会扰动层流的沉积物

七、脱合金腐蚀

脱合金腐蚀或选择腐蚀实际上是一种电化学腐蚀。此类腐蚀会造成以下合金元素之一优先受到侵蚀。此类腐蚀可能会在整个表面上局部或均匀分布。由于一种元素被选择性去除,从而剩下多孔材料,力学强度较小或缺失。 脱合金腐蚀示例包括黄铜的脱锌以及某些铝黄铜的脱铝。黄铜是一种铜锌合金。某些黄铜合金暴露于海水中时易于发生选择腐蚀。这可通过合金变为红铜色(相比原来的黄色)来轻松辨识。 脱锌区域呈孔状,且力学强度较低,当合金暴露于物理冲击时可能会造成突然断裂。

八、细菌腐蚀

海洋、泥土和土壤中始终存在不同类型的细菌。在一定条件下,它们会通过刺激阴极过程,参与腐蚀过程。该过程背后的机制较为复杂,此处不做讨论。细菌腐蚀(微生物腐蚀、厌氧腐蚀等)发现于油罐、压载罐以及埋入海泥中的结构物/物体(如管线)上。

促使细菌腐蚀发生的条件包括:

死水

为细菌提供充足的养分

硫酸盐(适用于硫酸盐还原菌(SRB))

适宜的温度(20 - 40℃)

九、腐蚀疲劳

腐蚀疲劳也是一种失效类型,是腐蚀环境和物理应力共同作用的结果。几乎所有工程结构物均会承受某些类型的交变应力,并在整个使用寿命期间暴露于有害环境中。腐蚀疲劳通常与使用高强度钢减小材料时造成的变形和振动有关。 腐蚀疲劳会造成材料开裂,并最终完全毁坏整个材料。可使用显微镜来评估断裂表面,并观察该表面平滑部分上的“条纹”线。这些条纹均应向起始点弯曲。 如下图所示,安全区位于虚线以上。在此情况下,相关材料能在非腐蚀环境中承受所有荷载组合以及动态循环。然而,当暴露于腐蚀环境时,该材料将会在完成一定量的动态循环后断裂。这可用图中虚线以下危险区的曲线表示。

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