金属零件的电化学腐蚀及防护技术

电化学腐蚀是一种复杂的物理与化学腐蚀过程。 它是金属与电解质物质接触时产生的腐蚀,与化学腐蚀的不同之处在于腐蚀过程中有电流产生。 形成电化学腐蚀的基本条件是:

①有两个或两个以上的不同电极电位的物体或在同一物体中具有不同电极电位的区域,以形成正负极。

②电极之间需要有导体相连接或电极直接接触,使腐蚀区电荷可以自由流动。

③有电解质溶液存在。

这三个条件与形成原电池的基本条件相同。 原电池的工作过程是:作为阳极的锌被溶解,作为阴极的铜未被溶解,在电解质溶液中有电流产生。 电化学腐蚀原理与此基本相同。因此,电化学腐蚀可定义为是具有电位差的两个金属极在电解质溶液中发生的具有电荷流动特点的连续不断的化学腐蚀。 常见的电化学腐蚀形式有以下四种:

(1）均匀腐蚀

当金属零件或构件表面出现均匀的腐蚀组织时,称为均匀腐蚀。 均匀腐蚀可在液体、大气或土壤中产生。 机械设备最常见的均匀腐蚀是大气腐蚀。 在工业区,大气中含有较多的CO2、SO2、H2S、NO2 和Cl2 等,这些气体均是腐蚀性气体。 特别是SO2 会被氧化为SO3 然后与空气中的水作用生成H2SO4 吸附在零件表面形成电解液膜,从而引起强烈的电化学腐蚀。 此外,空气中的灰尘也含有酸、碱、盐类微粒,当这些微粒黏附在零件表面时,同样会吸收空气中的水分而形成电解液,以致造成零件表面腐蚀。

(2）小孔腐蚀(点蚀）(www.xing528.com)

金属件的大部分表面不发生腐蚀或腐蚀很轻微,但局部地方出现腐蚀小孔,并向深处发展的腐蚀现象,称为小孔腐蚀(简称“点蚀”)。 由于工业上用的金属往往存在极小的微电极,故在溶液和潮湿环境中小孔腐蚀极易发生。 对于钢类零件而言,当小孔腐蚀与均匀腐蚀同时发生时,其腐蚀点极易被均匀腐蚀产生的疏松组织所掩盖,不易被检测和发现。 因此,小孔腐蚀是最危险的腐蚀形态之一。

(3）缝隙腐蚀

机电设备中的各个连接部件均有缝隙存在,一般在0.025 ～0.1 mm,当腐蚀介质进入这些缝隙并处于常留状态时,就会引发缝隙处的局部腐蚀。 例如,管道连接处的法兰端面、金属铆接件铆合处等,都会发生这种缝隙腐蚀。

(4）腐蚀疲劳

承受交变应力的金属机件,在腐蚀环境下疲劳强度或疲劳寿命降低,乃至断裂破坏的现象,称为腐蚀疲劳或腐蚀疲劳断裂。 腐蚀疲劳可以使金属机件在很低的循环(脉冲)应力下发生断裂破坏,并且往往没有明确的疲劳极限值,因此,腐蚀疲劳引起的危害比纯机械疲劳更大。

腐蚀疲劳的发生过程是:当金属机件在交变应力的作用下,表面产生塑性变形,出现挤出峰与挤入槽时,腐蚀介质就会在这些微观部位产生化学腐蚀与电化学腐蚀。 腐蚀加速了裂纹的形成与裂纹扩展速度,并使金属组织受到了一定程度的破坏,最终导致机件腐蚀疲劳断裂。

除上述各种腐蚀失效模式之外,还有晶间腐蚀、接触腐蚀、应力腐蚀开裂等多种腐蚀形式,它们对不同材料、不同工况下的设备腐蚀有不同的影响。 为防止和降低腐蚀失效的发生,减轻其对设备的危害,在设备制造过程中要特别注意正确选择机件材料,合理设计各种结构。对在易腐蚀环境下工作的机件,采用表面覆盖技术、电化学保护技术、添加缓腐剂等防腐措施,保护机件不受或少受腐蚀介质的影响。