影响金属腐蚀的影响因素分析

10.1.4.1 环境介质因素

1.氧化剂与溶解氧 水溶液中的H⁺、H₂O以及溶解氧（O₂）都是氧化剂。此外，存在其中的阳离

化剂。氧化剂对腐蚀的影响一是决定于氧化还原反应时的平衡电位（E₀）及金属溶解平衡电位（E_a），当E₀＞E_a时氧化剂对腐蚀无影响；二是决定于金属特性，非钝化型金属（例如Cu）随氧化剂浓度升高而加快腐蚀。氧化剂对钝化型金属的影响较复杂，与钝化电位（E_Cr）、钝化电流（I_Cr）及阴极反应电流（I_C）有关。当E₀＜E_Cr时金属处于活性状态，氧化剂的影响与非钝化型金属相同；当E₀＞E_Cr，但I_C＜I_Cr时仍不能产生钝化，当I_C≥I_Cr时将进入钝化状态，此时氧化剂对金属腐蚀的影响大大减小。但是过钝化后，腐蚀速度又有增大。两种氧化剂共存时比单一氧化剂影响大。

蒸馏水中氧含量对低碳钢腐蚀的影响如图10-5所示。蒸馏水中溶有12mL/L氧时腐蚀速度达到最大值。溶解氧数量再增加，由于金属产生钝化，使腐蚀速度降低。当水中不含氧时室温下的腐蚀可忽略。

2.温度的影响 无论阳极反应或阴极反应，随温度升高，反应速度都会加快。低温下（低于80℃），在敞开容器中，随温度升高溶解氧增多，加速腐蚀。温度超过80℃后溶解氧减少，对腐蚀影响也减少。然而金属在封闭容器中时，随温度升高，腐蚀速度一直增加。

3.pH值的影响 金属腐蚀与阳极上的H⁺、OH^-反应有关，因此溶液的pH值对腐蚀速度有影响。酸性溶液中是氢去极化腐蚀，腐蚀速度随pH值增加而减小。中性溶液中氧去极化反应为主，金属腐蚀受溶解氧的影响，而pH值对腐蚀速度无影响。在碱性溶液中常常发生钝化，随pH值增加腐蚀速度降低。图10-6所示为pH值对Fe腐蚀速度的影响。图10-7所示为纯水在不同温度下的pH值。表10-6是一些溶液在25℃时的pH近似值。

图10-5 蒸馏水中氧含量对低碳钢腐蚀的影响（25℃，48h）

图10-6 pH值对Fe腐蚀速度的影响

图10-7 纯水在不同温度下的pH值

表10-6 在25℃时一些溶液的pH近似值

4.水中所含物质的影响

（1）淡水。淡水中含有Ca盐及Mg盐等。含盐量多的称为硬水，少的为软水。硬水比软水对金属腐蚀作用小，因为淡水是阴极去极化腐蚀为主，水中的CaCO₃在阴极表面形成膜，阻碍溶解氧向阴极扩散。

水中含盐量不同对金属的腐蚀程度也不同，含量低时随盐量增加腐蚀程度增大，达到一定含量后，腐蚀程度减轻。其原因是随盐量增加，导电性增大，加速腐蚀。含盐量高时溶解氧减少，减轻腐蚀，如图10-8、图10-9所示。

图10-8 盐类含量对碳钢[w（C）=0.06%]腐蚀的影响 （35℃，48h，试样表面积为17.5cm²）

图10-9 NaCl含量及溶解氧数量对Fe腐蚀的影响

（2）海水。海水中含大量EaCl为主的盐类，常将海水近似地看做是含w（EaCl）=3%或3.5%的溶液。海水成分见表10-7，人造海水成分见表10-8。海水腐蚀主要是溶解氧的作用。海水中溶解氧量见表10-9。

表10-7 海水的主要成分

表10-8 人造海水的化学成分

注：w（Cl）=19.38%×10^-3；用0.1mol/L的EaOH将pH值调至8.2。

表10-9 标准大气压及饱和状态下海水中溶解氧量（10^-4%）(www.xing528.com)

5.流速的影响 金属在淡水中随流速增加，氧的浓度梯度增大，使扩散速度增大，加速腐蚀，如图10-10所示。当流速增大到一定程度时，表面产生钝化，又降低腐蚀速度。流速再增加时，由于机械作用，钝化膜被破坏，又加速腐蚀。在海水中情况有所不同，碳钢等不易产生钝化膜的金属，随流速增加腐蚀程度增大；易钝化金属与在淡水中的情况相似。

图10-10 流速对腐蚀的影响

10.1.4.2 材料及热处理与腐蚀的关系

1.纯金属的耐蚀性

（1）纯金属的耐蚀性决定于三个因素，一是热力学稳定性，标准电极电位较正者耐蚀性好，较负者耐蚀性差；二是在热力学不稳定的金属中钝化能力强的（例如Ti、Eb、Al、Cr、Be、Ei、Co、Fe等）在氧化性介质中容易钝化，提高耐蚀性，而在还原性介质中不耐蚀；三是在热力学不稳定的金属中，当腐蚀初期形成致密的腐蚀产物时也可提高耐蚀性，例如Pb在H₂SO₄中，铁在磷酸中等。

（2）金属元素的耐蚀性在周期表中也是有规律的，特别是在固定腐蚀介质中时，其规律更明显。元素周期表中，从上向下，元素的热力学稳定性增大；易钝化的金属元素一般存在于Ⅳ～Ⅷ族的左侧；活性和较活性元素在第Ⅰ、Ⅱ族中。

元素周期表中一些金属的近似耐蚀性如图10-11所示。

图10-11 周期表中某些金属的近似耐蚀性 （所引用数据是对于室温下中等或较高浓度的酸或碱）

2.合金的耐蚀性 合金耐蚀性很复杂，既取决于材料的化学成分、组织结构，又与腐蚀介质等外界因素有关。提高热力学稳定性的元素可提高合金的耐蚀性。在动力学方面则与腐蚀过程控制因素有关系，例如，当腐蚀过程主要受阴极控制时，用合金化方法阻滞阴极过程能显著提高耐蚀性。纯金属中的杂质、合金中第二相多数是阴极相，如果减少这些阴极相数量，可提高耐蚀性。例如经固溶处理的硬铝比退火或时效状态耐蚀性好。

通过合金化提高合金钝化能力，是增强材料耐蚀性的有效途径之一，也可用减少合金中的阳极面积，提高阴极效率，使合金的腐蚀电位向钝化区移动。

（1）化学成分的影响。合金耐蚀性复杂，以常用的碳钢及低合金钢为例，碳钢耐蚀性与碳含量有关系，也与介质性质有关。在酸性溶液中，碳含量对材料耐蚀性有影响，而在中性溶液中碳含量的影响不明显。在非氧化性酸中，随碳含量增加，碳钢腐蚀速度增大，如图10-12所示。在氧化性酸中，随碳含量增加，开始时腐蚀速度增大，碳含量达到一定值后，腐蚀速度下降，如图10-13所示。在大气、淡水、海水、中性或弱酸性水溶液中，碳含量对碳钢腐蚀速度影响不大。

图10-12 在含20%（质量分数）的硫酸溶液中碳钢的腐蚀速度与碳含量的关系（25℃）

钢中的硫对耐蚀性有影响，在酸性溶液中促使材料加速腐蚀。

碳钢不耐蚀，低合金钢稍好。低合金钢中的合金元素以固溶状态存在时，对材料耐蚀性影响不大；以碳化物存在时对耐蚀性有影响。在不同使用条件下，材料的耐蚀性各异，例如含P、Cu、Cr等元素时可提高耐大气腐蚀能力。耐H₂S应力腐蚀的钢有：12AlMoV、12CrMoAlV、12Cr2MoAlV、40MnMoEb等。

（2）热处理的影响。消除应力、使组织均匀化的热处理可提高材料的耐蚀性。碳钢淬火后回火温度与耐蚀性的关系如图10-14所示。显然，中温回火时的耐蚀性最低。如果碳含量相同，片状珠光体比粒状珠光体耐蚀性差。珠光体弥散程度越大，越不耐蚀。

图10-13 在含30%（质量分数）的硝酸溶液中铁碳合金的腐蚀速度与碳含量关系

图10-14 碳钢回火温度对在0.1mol/L的硫酸溶液中腐蚀速度的影响

10.1.4.3 应力作用

材料中存在应力才会发生变形和断裂。在腐蚀环境介质中，应力加剧了材料的破损。材料中的应力一是来源于外加载荷；二是材料在加工制作过程中产生的残余内应力；三是材料中的腐蚀产生物。例如阴极反应产生的氢进入金属中，并在某些地方富集，形成氢分子（H₂），其压力很大，可能出现氢致开裂。图10-15所示为纯Fe冷变形程度（扭转次数）与腐蚀速度的关系。

图10-15 在H₂SO₄溶液中纯Fe的冷变形程度（扭转次数）与腐蚀速度的关系