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艾因斯新蟲 (小有名氣)
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了解腐蝕——腐蝕概述
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介紹 長期以來，腐蝕一直是科學(xué)研究的主題，因為它具有毀滅性的后果，一般來說，腐蝕是一種自然現(xiàn)象，可以解釋為材料(通常是金屬)的腐爛，或由于對其環(huán)境的反應(yīng)而導(dǎo)致的屬性。國際標(biāo)準(zhǔn)組織對腐蝕的科學(xué)定義是“金屬與其環(huán)境之間的物理化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致金屬性質(zhì)的改變，并經(jīng)常導(dǎo)致金屬、環(huán)境或其組成部分的科學(xué)系統(tǒng)的功能退化”。雖然常見用法通常將腐蝕與金屬氧化聯(lián)系起來，但所有形式的天然和合成材料的氧化，包括生物材料和納米材料，現(xiàn)在都包括在術(shù)語腐蝕中�！案g是一種材料(金屬、陶瓷和聚合物)與其環(huán)境之間不可避免的界面相互作用，可能導(dǎo)致材料的消耗或降解為環(huán)境成分的材料”是一種更廣泛且普遍接受的腐蝕替代定義。環(huán)境是由與物質(zhì)接觸的整個環(huán)境組成的。物理狀態(tài)(氣體、液體或固體)、化學(xué)成分(成分和濃度)和溫度是定義環(huán)境的主要變量。 腐蝕的代價 在20世紀(jì)60年代，當(dāng)人們認(rèn)識到腐蝕對發(fā)達(dá)國家的經(jīng)濟(jì)造成了損害，制成品的使用壽命縮短，資源被反冶金過程浪費(fèi)，腐蝕的重要性得到了承認(rèn)。此外，腐蝕還涉及到人的生命和安全、巨大的環(huán)境影響和材料保護(hù)等問題。 為了評估腐蝕的經(jīng)濟(jì)影響，一些國家進(jìn)行了腐蝕成本研究。根據(jù)2013年發(fā)布的一份報告，腐蝕的綜合成本占gdp的3.4%。各類經(jīng)濟(jì)體的貢獻(xiàn)如下：美國貢獻(xiàn)2.7%，印度4.2%，歐洲地區(qū)3.8%，阿拉伯世界5.0%，中國4.2%，俄羅斯4.0%，日本1.0%，亞洲四小龍及澳門2.5%，世界其他地區(qū)約占全球腐蝕總成本的3.4%。 腐蝕測量單位 腐蝕速率可以表示為單位腐蝕深度的增加量(密耳/年)(mpy)(滲透率，密耳/年)或單位面積時間內(nèi)的重量損失，通常為mdd(毫克/平方分米/天)或腐蝕電流(ma cm22，cm2)。盡管表示腐蝕速率的首選si單位是mm·yr⁻¹或inch·yr⁻¹，但術(shù)語mpy在美國最常用(一密耳代表一千分之一英寸)，也是最理想的腐蝕速率表達(dá)式，可通過對應(yīng)公式進(jìn)行估算。 腐蝕類型 腐蝕表現(xiàn)為多種形式，對腐蝕類型細(xì)節(jié)的基本了解是可取的，因為這有助于確定腐蝕原因和選擇最有效的防腐方法。一般來說，分類是基于三個因素中的一個: (1)腐蝕劑的性質(zhì)，(2)腐蝕機(jī)制，以及(3)被腐蝕金屬的外觀。根據(jù)外觀，腐蝕類型如下: 均勻腐蝕或一般腐蝕 最常見的腐蝕形式是均勻腐蝕。它通常被稱為一般腐蝕。這種或多或少均勻地發(fā)生在暴露于腐蝕介質(zhì)中的整個金屬表面上的腐蝕，稱為均勻腐蝕。它通常發(fā)生在腐蝕率相對較低且控制良好的環(huán)境中(如化學(xué)處理的封閉循環(huán)系統(tǒng)和一些開放水系統(tǒng))。到目前為止，最容易發(fā)生均勻腐蝕的金屬是低合金鐵和鎂合金。全面腐蝕是由局部腐蝕電池作用造成的，也就是說，在任何給定的時間，金屬表面都有多個陽極和陰極處于活躍狀態(tài)。裸露金屬表面上的均勻腐蝕幾乎以同樣的速度進(jìn)行。當(dāng)暴露于開放空間、土壤和自然水域時，鑄鐵和鋼會均勻腐蝕，導(dǎo)致生銹。 電偶腐蝕 在電解質(zhì)溶液和電子傳導(dǎo)路徑中，電偶腐蝕，通常稱為雙金屬或雙金屬腐蝕，是兩種不同金屬的電化學(xué)行為。如果具有不同電極電位的不同金屬或合金在標(biāo)準(zhǔn)電解質(zhì)溶液中電連接，就會出現(xiàn)這種情況。陽極變成更負(fù)的或活性金屬，電化腐蝕電池的陰極變成更正的或貴金屬。在較貴的材料中，較不貴的合金通常表現(xiàn)出腐蝕的增加和腐蝕的減少或抑制。兩種金屬之間的電位差、環(huán)境的性質(zhì)、金屬的極化行為以及組成金屬的幾何關(guān)系都會影響電偶腐蝕的程度。 點(diǎn)蝕 點(diǎn)蝕似乎是最具破壞性的腐蝕方式，通常是加工廠設(shè)備故障的原因，約占腐蝕造成的金屬破壞的90%。點(diǎn)蝕是高度局部化的金屬表面腐蝕，周圍區(qū)域沒有整體腐蝕。凹坑可以定義為直徑等于或小于金屬表面深度的空腔。它會導(dǎo)致金屬基底被快速穿透。它首先是一種白色或灰色的粉狀堆積物，類似于灰塵，弄臟了表面。當(dāng)涂層被洗掉時，可以在表面上看到微小的坑或洞。在某些情況下，點(diǎn)蝕會在整個金屬表面形成，形成不規(guī)則或相當(dāng)粗糙的表面輪廓。點(diǎn)蝕更難追蹤、預(yù)防和管理，因此被認(rèn)為比均勻腐蝕破壞更危險。 縫隙腐蝕 縫隙腐蝕也指閉塞區(qū)域的腐蝕，是局部材料退化的最嚴(yán)重形式之一。這種類型的腐蝕與停滯電解條件下發(fā)生的點(diǎn)蝕相當(dāng)，而縫隙腐蝕的發(fā)生是由于局部化學(xué)變化，即縫隙中氧氣的消耗、ph值隨著氫離子濃度的增加而上升，以及氯離子濃度的增加。氧耗盡意味著在裂縫區(qū)域內(nèi)，陰極對氧還原的反應(yīng)無法持續(xù)，因此會發(fā)生金屬溶解。在任何金屬和任何腐蝕環(huán)境中，縫隙腐蝕都可能發(fā)生。 粒間腐蝕 粒間腐蝕，也稱為晶間腐蝕，是對晶界或其周圍區(qū)域的局部優(yōu)先侵蝕。在顆粒的主體上很少或沒有觀察到侵蝕。缺乏強(qiáng)度和延展性導(dǎo)致了這種形式的腐蝕。有時，攻擊很快，深深地穿透金屬并導(dǎo)致失敗。極限范圍內(nèi)雜質(zhì)的存在，或一種或多種合金元素的局部富集或降解，都是由于這種形式的腐蝕。 應(yīng)力腐蝕裂紋 承受持續(xù)拉伸應(yīng)力和腐蝕環(huán)境的結(jié)構(gòu)部件可能在低于屈服強(qiáng)度的應(yīng)力下過早失效，稱為應(yīng)力腐蝕開裂(scc) 。應(yīng)力可能是由于增加的負(fù)荷、生產(chǎn)過程(焊接、熱處理、機(jī)械加工和磨削)產(chǎn)生的殘余應(yīng)力或兩者的結(jié)合而產(chǎn)生的。 侵蝕腐蝕 術(shù)語“侵蝕”是指由于機(jī)械力引起的腐爛。當(dāng)導(dǎo)致侵蝕的因素增加了金屬的腐蝕速度時，這種侵蝕被稱為“侵蝕腐蝕”。它是活躍的化學(xué)環(huán)境和高表面流速流體混合的產(chǎn)物。 腐蝕控制方法 腐蝕管理需運(yùn)用工程原則和技術(shù)，以最經(jīng)濟(jì)的方式將腐蝕減輕至合理程度，可采用的控制方法如下： 正確選擇材料 該方法包括選擇和使用具有高耐腐蝕性的材料，以增加結(jié)構(gòu)在特定環(huán)境中的壽命。雖然沒有能抵抗所有腐蝕條件的材料，但選擇合適的材料以避免某些形式的腐蝕失效是很重要的。例如，鈦是一種高度耐腐蝕的材料，但它比鋼貴得多。此外，它的延展性不如鋼。碳鋼是石油生產(chǎn)系統(tǒng)中的首選材料，尤其是油井、管道、容器和儲罐等設(shè)備，因為它具有良好的機(jī)械性能和較低的成本。然而，不銹鋼等選項可用于需要更耐腐蝕材料的情況。 涂層、襯里和非金屬管道 涂層是一種以液體或粉末形式應(yīng)用的薄材料，其在固化時牢固且連續(xù)地附著在待保護(hù)的材料上。對于內(nèi)部使用，這種方法可能被稱為襯砌。涂層需要是柔性的、耐化學(xué)流體侵蝕的、具有強(qiáng)粘附力的、具有低孔隙率或沒有孔隙率的，并且在工作溫度下是穩(wěn)定的。涂層通常與陰極保護(hù)系統(tǒng)一起使用，以防止對涂層材料造成任何損壞。非金屬管道的應(yīng)用在許多應(yīng)用中也是很好的，因為它們不會腐蝕，但局限性是它們可能會因環(huán)境的侵蝕而退化或弱化。 影響腐蝕速率的因素 影響腐蝕速度的因素包括內(nèi)部和外部兩類，直接或間接作用于腐蝕過程。以下重點(diǎn)關(guān)注外部因素中電解質(zhì)溶液的化學(xué)性質(zhì)影響，內(nèi)部因素因難以改變，僅考量其對金屬腐蝕的基礎(chǔ)作用。 ph值對金屬腐蝕的影響 根據(jù)它們與ph值的關(guān)系(耐腐蝕性)，所有金屬可以分為五類: 1. 金(au)、銀(ag)、鉑(pt)、鈀(pd)、銠(rh)、釕(ru)、汞(hg)、鉭(ta)、鈮(nb)、鋨(os)和銥(ir)的耐腐蝕性不受ph值的影響。在ph值為5 0至14時，它們具有抗腐蝕性。 2. 鐵(fe)、鉻(cr)和錳(mn)在80°c以上的酸性溶液(ph 4)和非常熱的堿性溶液(ph 13.5)中會受到強(qiáng)烈腐蝕。它們經(jīng)常腐蝕，但在中性ph值(6—8)下腐蝕速率較低，在ph值為9—13時不受腐蝕。 3. 鎂(mg)、鈦(ti)、鉿(hf)、釩(v)和鉍(bi)對中性和堿性溶液(強(qiáng)ph值)具有極強(qiáng)的抵抗力，在低ph值下(在酸性溶液中)會發(fā)生高速腐蝕。 4. 在酸性和中性溶液中，鉬(mo)、鎢(w)和錸(re)耐腐蝕，但在堿性溶液中會被腐蝕。 5.鈹(be)、鋁(al)、銅(cu)、鋅(zn)、鎘(cd)、錫(sn)、鉛(pb)、鈷(co)、鎳(ni)、鋯(zr)、鎵(ga)和銦(in)。最后一組是大的。在酸性和堿性液體中，它們都會腐蝕，因此被稱為兩性金屬。只有中性溶液能抵抗這些金屬。 結(jié)論性的評論 腐蝕可能是一種可怕的經(jīng)歷，當(dāng)它應(yīng)用于依賴未腐蝕金屬運(yùn)行的工業(yè)時，可能會導(dǎo)致一些令人不快的影響，這些影響并不總是被認(rèn)可的:缺乏生產(chǎn)、傷害和重大經(jīng)濟(jì)損失。每年，工業(yè)從他們的業(yè)務(wù)中流失數(shù)十億美元，主要是由于腐蝕。全球腐蝕的總成本是巨大的；總計約2.5萬億美元，這一數(shù)字還不包括人類保護(hù)或環(huán)境后果。 在不斷的工業(yè)實踐中，發(fā)現(xiàn)鉭金屬具有良好的抗腐蝕性，其中鉭涂層的應(yīng)用能最大限度的降低腐蝕成本，預(yù)計每年減少8750億美元(大約)的成本是很容易實現(xiàn)的。 |
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