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第一章 腐蚀概论

发布时间:2010-7-9 16:58:53

  一、腐蚀的定义

腐蚀是材料在环境的作用下引起的破坏或变质。
金属和合金的腐蚀主要是由于化学或电化学作用引起的破坏,有时还同时伴有机械、物理或生物作用。例如应力腐蚀破裂就是应力和化学物质共同作用的结果。单纯物理作用的破坏,如合金在液态金属中的物理溶解,也属于腐蚀范畴,但这类破坏实例不多。单纯的机械破坏,如金属被切削、研磨,不属于腐蚀范畴非金属的破坏一般是由于化学或物理作用引起,如氧化、溶解、溶胀等。
二、腐蚀的危害
1经济损失
腐蚀的危害非常巨大,它使珍贵的材料变为废物,如铁变成铁锈、(氧化铁);使生产和生活设施过早地报废,并因此引起生产停顿,产品或生产流体的流失,环境污染,甚至着火爆炸。据统计,工业发达国家每年由于金属腐蚀的直接损失约占全年国民经济总产值的2~4%。中国1988年国民生产总值约为1万4千亿元,由于金属腐蚀造成的直接损失约为300~600亿元。据国外统计,金属腐蚀的年损失远远超过水灾、火灾、风灾和地震(平均值)损失的总和,这还不包括由于停工减产、火灾爆炸等造成的间接损失。例如,发电厂一合锅炉管子腐蚀损坏,其价值不大,但引起一大片工厂停工,则损失要大得多。另外,非金属腐蚀损失还没有详细调查,由于混凝上、木材、塑料等用量庞大,腐蚀损失也是惊人的。材料腐蚀遍及所有的经济和生活领域,由于腐蚀主要是材料与化学介质发生化学反应所引起的,所以,对于大量使用和生产强腐蚀性化学产品的化学工业等,其危害就更大。克服腐蚀危害也是广大科技工作者的迫切任务。
    2.对安全和环境的危害
    腐蚀不仅造成经济上的损失;也经常构成对安全的威胁。均匀腐蚀,如铁生锈,一般进展缓慢,危险性不大,但一些局部腐蚀如孔蚀(穿孔)和应力腐蚀破裂,常常是突然发生的,可能引起事故,造成意外危险。过去国内外都曾发生过许多灾难性腐蚀事故,如飞机因某一零部件破裂而坠毁,桥梁因钢梁产生裂缝而塌陷,油管因穿孔或裂缝而漏油,引起着火爆炸等。化工厂的腐蚀事故更多,如贮酸槽穿孔泄漏,造成重大环境污染,液氨贮罐爆炸,造成人员伤亡,管道和设备跑、冒、滴、漏,破坏生产环境,有毒气体如氯、硫化氢、氰化氢等的泄漏,则更危及工作人员和附近居民的生命安全。据一些化工厂的统计,化工设备的破坏约有60%是由于腐蚀引起的,而腐蚀破坏中约30%是均匀腐蚀, 70%则属于危险的局部腐蚀,其中以应力腐蚀破裂为最多。可见,除了经济损失以外,腐蚀对安全和环境的威胁决不容忽视。    
    3.阻碍新技术的发展
一项新技术、新产品、和新工业的产生过程中,往往会遇到需要克服的腐蚀问题,只有解决了这些困难的腐蚀问题,新技术、新产品、新工业才得以发展。工业史上有许多例子,如铅室法硫酸工业是在找到了耐稀硫酸的铅材才得以发展起来的; 发明了不锈钢以后,生产硝酸和应用硝酸的工业才蓬勃兴起。近代还有一个有趣的例子,美国人在实施登月计划的过程中,遇到一个严重的腐蚀问题:盛四氧化二氮(氧化剂)的容器是用钛合金(6%A1,4%V)制成的,试验中几小时内就破裂,经查是应力腐蚀所致。后来科学家找到了防止破裂的方法:在氧化剂中加入少量水(>1.5%)或加0.6%NO,作为缓蚀剂,控制了应力腐蚀,克服了这道障碍,人类终于登上了月球。   
现在和未来在发展新技术、新产品的过程中,还会不断遇到各种新的腐蚀问题,而且是越来越困难的问题,例如化学、能源(包括核能)、航天工业等都有向高温、高压方向发展的趋势,这样可获得更高的生产率,更快的速度和更低的生产成本。但高温高压会造成更加苛刻的腐蚀环境。早期的喷气机油泵温度约为790℃,现在已达到约1100℃,这就需要适应高温、高速的新材料。由于石油和天然气的短缺,特别是我国,利用蕴藏量巨大的煤转化为气或液体燃料,是有重大意义的,但这就会遇到一连串的腐蚀问题:高温(超过1650℃)、高压、庞大的容器、粉尘的磨损腐蚀,硫化氢以及加氢引起的氢腐蚀,适应高温、高速、高磨蚀的泵和阀等。解决了这一系列问题,将可能获得廉价的煤的液化、气化燃料,将使我国以至世界的经济面貌大为改观。
    4.促进自然资源的耗损
    地球只有薄薄的一层外壳贮藏着可用的矿藏,而金属矿的贮量是有限的,现在已越来越减少。人类从矿石中提炼出金属,腐蚀又使金属变为无用的、不能回收的散碎的氧化物等,因而加速了自然资源的耗损。从延缓自然资源耗竭的观点看,防止腐蚀的工作也是十分重要的。
三、腐蚀的分类
    根据腐蚀的形态,可分为均匀(全面)腐蚀和局部腐蚀两类,局部腐蚀还可分为若干小类。
根据腐蚀的作用原理,可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。两者的区别是当电化学腐蚀发生时,金属表面存在隔离的阴极与阳极,有微小的电流存在于两极之间,单纯的化学腐蚀则不形成微电池。过去认为,高温气体腐蚀(如高温氧化)属于化学腐蚀,但近代概念指出在高温腐蚀中也存在隔离的阳极和阴极区,也有电子和离子的流动。据此,出现了另一种分类:干腐蚀和湿腐蚀。湿腐蚀是指金属在水溶液中的腐蚀,是典型的电化学腐蚀,干腐蚀则是指在干气体(通常是在高温)或非水溶液中的腐蚀。单纯的物理腐蚀,对于金属很少见,对于非金属,则多半产生单纯的化学或物理腐蚀,有时两种作用同时发生。
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