腐蚀指金属表面与周围介质相互作用,使金属基体受到破坏的现象。根据腐蚀的原理不同,分为化学腐蚀和电化学腐蚀两大类。
1.腐蚀原理
(1)化学腐蚀
化学腐蚀是指金属与周围介质直接接触产生化学反应而产生的腐蚀。腐蚀过程中无电流产生,如金属在高温下的氧化,产生的腐蚀产物是氧化皮。金属被腐蚀产生的腐蚀产物一般沉积于表面,形成一层膜,使金属基体怀介质隔离。如果膜是稳定的、很致密,与基体结合牢固,则该膜具有保护作用,称之为氧化膜。反之,将使金属逐渐被腐蚀直至破坏。因而,提高金属耐化学腐蚀的能力,主要通过合金化或其它方法,使金属表面形成一层钝化膜。
典型实例:钢铁的高温氧化
Fe – 2e → Fe 2+; O + 2e → O2-; Fe 2+ + O2- → FeO (温度高于575度,灰色,疏松)
低于575度时,形成磁性的四氧化三铁(蓝黑色)和三氧化二铁(赤褐色)。
(2)电化学腐蚀
电化学腐蚀是金属与电解溶液接触产生原电池作用引起的腐蚀现象。由阴极和阳极形成微电池,腐蚀过程中有电流产生,如钢在室温下的锈蚀主要属于电化学腐蚀。电极电位低的金属作为阳极而被腐蚀。
在同一种金属或合金中,也有可能产生电化学腐蚀。原因:主要是由于化学成分不均匀,组织状态和应力状态等的不同而引起的。同一金属内部、不同区域之间存在电极电位差,在电解质存在时,产生微电池作作引起腐蚀。例如,钢中珠光体由铁素体和渗碳体两相组成,铁素体的电极电位低于渗碳体。当电解质溶液(如硝酸酒精溶液)存在时,铁素体作为阳极被腐蚀。
F :阳极, 电极电位低,失去电子被腐蚀;
Fe
2.防止措施
主要是合金化,添加 Cr、Ni、Si、Al、Mo、Ti、Nb等合金元素。其作用:
(1)加入Cr元素,提高基体的电极电位。当铬含量为12%左右时,合金的电极电位由-0.56V → +0.2V,不锈钢中铬的含量都在12%以上。
(2) 使钢在使用态为单相组织,避免形成微电池。
铁素体不锈钢中 WCr > 17%,使用态为单相F;
奥氏体有锈钢中 WNi > 9%,使用态为单相A。
(3)加入Cr、Si、AL等形成致密氧化膜,基体与环境隔绝,提高耐蚀性。主要有Cr2O3、SiO2、Al2O3。
(4)Ti、Nb等形成稳定碳化物或金属间化合物,避免晶界贫铬 。