腐蚀是什么？腐蚀是材料与周围环境（介质）之间发生作用所引起的破坏或变质，如金属在环境作用下发生锈蚀。金属之所以会发生腐蚀是因为它们在工作环境下化学性质不稳定。自然界中除了铜和金、银、铂等贵金属在常态下是金属态以外，从矿石中提炼出来的其他所有金属，在自然工作环境下它们都是非稳态的。非金属材料也会发生腐蚀，如涂料、塑料和橡胶的膨胀、变形、开裂、老化等。

腐蚀：无声无息的威胁

 

腐蚀造成的损失大于所有自然灾害的损失之和。腐蚀导致工程装备、关键结构以及基础设施损坏，进而引起灾难性事故。1981 年我国台湾民航客机 B-737 空中失事，其原因是机身下部高强度铝合金结构件多处发生严重的晶间腐蚀和剥蚀，进而形成裂纹；2001 年四川宜宾市南门大桥轰然断裂成三截，预计百年寿命实际仅仅使用了 11 年就发生断裂，事故原因是承重钢缆的应力腐蚀；2013 年青岛管道爆炸，造成 62人死、136 人伤，经济损失达 7.5 亿，其原因是腐蚀导致泄漏而进一步引起爆炸。因此，无论是在自然环境（大气、土壤、海水等）中，还是在苛刻工业环境（石油化工、核电、火电等）中，都需要开展系统研究，掌握材料的腐蚀损伤规律，研发各类低成本环保型腐蚀控制技术，实现降低腐蚀损失的目的。

腐蚀不仅造成经济损失，还会影响人类健康。腐蚀产生的重金属离子会污染饮用水、土壤和农作物等，进而通过饮食摄入而影响人类健康。美国、德国、日本、印度、中国等国家都有检测证据。

腐蚀是材料与环境之间发生的化学与电化学反应造成的，材料与环境的组合显得很重要。在何种环境中使用何种材料具有较好的抗腐蚀性和安全寿命，需要进行研究。例如，由于月球环境与火星环境存在明显差异，同样是航天部件对于其耐腐蚀性就有不同的要求。

金属腐蚀相关知识

 

腐蚀是一种悄悄进行的破坏，却常常造成令人措手不及的恶性事故。

一、金属腐蚀的危害

 

（1）重大的经济损失（停产损失、产品损失、效率损失、产品污染 、过度设计 ）（2）灾难性重大事故（有毒物质的泄漏，造成环境污染，危及人民健康）（3）资源与能源的巨大浪费（4）阻碍科技进步，延缓生产发展对腐蚀的初步认识——事故1967 年 12 月，位于美国西弗吉尼亚州和俄亥俄洲之间的俄亥俄桥突然塌入河中，死亡 46 人。事后检查，是由于钢梁应力腐蚀破裂和腐蚀疲劳而产生裂缝所致。同年，英国内普罗石油化工公司，环己烷氧化装置的旁通管发生硝酸盐应力腐蚀破裂，引起环己烷蒸汽管爆炸，死 28 人，伤 105 人，损失达 1 亿美元。1965 年 3 月 4 日，美国路易安那州输气管线破裂着火，死 17 人，事后检查是由于管线产生应力腐蚀破裂。

1970 年，日本大阪地下铁道的管道因腐蚀破坏而折断，引起瓦斯爆炸，乘客当场死亡 75 人。2007 年 8 月 1 日，美国明尼苏达州首府明尼阿波利斯市郊外 35 号洲际公路的一座大桥坍塌，约 50 辆汽车坠入密西西比河。据美国官员 8 月 21 日确认，断桥事故死亡人数为 13 人，伤者 70 多人。德国汉堡的 Kohlbrand Estruary 桥，由于斜拉索腐蚀严重，建成的第三年就更换了全部的斜拉索，耗资达 6000 万美元，是原来造价的四倍。

我国宜宾的南门大桥，在 1990 年 11 月建成，2001 年11 月 7 日发生吊杆腐蚀，造成桥面坠落事故，事故调查发现缆索已经严重生锈。我国广州的海印桥，在 1988 年年底建成，1995 年 5 月 25 日发生了 9 号索腐蚀断裂事故。为了防止事故的进一步发生，被迫进行全桥换索工程，耗资 2000 万元，工期半年。2013 年 11 月 22 日我国青岛的输油管道爆炸事件其主要原因是输油管道与排水暗渠交汇处管道腐蚀减薄、管道破裂、原油泄漏，流入排水暗渠及反冲到路面，事故共造成62 人死亡、136 人受伤，直接经济损失 7.5 亿元。

美国：美国是世界上拥有高速公路最长的国家，1993 年美国 57.5 万座桥中，受到腐蚀破坏的桥梁超过一半，40％的桥梁己承载不足。英国：1972 年，英国在一条高速公路上修建了11座桥梁，然而几年内就出现了严重腐蚀。截至1987 年，15 年来为维修这 11 座桥梁所花的费用已经相当于建桥资金的1.6 倍。英国现有桥梁中的 35％～ 40% 必须修复；丹麦：在哥本哈根地区调查了 102 座桥，其中 50％有严重的钢筋腐蚀现象。估计全世界每年因腐蚀报废的钢铁设备约相当于年产量的 30%，并且约 10% 的钢铁因为腐蚀而一去不复返了，回炉再生的钢铁也要消耗大量的能源来重新生产。

不锈钢的发明和应用大大促进了硝酸和合成氨工业的发展。

美国的阿波罗登月飞船贮存 N 2 O 4 的高压容器曾经发生应力腐蚀破裂，经分析研究加入 0.6%NO 之后才得到解决。美国著名的腐蚀学家方坦纳认为如果找不到这个解决办法，登月计划会推迟若干年。

海域风暴与腐蚀成为肯尼迪航天中心的耗资性问题：美国国家航空航天局（NASA）在过去的十年里，针对由于海域风暴和海沙侵蚀对肯尼迪航天中心（KSC）造成的损坏所支出的费用已达 1 亿美元，而这项费用将仍会继续大幅增长。

二、金属腐蚀的定义及分类

 

由于金属腐蚀的领域广、机理比较复杂，其分类方法也是多样的。常见的金属腐蚀的分类有下列几种方法。

（1） 按照腐蚀过程的历程分类。

（2） 按照腐蚀的形式分类。

（3） 按照腐蚀的环境分类。

（ 一 ） 按腐蚀过程的历程分类

 

金属腐蚀按腐蚀过程中的作用和机理可分为四大类，即：化学腐蚀、电化学腐蚀、在力学和环境共同作用下的腐蚀、微生物腐蚀。

 

化学腐蚀指金属与环境介质直接发生反应，而在反应过程中没有电流产生，它是一种氧化还原反应的化学反应。

电化学腐蚀 （Electrochemical Corrosion） 是指金属表面与电解质溶液发生电化学反应而产生的破坏，反应过程中有电流产生。通常按电化学机理进行的腐蚀反应至少有一个阳极反应和阴极反应。并以流过金属内部的电子流和介质中的离子流构成回路。阳极反应是氧化过程，即金属失去电子而成为离子状态进入溶液；阴极反应是还原过程，即金属内的剩余电子在金属表面／溶液界面上被氧化剂吸收。电化学腐蚀是最普遍、最常见的腐蚀。金属在大气、海水、土壤及酸、碱、盐等介质中所发生的腐蚀皆属此类。

水溶液是最普遍的电解质溶液。“天下莫柔弱于水，而攻坚强者莫之能胜。”（高享，老子注释）如“水滴石穿”，不仅是重力机械作用，也有腐蚀的作用。很多亮晶晶的材料，（不锈钢，铝合金）在水溶液的腐蚀下，黯然失色，甚至被损毁。

电化学作用也可以和机械、力学、生物作用共同导致金属的破坏。当金属同时受到电化学和拉应力作用时，将发生应力腐蚀破裂。当电化学和交变应力共同作用时，金属会发生腐蚀疲劳。若金属同时受到电化学和机械磨损的作用，则可发生磨损腐蚀。微生物的新陈代谢产物能为电化学腐蚀创造必要的条件，促进金属的腐蚀，称为微生物腐蚀。

（ 二 ）、按腐蚀的形式分类

 

根据腐蚀的形式，可将腐蚀分为全面腐蚀和局部腐蚀两大类。图 1 － 1 中的破坏类型 1 和 2 属前者，3 至 9 属后者。

 

1、全面腐蚀 （General Corrosion） 腐蚀分布在整个金属表面上，它可以是均匀的，也可以是不均匀的。碳钢在强酸、强碱中发生的腐蚀属于均匀腐蚀。

2、局部腐蚀 （Localized Corrosion） 局部腐蚀主要发生在金属表面某一区域，而表面的其他部分则几乎未被破坏。

局部腐蚀即专门腐蚀一些薄弱部位，导致材料被破坏。

局部腐蚀有很多类型，主要包括如下：

（1） 小孔腐蚀 （Pitting）。这种破坏主要集中在某些活性点上，并向金属内部深处发展。通常其腐蚀深度大于其孔径。严重时可使设备穿孔。不锈钢和铝合金在含有氯离子的溶液中常呈现这种破坏形式。

（2） 缝隙腐蚀：（Crevice Corrosion）。

金属在腐蚀性介质中其表面或因铆接、焊接、螺纹连接，与非金属连接，或因表面落有灰尘、砂粒、垢层、浮着沉积物等固体物质时，由于接触面间的缝隙内存在电解质溶液而产生的腐蚀现象。

缝隙腐蚀在各类电解液中都会发生。钝化金属如不锈钢、铝合金、钛等对缝隙腐蚀的敏感性最大。

（3）电偶腐蚀（Galvanic Corrosion）。

凡具有不同电极电位的金属相互接触，并在一定的 介质中所发生的电化学腐蚀即属电偶腐蚀。例如热交换器中的不锈钢管和碳钢花板连接处，碳钢在水中作为阳极而被加速腐蚀。

（4）晶间腐蚀（Intergranular Corrosion），这种腐蚀首先在晶粒边界上发生，并沿着晶界向纵深处发展。这时，虽然从金属外观看不出有明显的变化，但其力学性能却已大为降低了。 通常晶间腐蚀出现于奥氏体、铁素体不锈钢和铝合金的构件。

（5） 应力腐蚀破裂 （Stress CorrosionCracking）。金属在拉应力和腐蚀介质共同作用下，使金属材料发生腐蚀性破裂。

根据腐蚀介质性质和应力状态的不同，在金相显微镜下，显微裂纹呈穿晶、沿晶和或两者混合形式。应力腐蚀破裂是局部腐蚀中危害最大的，因为它们发生后用肉眼在金属表面很不易察觉，一般也没有预兆，具有突然破坏的性质。

（6）氢脆（Hydrogen Embrittlement）。

在某些介质中，因腐蚀或其他原因而产生的氢原子可渗入金属内部，使金属变脆，并在应力的作用下发生脆裂。例如含硫化氢的油、气输送管线及炼油厂设备常发生这种腐蚀。

（7） 腐蚀疲劳 （Corrosion Fatigue）。

金属材料在交变应力和腐蚀介质共同作用下的一种腐蚀。

（8）选择性腐蚀（Selective Corrosion）。

合金中的某一组分由于优先地溶解到电解质溶液中去，从而造成另一组分富集于金属表面上。例如黄铜的脱锌现象即属于这类腐蚀。此外，还有磨损腐蚀，浓差腐蚀等也属于局部腐蚀之列。

（ 三 ） 按照腐蚀的环境分类按照腐蚀的环境，可将腐蚀分为干腐蚀 （Dry Corrosion） 和湿腐蚀 （WetCorrosion） 两类。干腐蚀是指金属在干的环境中的腐蚀。例如金属在干燥气体中的腐蚀。湿腐蚀是指金属在湿的环境中的腐蚀。湿腐蚀又可分为：

1.自然环境下的腐蚀（1）大气腐蚀（Atmospheric Corrosion）。

（2） 土壤腐蚀 （Soil Corrosion）。

（3）海水腐蚀（Corrosion in Sea Water）。

（4）微生物腐蚀（Microbial Corrosion）。

2.工业环境中的腐蚀（1） 酸、碱、盐介质的腐蚀。

（2） 工业水中的腐蚀。

三、防腐蚀方法

 

1 选材还要考虑材料的力学性能、工艺性能及成本、要兼顾耐用性及经济性 .

2 工程结构的耐蚀设计工程结构的零部件的形状及连接方式，应从如下的六个方面，考虑耐蚀设计问题：

（1） 结构件的形状应尽可能简单合理——形状简单的构件易于采取防蚀措施，便于排除故障，易于检查和维修。

死角、缝隙、接头处容易使腐蚀介质聚集和浓缩，从而易引起可避免的腐蚀，应设法避免。

（2） 防止电偶腐蚀——将电位不同的两种金属在电解液中接触时，将构成原电池，导致电偶腐蚀；电位差愈大，则腐蚀电流愈大，腐蚀愈快。

（3） 设计时避免缝隙，便可避免缝隙腐蚀——铆接、销钉连接、螺栓连接、法兰盘之间连接等，都会带来缝隙，若有化学介质在缝隙内，便会产生缝隙腐蚀。一般采用焊接、涂料、适当尺寸的垫圈等措施，防止这种腐蚀。

（4） 设计时，防止湍流、涡流等造成的冲刷腐蚀——应用流体力学，从部件的设计上，避免这种流动方式。

（5） 设计时，防止温度差、通气差、溶液浓度差等导致的电位差引起的腐蚀。

（6） 设备和建筑物的位置如有选择可能，应选择自然腐蚀较低的位置，如避免海洋大气、工业排水、化工厂有害烟尘等的加速腐蚀。

3.防护涂层

 

防护涂层可分为金属的及非金属的两大类。

金属的腐蚀破坏都是从表面开始，假如在它的表面与介质之间插入稳定的或耐蚀的物质，使金属表面不能与介质接触，金属的腐蚀便会停止。这种插入的物质叫做涂层或镀层，它类似于雨衣，人们穿了它，可以不受雨淋。

4. 电化学保护电化学保护分为阴极保护和阳极保护两类。

5 治理环境简而言之，治理环境就是去除有害的物质和加入有利的物质。

水对于金属材料及非金属材料，都有腐蚀性，去除有害的物质，首先是干燥脱水。若材料服役时必须与水或水溶液经常接触，则要考虑脱气和去盐。

因而锅炉用水要求脱氧，使水中氧含量低到 10 － 9 的数量级。

含硫的油气田中的 H 2 S 需要去硫，一方面回收硫这种资源，另方面可降低硫化氢导致的应力腐蚀。

天然水中含有 C0 2 及 0 2 ，可以加速碳钢的腐蚀；而天然水中又含有大量的矿物质，特别是钙盐及镁盐，如为不经过软化处理的水用于锅炉，在锅内将会有大量的 Ca 盐沉积，这种沉积物一方面降低了导热能力，使热效应减少，另方面由于局部过热，可加速局部氧化及局部破坏。水的软化是一种脱盐作用，也是一种脱气处理。因此，“去除有害的物质”可以概括为“三脱”，即脱水、脱气、脱盐。

6. 加缓蚀剂缓蚀剂：在给定的金属—腐蚀介质中，如在腐蚀介质中加入少量物质就能有效地降低这种金属的腐蚀速率，则这种物质叫做缓蚀剂。

可采用不同的标准划分缓蚀剂，例如，腐蚀过程、表面层结构、缓蚀剂成分、腐蚀介质特性等。在下面，分述这些划分结果及定性机理。

（1） 腐蚀过程 按照对腐蚀过程的影响，缓蚀剂分为：

①阳极型缓蚀剂；②阴极型缓蚀剂；③混合型缓蚀剂。

阳极缓蚀剂主要是由于阻滞阳极过程的进行而降低腐蚀速度。这些过程包括金属离子化及阳极面积的减少。阴极缓蚀剂可以阻滞阴极过程。这些过程包括氧的离子化、氧至阴极的扩散、氢离子的放电及阴极面积的减少。混合型缓蚀剂对于上述两种电极过程都起着阻滞作用。

从电化腐蚀理论来分析，把缓蚀剂区分为阳极的及阴极的，只是相对的说法。严格地分析，没有一种缓蚀剂是只阻滞一种电极过程。因为阻滞阳极过程的缓蚀剂也引起了阴极反应动力学的改变；而阻滞阴极过程的缓蚀剂也会改变阳极反应的速度。

同任何的“破坏”效应一样，腐蚀的“害”和“利”，取决于人们的意愿。

对于材料腐蚀来说，结构部件的腐蚀是有害的，这是一种导致严重损害的材料失效方式；在另一方面，利用腐蚀现象进行电化学加工，制备信息硬件的印刷线路，制取奥氏体不锈钢的粉末等，腐蚀却对人类有利。从科学上理解腐蚀机理，在技术上提出避免有害效应、利用有利效应的措施，可获得人类所追求的经济效益。