縫隙腐蝕具有普遍性,對于金屬類型和腐蝕介質沒有“選擇性”,即幾乎全部種類的金屬都會發生該類腐蝕,腐蝕性介質都可能造成該類腐蝕。浙江至德鋼業有限公司本次主要介紹縫隙腐蝕機理、影響因素、研究縫隙腐蝕的數值方法,并提出相關預防措施。
縫隙腐蝕屬于電化學腐蝕的一種類型,其機理包括金屬離子濃差電池理論、氧濃差電池理論、活化-鈍化電池理論等,其中氧濃差電池理論被大家普遍接受。對于服役于含氯離子環境中的奧氏體不銹鋼,氯離子會在縫隙內聚集,引發點蝕,加速縫隙腐蝕,該類腐蝕稱為點蝕型縫隙腐蝕。縫隙腐蝕和應力腐蝕相比,前者是局部的全面腐蝕或密度較大的坑蝕。從實際腐蝕案例來看,在氯離子以及拉應力存在的情況下(特別是拉應力較大的情況),生應力腐蝕的概率遠大于縫隙腐蝕。
一般認為,在含氧的中性溶液中,縫隙腐蝕是由氧濃差電池引起的。過程如下:
起始階段,縫隙里面和外面金屬的電化學反應一樣,都是陽極溶解,主要反應為:
隨著反應進行,縫隙內部氧含量降低,又難以補充,造成陰極反應減緩直至停止,但是陽極反應繼續進行。為達到反應平衡,縫隙內部的陽極反應只能由外部的陰極反應平衡,造成的結果是:縫隙外面的陰極反應面積大,內部的陽極反應面積小,加速了陽極反應。一方面,縫隙內部由于陽極反應產生的金屬離子不易轉移到縫隙外面,縫隙外部的陰離子會進入縫隙內部使電荷保持平衡,特別是溶液中含氯離子時,會造成內部氯離子含量升高。另一方面,縫隙內部由于陽極溶解產生的部分金屬離子會發生水解,造成氫離子濃度增大,pH值降低。縫隙內部氯離子濃度的升高以及pH值的增加都會加速鈍化膜溶解。縫隙腐蝕示意圖如圖3-1所示。
假設材料表面是均勻的,縫隙內外“小陽極”“大陰極”的反應持續進行,則縫隙內會發生全面的縫隙腐蝕。實際上,金屬表面的鈍化膜會存在缺陷,諸如表面夾雜、化學成分不均勻、晶體缺陷、機械破壞等。在侵蝕性陰離子存在的情況下,這些缺陷部位的鈍化膜優先被破壞,發生點蝕或應力腐蝕等更為局部的腐蝕形態。