腐蚀定义

腐蚀是我们日常生活中最常见的现象之一。你可能注意到一些铁制品随着时间的推移，表面会覆盖上一层橙红色或红褐色的涂层。导致这种层状物质形成的化学过程就是生锈，这是一种腐蚀。

腐蚀通常是将精炼金属转化为更稳定化合物（如金属氧化物、金属硫化物或金属氢氧化物）的过程。同样，当铁生锈时，空气中的湿气和氧气会结合生成氧化铁。如果我们深入研究腐蚀的科学原理，可以得出结论，它是一种不可逆的自发过程，金属会转化为更稳定的化学化合物，如氧化物、硫化物、氢氧化物等。在本文中，我们将深入探讨腐蚀的概念，并探讨其各个方面，包括其定义、类型、预防措施等。

腐蚀定义

腐蚀可以概括为一个自然过程，当纯金属与水或空气等元素发生反应，转化为不受欢迎的化合物时发生。金属因这种反应而受损并崩解，过程始于金属暴露于环境的部分，然后逐渐蔓延到金属整体。

由于腐蚀会影响金属的有利性能，因此通常是需要避免的现象。例如，铁以其高刚性和抗拉强度（尤其是与其他一些元素合金化时）而闻名。然而，暴露在生锈中的铁制品会变得脆弱、易碎且结构不稳定。另一方面，腐蚀是一个扩散控制的过程，主要影响暴露的表面。因此，在某些情况下，会采取措施降低暴露表面的活性并提高材料的耐腐蚀性。例如采用铬酸盐转化和钝化等技术。但有些生锈过程是意想不到且很少被察觉的。

或者，腐蚀也可以被归类为电化学过程，因为它通常涉及金属与某些大气因素（如水、氧气、二氧化硫等）之间的氧化还原相互作用。

所有金属都会腐蚀吗？

像铁、锌等反应性较高的金属会相对快速地腐蚀，而像金、铂、钯等反应性较低的金属则不易腐蚀。金属在腐蚀过程中被氧化的现象解释了这一点。当沿着反应性序列下降（氧化电位非常低）时，几乎没有被氧化的倾向。有趣的是，铝虽然具有反应性，但不像其他金属那样容易腐蚀。这是因为铝表面已经存在一层氧化层。这层氧化铝会保护它免受进一步腐蚀。

影响腐蚀的因素

1. 暴露于充满气体的空气中的金属，例如 CO₂、SO₂、SO₃ 等。
2. 暴露于水中的金属，特别是盐水（会增加腐蚀速率）。
3. 存在盐和其他污染物（例如 NaCl）。
4. 温度：温度升高会加速腐蚀。
5. 形成的初始氧化层类型：Al₂O₃ 形成不溶性的保护层，可以阻止进一步的腐蚀。而其他一些，如铁锈，很容易崩解并暴露剩余的金属。
6. 大气中存在的酸，会迅速加速腐蚀。

腐蚀速率

氧化层的形成通常使用 Deal-Grove 模型进行解释。在许多不同的情况下，该模型有助于预测和控制氧化层的生长。失重法是另一种量化腐蚀的方法。在这种方法中，将一块干净、称重过的金属或合金置于腐蚀条件下一定时间。然后，通过清洁程序去除腐蚀产物。之后，再次称重物体，以查看减轻了多少重量。

计算腐蚀速率 (R) 的公式为

R= kW/ ρAt

其中，

k = 常数，

W = 金属在时间 t 内的重量损失，

A = 暴露的金属表面积，

ρ = 金属密度（以 g/cm³ 为单位）。

腐蚀类型

1. 缝隙腐蚀

缝隙腐蚀是一种局部腐蚀，当金属的任何两个局部区域之间存在离子浓度差异时就会发生。例如，在受限区域，这种类型的腐蚀占主导地位。垫圈、垫圈下方和螺栓头是缝隙腐蚀可能发生的区域。缝隙腐蚀也会影响所有等级的不锈钢和铝合金。这主要是由于形成了差动充气电池，导致腐蚀在裂缝内发展。

2. 应力腐蚀开裂

是应力引起了劣化。术语“开裂”（缩写为“SCC”）是指金属在暴露于腐蚀性条件和拉伸应变下产生裂纹。它经常发生在高温环境中。例如，在氯化物溶液中，奥氏体不锈钢会发生应力腐蚀开裂。

3. 晶间腐蚀

晶间腐蚀是由金属合金凝固过程中形成的晶粒之间的晶界处存在污染物引起的。当晶界处合金耗尽或富集时也会发生。例如，IGC 会影响铝基合金。

4. 电偶腐蚀

当两种具有不同电化学性质的金属在电解环境中相互接触时，可能会发生电偶腐蚀。它解释了其中一种金属在连接处或接头处的劣化。当钢和铜在盐水环境中接触时发生的损坏是这种腐蚀的最佳证明。例如：当碳钢和铝连接并浸入海水中时，钢会受到保护，而铝会更快腐蚀。

5. 点蚀

点蚀发生得如此突然，以至于难以检测。它被认为是危险性最高的腐蚀类型之一。它在局部开始，并发展成一个被正常金属表面包围的腐蚀电池。一旦这个“凹坑”生长起来，它就会继续生长，并可能呈现多种形式。沟槽逐渐从表面垂直穿透金属，最终导致结构失效。例如，考虑钢表面上的水滴。点蚀将在水滴中心开始。

6. 全面腐蚀

这种类型的腐蚀被认为是环境侵蚀金属表面最常见的。很容易确定腐蚀的程度。这种腐蚀对材料性能的影响很小。当将由锌和钢制成的物体浸入稀硫酸中时，它会均匀而稳定地崩解。

7. 氢蚀

这种管道腐蚀会导致凹槽，这些凹槽是在腐蚀性物质、腐蚀的管道部件和氢气泡相互作用时形成的。当气泡接触到该物质时，它们通常会破坏保护层。

8. 金属粉化

当敏感材料暴露于特定高碳活性条件（如合成气）下时，就会发生金属粉化，这是一种破坏性的腐蚀。腐蚀的结果是块状金属碎片变成金属粉末。气相中的一氧化碳（CO）通过在金属表面沉积石墨涂层引起腐蚀。该石墨层通常在亚稳态 M₃C 物种（其中 M 是金属）产生后从金属表面脱离。有时可能看不到 M₃C 物种。这表明金属原子直接进入了石墨层。

9. 微生物腐蚀

微生物是微生物腐蚀的主要原因，有时也称为微生物影响腐蚀（MIC）。大多数生物是化能自养生物。在有氧或无氧的情况下，这种腐蚀都会影响金属和非金属材料。

10. 高温腐蚀

顾名思义，高温腐蚀是由加热引起的材料（通常是金属）的腐蚀类型。在含有氧气、硫或其他物质等气体的热环境中，金属会发生化学腐蚀。这些物质能够快速氧化材料（在此例中为金属）。例如，汽车发动机中使用的材料必须能够承受长时间暴露于高温环境，在那里它们可能会受到包括腐蚀性燃烧副产物的环境的影响。

影响

许多不同的事物都会在不同程度上受到腐蚀的影响。因此，它主要导致资源浪费。此外，它还会导致危险情况，如建筑物结构弱化不稳定、腐蚀部件造成的事故以及管道破裂、桥梁倒塌、运输车辆灾难或其他灾难等意外故障。因此，必须仔细监测并全力避免腐蚀。