大气、土壤和水(包括天然淡水和海水)是材料使用的主要自然环境,也是环境腐蚀传统研究领域。随着科技进步和人类活动范围的拓宽,现代环境腐蚀研究还应包括:地下(井下)和太空环境。这些环境腐蚀问题在今后深井勘探、地热利用、太空站、航天技术的发展过程中一定会暴露出来,尽管目前知道不多,但其重要性会与日俱增。
此外,生产环境腐蚀问题不容忽视。主要有石油、石化、冶金、化工、邮电通信、电力工业、核电等领域设备及材料的腐蚀问题。
主要讨论地球上自然环境腐蚀机理。根据大气、土壤、水环境腐蚀的共同特点,讨论造成腐蚀的因素和作用规律,为一般环境腐蚀提供分析腐蚀规律和防治方法的依据。
绪论中介绍腐蚀现象“普遍性”时提过,地球上最广泛存在的空气和水就是取之不尽的腐蚀因素。学过腐蚀动力学后知道,它们都是阴极过程去极化剂,即腐蚀促进剂。去极化剂消除或减轻电极极化,而极化是电极反应阻力,减轻极化等于加速反应。在水溶液环境中。
前者造成的腐蚀称为析氢腐蚀;后者造成的腐蚀称为耗氧腐蚀。现简述其规律如下。
一、氢去极化过程
这类腐蚀通称为氢去极化腐蚀或析氢腐蚀。因为伴随防腐板腐蚀发生,不断有氢气从电极表面阴极区位置析出。氢去极化过程为电化学极化,因为氢离子带电荷可受电场力作用、析出的氢气起了搅拌溶液,加速对流的作用,再加上氢离子体积小,扩散迁移速度快,所以几乎不受浓度极化影响。极化程度取决于氢过电位大小。它与下列因素有关:
(1)电极材料种类。氢在不同金属上析出过电位差异极大。前面介绍过,1 M HC1中光滑Pt片的氢过电位接近为零而同样溶液中Pb或Hg表面氢过电位达1V以上。
(2)电极表面粗糙度。粗糙度大,氢过电位低,导致腐蚀加速。
(3)温度。一般温度升高,导致氢过电位低,使防腐板腐蚀加速。金属在除去空气的水或非氧化性酸中的腐蚀一般均属于析氢腐蚀。
二、氧去极化过程
这类防腐板腐蚀通称为氧去极化腐蚀或耗氧腐蚀。因为伴随腐蚀发生,溶液中的氧气不断被消耗。中、碱性溶液中,氢离子浓度低,析氢反应电位较负,而氧化还原反应可在正得多的电位下进行,此时氧去极化显出一定优势。和氢去极化过程不同,氧去极化主要受浓度极化控制。只有供氧极其充分条件下,氧去极化才可能属电化学极化。氧原子不带电、体积大、迁移扩散慢,所以,氧在阴极上还原过程中最慢步骤是溶液中氧通过电极表面静止层到达电极表面的过程。因此这类腐蚀也称为:氧扩散控制腐蚀。其腐蚀速度取决于能够到达电极表面的氧浓度(相当于极限扩散电流密度)。它和溶液中氧溶解度及扩散条件(温度、流速、搅拌等)等因素有关,而和电极材料及表面状态关系很小。
中、碱性的、含空气的水或土壤中防腐板腐蚀一般均属于耗氧腐蚀。