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海水腐蚀的电化学过程与特点

海水是典型的电解质溶液,有关电化学腐蚀的基本规律对于海水中金属的腐蚀都是适用的。海水腐蚀时的电化学过程具有自己的特征,可归纳为以下几方面。

(1)海水的pH通常在8.1~8.3,接近中性,并含有大量溶解氧,因此除了特别活泼的金属如Mg及其合金腐蚀时发生氢的去极化作用外,大多数金属和合金在海水中的腐蚀过程都属于氧的去极化过程,腐蚀速率属于由氧的扩散速度控制的阴极过程。

(2)对于大多数金属如钢、铁、锌、铜等来说,它们在海水中发生电化学腐蚀时,阳极过程的阻滞作用很小。原因是海水中Cl – 浓度高,能阻止和破坏金属的钝化,其破坏方式有:

①破坏氧化膜:氯离子对氧化膜的渗透破坏作用以及对胶状保护膜的解胶破坏作用。

②吸附作用:氯离子比某些钝化剂更易吸附。

③电场效应:氯离子在金属表面吸附形成了强电场,从金属中引出金属离子。

④形成络合物:氯离子与金属易形成络合物,加速了金属的阳极溶解。氯络合物的水解进一步降低pH。

这些作用都能减少阳极极化阻滞,因此一般认为在海水中增加阳极过程阻力的方法来防止铁基合金腐蚀的效果并不显著。如将一般碳钢制造结构件改用不锈钢,很难达到显著减缓海水腐蚀速率的目的。其原因在于,不锈钢在海水中易发生点蚀而遭到破坏。但在不锈钢中添加合金元素钼可降低Cl – 对钝化膜的破坏作用,改进材料在海水中的耐蚀性。另外,只有极少数易钝化的金属如钛、锆、铌、钽等,才能在海水中保持稳定的钝态,因而有较强的耐海水腐蚀性能。

(3)海水是良好的导电介质,电阻较小。因此和大气、土壤腐蚀相比较,海水所构成的微观腐蚀电池和宏观腐蚀电池的作用更强烈,影响范围更远。

(4)海水中不仅发生全面腐蚀,由于海浪、海风、潮汐激起海水不断流动,构成力学因素和电化学因素共同作用的腐蚀环境,海水还容易发生各种形态的局部腐蚀破坏。如在海水中异种金属的接触能造成显著的电偶腐蚀,舰船的青铜螺旋桨则可引起远达数千米处的钢船壳体的腐蚀;由于钝化膜的破坏,最易发生点蚀和缝隙腐蚀;在高流速的情况下,还易产生冲击腐蚀和空蚀。

在海水中由于异种金属接触引起的电偶腐蚀对金属有重要的破坏作用。大多数金属或合金在海水中的电极电势不是一个恒定的数值,而是随着水中溶解氧含量、海水流速与温度以及金属的结构与表面状态等多种因素的变化而变化。

海水中不同金属之间相接触时,将导致电位较低的金属腐蚀加速,而电位较高的金属腐蚀减慢。海水的流动速度、金属的种类以及阴、阳极电极面积的大小都是影响电偶腐蚀的因素。例如,在静止或流速不大的海水中,碳钢由于电偶腐蚀,其腐蚀速率增加的程度仅与阴极电极面积大小成比例,而与所接触的阴极金属本性几乎没有关系。碳钢的腐蚀速率由氧去极化控制。而当海水流速很大,氧去极化已不成为腐蚀的主要控制因素时,与碳钢接触的阴极金属极化性能将对腐蚀速率带来明显的影响。碳钢与铜组成电偶时引起腐蚀速率增大的程度要比碳钢与钛相接触时大得多,原因是阴极钛比铜容易极化。

(5)不同地区海水组成及盐的浓度差别不大,因此地理因素在海水腐蚀中显得并不重要。

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