文档介绍：Chapter3 船机零件的腐蚀
§3-1 金属腐蚀(Corrosion)
全世界每年因腐蚀报废的钢铁大约相当于当年钢铁产量的30%,其中2/3回炉再生,仍有10%的钢铁损失。
1 腐蚀的概念
定义:金属与周围介质发生化学作用、或电化学作用或物理溶解而产生的破坏和变质,称为腐蚀。
破坏:形状、尺寸变化;
变质:晶体结构、理化性能、机械性能的变化。
特点:(1)外部介质的作用;
(2)发生在金属与介质的界面上,即从零件的表面开始,向内部扩展。
(3)腐蚀有一个过程,是渐进性的。
腐蚀是一种重要的故障模式。在船舶上的危害也很严重。即便是其他形式的损坏,如磨损、裂纹和断裂,往往也包含着腐蚀破坏的因素。此外,非金属材料与周围介质作用产生的破坏也日益增多和严重,也是属于腐蚀破坏。
例如:
(1)管道的腐蚀,仍是一个没有解决难题;
(2)缸套和缸盖冷却水腔的电化学腐蚀;
(3)活塞顶部与排气阀阀面的高温腐蚀;
(4)缸套外圆表面与浆叶的穴蚀。
2 腐蚀的过程
腐蚀是个自由能降低的过程,是个自发过程,是个放出能量的过程。
即金属®金属化合物是个自发过程,是个与冶炼过程相反的过程。
与其它故障模式的区别:磨损、断裂等需要外界能量的消耗,而腐蚀不同,它不需要外界输入能量。
腐蚀倾向的热力学判据
物质变化过程能否自发进行,在化学热力学中采用自由能变化量△G为判据进行判断,当△G<0时,伴随着能量的减少,过程可自发进行;当
△G>0时,表示过程不能自发进行,处于热力学稳定状态;例如,在大气条件下只有金、铂、钯、铱是热力学稳定的金属,其△G>0,在自然界中以单质存在,称为贵金属;铜、汞、银在无氧的情况下,离子反应时△G>0,在自然界主要以硫化物形式存在,称为半贵金属;除上述金属外其它金属在离子反应时自由能变化量均为负值,即△G<0,为在热力学上不稳定金属,称为贱金属,在自然界中一般都是以氧化物或盐类存在于矿石中。
在热力学上不稳定的金属中,如铝、镁、铬等在适当的条件下能发生钝化而变得稳定,即耐蚀。有些热力学上不稳定金属在腐蚀过程中生成致密的保护性腐蚀产物膜而耐蚀,例如铅在硫酸溶液中、铁在磷酸溶液中、锌在大气中等都会生成耐蚀的保护膜。所以,腐蚀虽可自发进行、但可使腐蚀进展很缓慢,甚至无害。由此看来,腐蚀过程不仅仅取决于腐蚀反应中自由能的变化量,还应考虑腐蚀介质的性质、腐蚀产物在该介质中的稳定性。
金属的电极电位
金属与介质接触时,将发生自发腐蚀的倾向,即金属变成离子进入介质,所失去的电子留在金属表面。金属离子化程度越大,留在金属表面的电子也越多,使金属表面呈负电并吸引溶液中的正离子靠近金属表面,形成双电层,在界面上产生电位差。所以,金属和溶液界面的电位差称为金属的电极电位。
金属的电极电位越负,表示金属容易离子化,即不耐腐蚀;电极电位越正,金属越耐蚀。
3 腐蚀的分类
按过程特点分类
(1)化学腐蚀:无电流产生;
(2)电化学腐蚀:有电流产生。
按破坏形式分类
(1)全面腐蚀:整个表面发生,又分为均匀(少见)与不均匀腐蚀(多见)两种。
(2)局部腐蚀:集中在某一区域,造成应力集中,导致突然断裂,危害更大。
全面腐蚀是机件整个表面上发生的腐蚀,一般多为全面不均匀腐蚀。
局部腐蚀较多,危害也比全面腐蚀严重,往往会发生突然破坏,以致造成机件的损坏,甚至恶性事故。
4 腐蚀速度的表示方法
重量指标表示法:单位金属表面积在单位时间内的重量变化值。
V-、V+——分别为失重腐蚀速度和增重腐蚀速度,g / (m2•h);增加——V+;减少——V-。
深度指标表示法:把腐蚀后深度的减少量以线量单位表示,并换算成为相当于单位时间的数值。工程上多用构件的腐蚀深度或减薄的程度来衡量其寿命。适用于衡量密度不同的金属的腐蚀问题。VL─深度腐蚀速度,mm / a;
电阻性能指标表示法:用零件腐蚀前后的电阻变化率表示腐蚀速度VR。测量时不需要清除腐蚀产物,适用于薄和细的零件。
§3-2 化学腐蚀(Chemical Corrosion)
1 化学腐蚀
定义:金属与周围介质(非电解质)直接发生化学作用而引起的破坏,称为化学腐蚀。
特点:在化学腐蚀过程不产生电流。例如:碳钢的氧化问题。
化学腐蚀分为气体腐蚀和有机介质腐蚀。气体腐蚀是指在干燥气体中或高温气体中的腐蚀。金属与介质中的氧化剂直接作用就在金属表面生成一层氧化物薄膜,即腐蚀产物。金属能否继续被氧化取决于氧化物薄膜的结构和与基体的结合强度。碳钢零件在560℃以下被氧化,生成Fe2O3或Fe3O4的结构致密、与基体结合牢固的稳定膜,可阻止原子的扩散,从而保护金属表面不再继续被氧化。而