不锈钢在什么情况下会被大气腐蚀?

本州解决世界性不锈钢防腐问题

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(1)不锈钢在大气中的腐蚀是一种电化学过程,起因于水汽凝聚或吸附在不锈钢表面上形成薄液膜,腐蚀过程既服从电化学腐蚀的一般规律,又具有大气腐蚀的特点,它与不锈钢浸在电解液中的腐蚀过程有所区别。

(2)不锈钢材料及其制品的大气腐蚀,主要是指其受大气中所含水分、氧气和腐蚀性介质(包括雨水中杂质、烟尘、表面沉积物等)的联合作用而引起的破坏。按腐蚀反应可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。除在干燥无水分的大气环境中,不锈钢发生表面氧化、硫化造成失去光泽和变色等属于化学腐蚀外,在大多数情况下均属于电化学腐蚀。但它不同于全浸在电解液中的电化学腐蚀,而是在电解液薄膜下的电化学腐蚀。空气中的氧是电化学腐蚀阴极过程中的去极化剂,不锈钢材料表面水膜的厚度、干湿交替频率和氧的扩散速度等,直接影响大气腐蚀过程的速率。

不锈钢在大气中的腐蚀属电化学腐蚀。影响大气腐蚀的因素有大气的湿度、温度、氧、大气污染、不锈钢本身的性质、不锈钢表面状态等。

从全球的范围看,大气的主要成分几乎是不变的,参与腐蚀的主要是大气中的H2O、O2、CO2。大气中氧的浓度一般也为固定值,约为23%,而湿度却经常变化,因此湿度是影响大气腐蚀的重要因素。按不锈钢表面的潮湿程度,大气腐蚀可分为:

(1)干的大气腐蚀即在空气干燥的条件下,不锈钢表面不存在水膜时的腐蚀,其特征是表面形成一层保护性的氧化膜或硫化物膜。这类腐蚀也称为干的氧化,是常温氧化型的化学腐蚀。腐蚀是在有氧存在下与不锈钢发生化学反应,若生成氧化物的自由能为负值,即可形成氧化膜。它在几秒钟内就能生成,但在2~3h后,膜就停止增厚。这其中有的氧化膜紧密、无缺陷、无空隙,且有自愈性,可起保护层作用,如不锈钢、钛等。但有的氧化膜系多孔性,附着性差,故不能起保护作用,如碳钢等。总之,不锈钢材料在相当干的大气中腐蚀速率是非常小的。

(2)潮的大气腐蚀大气中相对湿度提高时,腐蚀速度会加大。当空气中相对湿度(RH)小于100%,并超过某一相对湿度临界值时,不锈钢表面就会形成一层厚度约几百埃的,肉眼看不见的水膜,这种水膜就会作为电解质溶液,使不锈钢表面发生电化学腐蚀过程,这时的腐蚀,称为潮的大气腐蚀。此时不锈钢表面通过毛细凝聚、吸附凝聚或化学凝聚作用,生成了一层厚度为10-8m~1um的肉眼看不见的水膜,由于其具备了电解质溶液的性质,这类腐蚀属于电化学腐蚀。相对湿度临界值则随不锈钢表面状态差异(如清洁度、腐蚀产物、盐类等)而不同。

①毛细凝聚研究表明:液面的曲率半径越小,饱和蒸气压的值越小,水蒸气就越易凝聚。因此在不锈钢表面上的微细裂纹、结构间隙、氧化膜或涂镀层的孔隙及表面尘埃微粒等处,会形成许多曲率半径很小的毛细管凹面,水蒸气就会在这些部位优先凝聚,此即为毛细凝聚。

②吸附凝聚在RH<100%,未发生纯粹的物理凝聚之前,由于不锈钢表面的不饱和键力对水分子的吸附作用,也能形成很薄的水分子层。表面越粗糙,相对湿度越高,吸附效应越强。

③化学凝聚不锈钢表面落上或生成吸水性化合物,如NaCl、NHANO2、手汗等,这些物质会吸收水分并与水发生化学反应,促进水蒸气在不锈钢表面上优先凝聚。

上述三种凝聚作用使得不锈钢表面在相对湿度未达100%大气中,水汽含量并未达到饱和蒸气压时就会形成水膜,水膜的形成便为不锈钢发生电化学腐蚀创造了条件,因此在大气条件下不锈钢所发生腐蚀主要是电化学腐蚀。

(3)湿的大气腐蚀当空气相对湿度接近100%或水分(如雨、飞沫等)直接落在不锈钢表面时,不锈钢表面形成了厚度在1um~lmm之间肉眼可见的水膜时的腐蚀,称为湿的大气腐蚀。湿的大气腐蚀与电解液中的腐蚀完全相同。因为氧扩散通过厚水膜到达不锈钢表面的阴极区比较困难,而不锈钢溶解和不锈钢离子在水膜中的扩散却比较容易,所以氧的去极化反应是腐蚀过程的控制步骤。当腐蚀产物可溶时,会进一步增大电解质的电导率,使腐蚀电流加大,加速腐蚀;当腐蚀产物不溶时,在干湿交替过程中,通过吸氧、吸湿也可能加速腐蚀。随着水膜厚度增加,氧扩散变得困难,此时不锈钢的腐蚀速度也相应下降。

当不锈钢表面水膜进一步加厚时,就相当于不锈钢全浸在水里,此时的腐蚀为全浸腐蚀。