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耐腐蚀性依靠氧化膜或钝化层的316不锈钢管非常容易遭受缝隙腐蚀


直到最近316不锈钢管的间隙腐蚀,316不锈钢管的间隙和周围的金属离子或氧浓度的不同才被认为是原因。因此,曾用浓差电池腐蚀这个名词来描述这类腐蚀形态。较近期的研究指出,虽然在316不锈钢管缝隙腐蚀中确实存在金属离子和氧的浓差,但这些并非主要原因。

    为了说明316不锈钢管缝隙腐蚀的机理,图3-9中示出一段铆接的金属M(如铁或钢)板,浸在充空气的海水中。总反应包括金属M的溶解和氧还原为氢氧根离子。

最初,这些反应均匀地发生在包括间隙内部在内的所有表面。在金属和溶液中,电荷是恒定的。每次生成金属离子,生成电子,就会被氧还原反应使用。同样,对溶液中每一个金属离子,相应地产生一个氢氧根离子。时隔一段时间后,缝内的氧因为对流不畅而贫化,这部分区域内氧的恢复就停止了。这件事本身不会引起腐蚀行为的变化。316不锈钢管缝内面积与外面面积相比通常较小,因此氧气恢复的总速度几乎不变。因此,缝内和缝外的腐蚀率保持相等。

贫氧有重要的间接影响,暴露时间越长,影响越大。氧气消耗后,氧气恢复反应不再发生,但金属m继续溶解,如图3-10所示。因此,溶液中产生了过多的正电荷(m爪),氯离子需要转移到缝隙中保持平衡。结果增加了缝中金属氯化物的浓度。除碱金属(钠和钾等)外,金属盐类(包括氯化物和酸盐)在水中水解,典型的金属氯化物的水溶液分解为不溶的氢氧化物和游离酸。氯离子猖獗的氢离子会加快大多数金属和合金的溶解速度,但原因还不清楚。由于迁移和水解的结果,这两种离子在缝隙中都存在,因此M的溶解速度增加,如图3-10所表明。溶解增加,又增加了搬迁,结果是快速加速或自动催化过程。观测到浸泡在中性稀氯化钠溶液中的间隙中的液体,含氯化物是主体溶液的3~10倍,pH为2~3倍。当缝内腐蚀增加时,相邻表面的氧还原速度也会增加,如图3-10所示。这保护了外部表面的阴极。因此当316不锈钢管缝隙腐蚀进行时,腐蚀局限在屏蔽区域,其余表面则很少甚至不遭到损坏。

    上述机理和观察到的缝隙腐蚀的特征是一致的。这类腐蚀发生在许多介质中,不过通常是在含氯化物的介质中最严重。316不锈钢管的间隙腐蚀经常伴随着长孕期。有时需要半年到一年以上的腐蚀。但是,一旦开始,就以增加的速度发展。

耐腐蚀性依赖氧化膜和钝化层的金属和合金,特别容易受到间隙的腐蚀。这种膜被高浓度的氯化物和氢离子破坏(见第9章),溶解速度显着增加。报道过惊人的例子,是关于染色工厂盛热盐水的18-8不锈钢槽。不锈钢螺杆掉到不锈钢槽底。经一短暂时间之后,带红锈的腐蚀在螺杆下面迅速发展。铝也易受缝隙腐蚀,因为它的耐蚀性依靠Al203膜。


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