腐蝕原理

腐蝕的形態可分為在常溫下與水分和氧發生反應的濕蝕,以及在提煉或熱軋加熱過程中與氧反應的干蝕兩種,平時較為常見的腐蝕現象為濕蝕作用下產生的腐蝕。

1. 濕蝕

濕蝕通過電化學反應進行,在水分和氧氣存在的條件下,形成Anode(陽極,低電壓部)和Cathod(陰極,高電壓部),在兩電極之間形成局部電池,加速金屬的溶解氧化。通常不被氧化的金屬結構組織較為均勻,但在加熱,機械加工和各種附加因素作用下,結構會變得非常不均勻。這種不均勻的表面在存在水分和氧的條件下會在Anode(陽極,低電壓部)和Cathod(陰極,高電壓部)間形成腐蝕電流,造成腐蝕現象。


Anode : Fe → Fe2++2e-
鐵原子被電力溶解,釋放電子
Cathod : O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-
在水分和氧作用下吸收電子形成離子
Anode生成物Fe2+與Cathod生成物OH-反應,或與水發生反應生鏽。
Fe2++ 2OH- → Fe(OH)2
Fe2++ 2H2O → Fe(OH)2 +2H+
2Fe(OH)2 +¹₂O2 + H2O → 2Fe(OH)3
2Fe(OH)3 → Fe2 O3 + 3H2O
這裡生成的Fe(OH)2, Fe(OH)3, Fe2O3是紅鏽的主要成分。
上述濕蝕在Anode(陽極, 低電壓部)和Cathod(陰極,高電壓部)形成局部電池,在氧氣和水分存在的條件下產生腐蝕電流,這種局部電池的產生主要由不同金屬的接觸,氧氣濃度的差異,液體溫度的差異等導致。

  1. 不同金屬的接觸
    即使是相同金屬由於組織結構不均勻也會產生電位差形成局部電池。與鋼材接觸的金屬比鋼材電位高時(接觸金屬的離子化傾向較低時),鋼材作為陽極被離子化溶解釋放電子。與鋼材接觸的金屬比鋼材電位低時(接觸金屬的離子化傾向較高時),鋼材作為陽極被離子化溶解釋放電子。舉例來說,鋼材與鋅接觸時,鋅成為陽極被離子化,首先腐蝕。(無機富鋅底漆的作用原理)
  2. 氧的濃度差
    在鋼材表面氧濃度差作用下會形成局部電池。氧濃度較低的部位將成為陽極,氧濃度較高的部位將成為陰極,氧濃度較低的部位將被離子化釋放電子。
  3. 液溫的差異
    接觸鋼材表面的溶液產生溫度差會形成局部電池。接觸高溫溶液的部位將成為陽極,接觸低溫溶液的部位將成為陰極,接觸高溫溶液的部位將被離子化釋放電子。綜上所示,腐蝕是在水分和氧存在的條件下形成腐蝕電流,此時加速上述流程的因素還包括鹽分(海鹽)、硫化物、含氮化合物等。因此金屬腐蝕速度根據所處環境存在較大差異,通常環境條件下鋼材的腐蝕速度如下所示。

受大氣污染影響城市環境的腐蝕速度日益加劇,究其主要原因是廢氣中的主要成分NOx、SOx所致。 NOx、SOx與大氣中的水分相結合,生成弱酸性硫酸和硝酸,這是形成酸雨的主要原因,伴隨大氣污染的程度腐蝕速度將會加劇。在工業區更是如此。

2. 幹腐蝕

鑄鋼時熱軋時的高溫加熱引起的鐵與氧反應而引起的腐蝕稱為乾腐蝕。 此時產生的鐵鏽是氧化皮,形成厚厚的氧化鐵膜。

在許多情況下,氧化皮本身俱有緻密且穩定的結構,但由於成型時的衝擊以及反复的冷熱溫度而容易產生裂紋和剝離。 如果鋼材表面因裂紋和剝落而暴露,則氧化皮成為陰極(高電位部分),鋼材成為陽極(低電位部分)。

因此,容易形成局部電池,腐蝕電流流動,鋼材的腐蝕迅速進行。 因此,即使是結構穩定的氧化皮也容易剝落,且生鏽進展較快,因此需要通過適當的表面處理將氧化皮去除後,再塗上防腐漆。

特別是,如果在沒有充分去除氧化皮的情況下使用富鋅塗料,則由於富鋅塗料不直接與鋼材表面接觸,因此很難期望通過自犧牲法獲得防腐效果。