金属腐蚀积垢的形成原理及性质分类

金属腐蚀积垢的形成原理及性质分类

当金属材料在大气环境或接触到介质的时候会遭到腐蚀，腐蚀物主要是是金属材料氢氧化物、氧化物、碳酸盐、硫化物等。

1.金属加工过程的腐蚀

金属管在制造加工中，由于加工温度不同，其表面氧化铁皮的组成亦有所不同。

金属管壁加工和热处理所形成的氧化铁皮，会使金属管壁增厚，体积增大，氧化铁皮呈多孔性及脆性。氧化铁皮的薄厚或质量的多少取决于氧化条件和时间，一般在200g/m2以下，但主蒸汽管弯头由于高温加工形成的氧化铁皮，其厚度有时可达几毫米，用浓盐酸也很难洗掉。

此外，在金属管轧制过程中，作为冷拉的润滑剂往往要添加石英粉和硫酸铜, 或者管子热弯时灌砂，这样氧化铁皮组成中还渗有硅铜等物质。

2.大气中的金属腐蚀

大气是组分复杂的混合物。从世界上来讲，空气的主耍成份是很少变的，仅有当中的水气的含量伴随着地理位置、季節、時间等情况而发生变化。

在大气主要成分中，仅有氧、水汽以及二氧化碳参与大气腐蚀过程。而二氧化碳虽能生成腐蚀产物中的碳酸盐，但它的作用是很次要的。

氧虽然能直接与金属作用使金属氧化，但在常温下金属的氧化极为缓慢。氧在大气腐蚀中的作用，更主要是参与电化学腐蚀过程。空气中的氧溶于金属表面的薄液层中，作为阴极去极化剂而起作用。显然,金属表面液层的厚度越小，氧扩散到达金属表面就越容易,氧的阴极去极化作用就更显著。

金属表面的液层，主要由大气中的水汽形成。水气在空气中的的含量经常使用相对湿度来表述。空气中的水蒸气压与相同溫度下空气中饱和水蒸气压的比值称之为相对湿度。当相对湿度达到百分百时，空气中的水气就会可以直接凝固成水珠,倘若降落或凝结在金属表层，就生成人眼看得见的水膜。即便相对湿度低于百分百,因为毛细管凝结效果,吸咐凝结或化学凝结等效果，水气也能在金属表层化作非常薄的人眼不看得见的水膜。

假如在金属表面形成液膜的成分相当于纯净的水，那么可以想象，腐蚀速度应是很缓慢的，但是，实际的大气腐蚀速度要大得多。

综上所述，正是由于电解质液膜层的存在，形成了电化学腐蚀的条件，才使金属遭受到明显的大气腐蚀。液膜层的厚度还影响着大气腐蚀的速度。所以，据金属表面的湿气程度，即金属表面的电解质液膜的存在和状态，可将大气腐蚀分为以下三种类型。

（1）湿大气腐蚀。这是金属表面存在肉眼可见的液膜层时所发生的大气腐蚀。这种腐蚀是水分以雨、雪、水珠等形式落到金属表面时发生的。

（2）潮大气腐蚀。金属在肉眼看不到的薄液膜层下所产生的腐蚀称为潮大气腐蚀。铁不被雨和雪淋湿而生锈，就是这个例子。

（3）干燥大气腐蚀。这是在非常干燥的空气中，金属表面不存在液膜层时的腐蚀。

以上三种类型的大气腐蚀，它们的腐蚀机理和速度是各不相同的。

在实际的大气条件下，大气湿度一般不会太低，而且干大气腐蚀速度低微。所以一般说的大气腐蚀，就是指在常温下潮湿空气中的腐蚀，也就是只考虑潮、湿大气腐蚀这两种类型。

各个地区的天然大气所含的杂质有不同的特点,例如，海岸附近的大气中所含的主要成分为NaCl的海盐粒子;工业地区的大气中则含有SsO2、H2S. NH,和NO2等气体杂质及各种悬浮颗粒和灰尘，农村地区的大气却比较洁净。因此，又可把天然大气分成海洋大气、工业大气（或城市大气）和农村大气等。大体上腐蚀性最强的是潮湿的、强烈污染的工业大气，而洁净干燥的农村大气腐蚀性最小。

大气腐蚀是金属处于表面薄层电解液下的腐蚀过程，因而具有与浸没在电解液内的腐蚀过程不同的特点。金属表面含有饱和氧的电解质膜的存在使得氧去极化过程易于进行。另一方面，大气腐蚀的阳极过程会受到较大的阻滞。阳极极化的主要原因是阳极钝化和金属离子水化的困难。

在薄液膜层下，腐蚀微电池的电阻显著增大，微电池作用范围变小，因此，大气腐蚀的腐蚀形态较海水或土壤腐蚀更为均匀。出于同一原因，阳极区反应产物的金属离子和阴极区生成的OH-，将在与金属表面紧密相邻的电解液薄层中相互作用，生成的不溶性腐蚀产物易附着于金属表面，成为具有一定保护性的腐蚀产物层。

在大气腐蚀条件下,腐蚀产物的成分和结构往往很复杂。因此，若在干湿交替条件下，带有锈层的钢便能加速进行腐蚀。

一般说来，在大气中长期暴露的钢的腐蚀速度还是逐渐减慢的。另一方面，锈层的增厚会导致电阻的增加和氧渗透的困难，另一方面，内层的粘着会降低活性阳极面积，增加阳极极化，最终降低腐蚀速率。

铝的耐大气腐蚀性很好,已被广泛应用于建筑等方面。它在污染的空气中不受H2S和CO2的作用，但对SOz一类的强酸性物质以及Cl-却很敏感，易产生孔蚀等局部腐蚀。

铜在大气中也具有很好的耐蚀性。铜耐蚀的原因，主要是铜有热力学稳定性，以及它在大气中能形成- - 层绿色腐蚀产物保护膜，其主要成通常称为“铜绿”。当大气中含有氨或二氧化硫时，受到拉伸应力的黄铜易产生应力腐蚀破裂。

铅在工业大气中很稳定.镍对于海洋大气是极为耐蚀的，但对于大气中的SO2污染却非常敏感，表面很快变为雾暗色，称为镍的“起雾” 现象。在镍的外表镀铬，可以保护镍层.锌在湿度高的大气中生成碱式碳酸锌的白色腐蚀产物,也称为“白锈”。 其耐蚀性略优于碳钢。

3.水中的金属腐蚀

设备水侧的腐蚀属于金属及其合金在水介质中的腐蚀，腐蚀主要是由溶解氧、溶解二氧化碳、金属锈、重金属物质等引起的。