[科普中国]-均匀腐蚀

概述

所谓均匀腐蚀是指腐蚀发生在整个金属材料的表面，其结果是导致金属表面均匀减薄。从电化学特点上讲，均匀腐蚀属于微电池效应，腐蚀过程没有固定的阴极和阳极，即阴极部分和阳极部分在腐蚀过程中是交替变化的。

在均匀腐蚀过程中，金属表面各处的减薄速率相同，用平均的腐蚀速率可以比较精确地计算金属结构的腐蚀量，以估算构件的腐蚀寿命，从而在工程设计时通过预先考虑留出腐蚀裕量的措施，可以达到防止设备发生过早腐蚀破坏的目的。尽管均匀腐蚀会导致金属材料的大量流失，但是由于易于检测和察觉，通常不会造成金属结构的突发性失效事故。

均匀腐蚀现象十分普遍，既可能由电化学腐蚀原因引起，例如均相电极（纯金属）或微观复相电极（均匀的合金）在电解质溶液中的自溶解过程，也可能由纯化学腐蚀反应造成，如金属材料在高温下发生的一般氧化现象。各类腐蚀失效事故、事例的调查结果表明，均匀腐蚀仅占约20%．其余约80%为局部腐蚀破坏。2

特点金属表面的大部分或全部普遍发生的化学反应或电化学反应称为均匀腐蚀，亦称全面腐蚀。这种腐蚀不易造成穿孔，腐蚀产物氧化铁可以在整个金属表面上形成，在一定的情况下有保护作用，但也可能形成严重的污垢。均匀腐蚀的阴、阳极不分离，阴极面积等于阳极面积，阴极电位等于阳极电位。均匀腐蚀是循环冷却水中遇到的最普遍的问题。循环冷却水在中性或碱性条件下运行，引起均匀腐蚀的主要原因是溶解氧的阴极去极化作用。3

均匀腐蚀试验与评定金属材料的耐蚀性是其重要的性能指标之一，而均匀腐蚀是最能反映出金属材料耐蚀性的一种普遍的腐蚀形态。均匀腐蚀试验是为了考核金属材料耐均匀腐蚀的能力而开展的，其目的是确定在一定时间内金属材料的腐蚀失重或腐蚀深度的大小，为材料研发以及装备设计时确定服役年限、强度、裕度和防护工艺等提供依据，是金属材料设计使用的重要指标之一。

大气环境试验(1)试验样品

试验样品多为平板状。平板试验样品各边长应为50mm的整数倍。平板试验样品厚度应根据金属类别、环境和试验时间确定，原则上不出现腐蚀穿透。一般环境条件下，有色金属厚度宜为1～3mm，黑色金属厚度宜为2～4mm；严酷环境条件下，黑色金属厚度宜为5~8mm。应采用相同机械方法进行加工，试验样品主试验面的表面状态为原轧制表面，粗糙度R。优于0.8¨m；金属及其覆盖层、涂层试验样品等表面应无划痕、裂纹、剥离、结疤、明显压凹痕等任何缺陷。根据试验需要也可选择其他的表面状态。平行试验样品的数量通常为奇数，一般应不少于5件。对有破坏性检测项目的试验样品，试验样品的总数应不少于每组平行试样数量与预期检测次数的乘积。应留有足够的空白样品数量，一般每一类试验样品应预留1~3件。

(2)试验方法

该类试验通常在户外进行暴露试验。试验场应具有典型气候类型的环境特点。试验场应保证空气流通，阳光不受遮挡；周围障碍物至暴露场边缘的距离至少是该障碍物高度的3倍以上；主风向上方附近不应有影响试验的污染源存在。根据试验目的、试验类别、试验方法、材料种类等不同，将试验样品安装在无背衬的暴露架上，朝南。

试验期问，应按相关要求，在规定的检测周期进行试样外观及性能的检测，并将检测结果记录在试样档案卡中。应加强试验早期的观察和检测，及时对结果进行分析，发现异常数据时，应立即组织复查并采取补救措施，确保数据的真实可靠。

实验室试验在实验室试验中，均匀腐蚀的试验方法主要有盐雾试验、湿热试验及其组合试验。盐雾试验、湿热试验的标准较多，包括国家标准、国家军用标准、行业标准和国际标准等，可根据试验的目的选用。以下为参照相关标准进行不锈钢的盐雾和湿热循环试验示例，试验仅26h不锈钢裸板就出现均匀腐蚀。试验详情如下。

试验样品：不锈钢裸板，75mm×150mm×0.60mm。

参照标准：JASO M609《汽车材料锈蚀试验方法》。

试验程序和条件：

①盐水喷雾2h，试验温度35.0～35.3。C，盐水浓度5%NaCl溶液，沉降量为(1.5～1.6)，收集液pH值为6.7~6.8。

②干燥4h，干燥温度60.0～60.3℃，湿度RH24%～25%，盐水喷雾到干燥过程转换时间小于5min。

③湿热环境2h，试验温度50.0～50.3℃，湿度RH97%～98%，从干燥到湿热环境试验转换过程小于15min。

以上①～③项试验为一个循环，每个循环8h，试验共进行200个循环，即1600h。从湿热试验到盐水喷雾转换过程小于5min。盐雾试验在FY-10E盐雾腐蚀试验箱内进行，干燥和湿热在EXl4023-HE高低温湿度试验箱内进行。

腐蚀评定根据试验样品厚度的减薄或单位面积上金属损失的质量，可以测量出其腐蚀程度，借此可以估算其寿命。工程应用中通常用质量指标和深度指标来表达均匀腐蚀速率。

(1)质量指标

质量指标是把金属因腐蚀而发生的质量变化换算成单位金属表面积在单位时间内质量变化的数值，通常用腐蚀率表示，见公式： 。

式中：——腐蚀速率， ；

——金属的初始质量，g；

——金属表面除去腐蚀产物后的质量，g；

——金属的表面积，；

——腐蚀进行的时间，年。

(2)深度指标

深度指标是指金属的厚度因腐蚀而减少的量，以线量单位表示，并换算成单位时间内减少的量，还可按公式：将腐蚀的质量损失指标换算成腐蚀深度指标。

式中：——腐蚀深度，mm/a；

——腐蚀速率，；

——密度，。4

局部腐蚀按金属材料腐蚀破坏形态可以将腐蚀分为均匀腐蚀和局部腐蚀两大类。在实际的腐蚀体系中，大多数金属所发生的腐蚀是局部腐蚀。由于局部腐蚀发生在金属表面的不大范围内，所以绝大多数金属表面腐蚀量很小，但是工程结构、构件及零件的使用寿命主要取决于局部腐蚀损伤的发展。

局部腐蚀是指腐蚀集中发生在金属材料表面局部不大的面积内，而其余大部分表面腐蚀十分轻微，甚至不发生腐蚀。

局部腐蚀是由于金属本身（结构、组织、化学成分、表面状态）和腐蚀介质不均匀，导致电化学性不均匀，即不同的部位具有不同的电极电位，从而造成电位差，成为局部腐蚀的驱动力，往往在电极电位低的部位优先发生腐蚀。在局部腐蚀过程中，腐蚀电池的阳极区和阴极区一般是截然分开的，可以用肉眼或微观检查方法加以区分和辨别，通常阳极的面积比阴极的面积小得多，即形成所谓的小阳极一大阴极的组态。对于这种组态，由于阴极的面积相对较大，阴极去极化的作用很大，结果很小的阳极区域腐蚀很严重，腐蚀集中在金属表面的局部阳极区域。

发生局部腐蚀时，由于金属表面各处的减薄程度不同，不能用平均的腐蚀速率估算局部腐蚀的程度。通常，局部腐蚀造成的金属损失量比较小，但结构在发生局部腐蚀时具有隐蔽性，不易察觉，其危害性很大，往往会造成灾难性事故。2