金屬腐蝕是一種悄悄進行的破壞,卻常常造成令人措手不及的惡性事故。
一、金屬腐蝕的危害
重大的經濟損失(停產損失、產品損失、效率損失 、產品污染 、過度設計 )
災難性重大事故(有毒物質的泄漏,造成環境污染,危及人民健康)
資源與能源的巨大浪費
阻礙科技進步,延緩生產發展
對腐蝕的初步認識-實例分析
某廠一臺換熱器原用碳鋼制造,使用一年多以后發生腐蝕破壞。為了降低腐蝕率,將水冷器管束改為不銹鋼制造。但僅僅使用半年,不銹鋼管從水側發生腐蝕穿孔。該廠使用的冷卻水為處理的河水 ,水中含可溶性物質(如鹽,包括氯化物)和不溶性固體物質(如泥沙)。雖然不銹鋼在這種中性介質中全面腐蝕速度很小,但卻可能發生孔蝕、縫隙腐蝕和應力腐蝕等多種局部腐蝕。固體物質容易在冷卻管表面沉積,形成縫隙區域。
一臺新的公路槽車設計用于裝磷酸,當它第一次裝滿酸開上公路 ,就發生泄漏。經檢查酸的組成正常,制造槽車選用的不銹鋼等級正確,設計和制造工藝良好,但罐底有許多小蝕孔。
問題出在什么地方呢?原來槽車是春天制造,完成后用當地自來水(含氯離子)試壓。試壓后水未排盡。如果槽車很快就投入使用,少量水和磷酸混合也不會造成大的腐蝕問題。但是這個槽車被制造廠用于汽車展覽,在意大利夏季炎熱的太陽下擺放了幾個月,使罐中水蒸發濃縮,而導致發生孔蝕。
二、金屬腐蝕的定義及分類
金屬材料由于受到介質的作用而發生狀態的變化,轉變成新相,從而遭受破壞的現象,成為金屬腐蝕。
腐蝕的分類
1、按腐蝕的環境分
干腐蝕、濕腐蝕、無水有機液體和氣體中的腐蝕、熔鹽和熔渣中的腐蝕、熔融金屬中的腐蝕。
2、按腐蝕機理分
化學腐蝕、電化學腐蝕
3、按腐蝕形態分
全面腐蝕(均勻腐蝕)、局部腐蝕、應力作用下的腐蝕。
三、金屬腐蝕學的研究內容
研究并確定金屬材料和環境介質發生的物理化學反應和普遍規律;
研究在各種條件下防止或控制金屬腐蝕的方法與措施;
研究金屬腐蝕速率的檢測技術和方法。
對腐蝕的初步認識-經濟損失
因腐蝕造成的經濟損失約占當年國民經濟生產總值的1.5%一4.2%。美國國會1978年發表的數字表明:1975年美國因腐蝕造成的經濟損失約700億美元,為美國當年生產總估的4.2%。據1981年國家科委腐蝕科學學科組對全國10家化工企業的腐蝕損失調查表明,1980年這些企業因腐蝕造成的經濟損失約為其當年生產總值的3.9%。
對腐蝕的初步認識-事故
1967年12月,位于美國西弗吉尼亞州和俄亥俄洲之間的俄亥俄橋突然塌入河中,死亡46人。事后檢查,是由于鋼梁應力腐蝕破裂和腐蝕疲勞而產生裂縫所致。同年,英國內普羅石油化工公司,環己烷氧化裝置的旁通管發生硝酸鹽應力腐蝕破裂,引起環己烷蒸汽管爆炸,死28人,傷105人,損失達1億美元。1965年3月4日,美國路易安那州輸氣管線破裂著火,死17人,事后檢查是由于管線產生應力腐蝕破裂。1970年,日本大阪地下鐵道的管道因腐蝕破壞而折斷,引起瓦斯爆炸,乘客當場死亡75人。
部分橋梁腐蝕事故
2007 年8 月1 日,美國明尼蘇達州首府明尼阿波利斯市郊外35號洲際公路的一座大橋坍塌,約50輛汽車墜入密西西比河。據美國官員8月21日確認,斷橋事故死亡人數為13人,傷者70 多人。我國宜賓的南門大橋,在1990 年11 月建成,2001 年11月7日發生吊桿腐蝕,造成橋面墜落事故,事故調查發現纜索已經嚴重生銹。我國廣州的海印橋,在1988 年年底建成,1995 年5 月25 日發生了9 號索腐蝕斷裂事故。為了防止事故的進一步發生,被迫進行全橋換索工程,耗資2000 萬元,工期半年。德國漢堡的Kohlbrand Estruary 橋,由于斜拉索腐蝕嚴重,建成的第三年就更換了全部的斜拉索,耗資達6000 萬美元,是原來造價的四倍。
部分國家橋梁腐蝕狀況
美國:美國是世界上擁有高速公路最長的國家,1993 年美國57.5 萬座橋中,受到腐蝕破壞的橋梁超過一半,40%的橋梁己承載不足。英國:1972 年,英國在一條高速公路上修建了11 座橋梁,然而幾年內就出現了嚴重腐蝕。截至1987 年,15 年來為維修這11座橋梁所花的費用已經相當于建橋資金的1.6倍。英國現有橋梁中的35%~40% 必須修復;丹麥:在哥本哈根地區調查了102 座橋,其中50%有嚴重的鋼筋腐蝕現象。估計全世界每年因腐蝕報廢的鋼鐵設備約相當于年產量的30%,并且約10%的鋼鐵因為腐蝕而一去不復返了,回爐再生的鋼鐵也要消耗大量的能源來重新生產。
不銹鋼的發明和應用大大促進了硝酸和合成氨工業的發展。
美國的阿波羅登月飛船貯存N2O4的高壓容器曾經發生應力腐蝕破裂,經分析研究加入0.6%NO之后才得到解決。美國著名的腐蝕學家方坦納認為如果找不到這個解決辦法,登月計劃會推遲若干年。
化學腐蝕:
指金屬表面與非電解質直接發生純化學作用而引起的破壞。其反應歷程的特點是,金屬表面的原子與非電解質中的氧化劑直接發生氧化還原反應,形成腐蝕產物。腐蝕過程中電子的傳遞在金屬和氧化劑直接進行的,因而沒有電流產生。
電化學腐蝕:
是金屬在電解介質中,發生電化學反應而引起的破壞。任何電化學腐蝕反映至少包含一個陽極反應和一個陰極反應,并以流過金屬內部的電子流和介質中的離子流形成回路。其特點是,腐蝕過程可分為兩個獨立并可同時進行的過程。由于在腐蝕的金屬表面上存在著在空間上分開的陽極區和陰極區,腐蝕反應過程中電子的傳遞可通過金屬從陽極區流向陰極區,其結果必有電流產產生。
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