縫隙腐蝕是指在介質(zhì)中,由于金屬與金屬或金屬與非金屬之間形成很小的縫隙,使縫內(nèi)介質(zhì)處于滯流狀態(tài),從而引起縫內(nèi)金屬的加速腐蝕。
許多金屬構(gòu)件由于設(shè)計(jì)不合理或者由于加工缺陷等均會(huì)造成縫隙,如法蘭連接面、螺母壓緊面、銹層等都可能存在縫隙,泥沙、積垢、雜屑等沉積于金屬表面,也可能形成縫隙。能引起縫隙腐蝕的縫寬一般為0.025~0.1mm。寬度大于0.1mm的縫隙內(nèi)的介質(zhì)不會(huì)形成滯流,縫隙過窄,介質(zhì)進(jìn)不去,在這種情況下,都不會(huì)形成縫隙腐蝕。
下面以碳鋼為例討論在有氯離子和無氯離子介質(zhì)中縫隙腐蝕的機(jī)理。
腐蝕剛開始時(shí),氧的去極化腐蝕在縫內(nèi)外均勻進(jìn)行。因滯流關(guān)系,氧只能以擴(kuò)散方式向縫內(nèi)遷移,使縫內(nèi)的氧消耗后難以得到補(bǔ)充,氧的還原反應(yīng)很快便終止,而縫外的氧可以連續(xù)地得到補(bǔ)充,于是縫內(nèi)金屬表面和縫外金屬表面之間組成了氧濃差電池,縫內(nèi)是陽極,縫外是陰極。由于陽極的面積相對(duì)于陰極要小得多,結(jié)果縫內(nèi)金屬發(fā)生強(qiáng)烈的溶解,在縫口處腐蝕產(chǎn)物逐步沉積,使縫隙發(fā)展為閉塞電池。
縫內(nèi)Fe2+不斷增多,在有氯離子的情況下,縫外Cl-在電場(chǎng)作用下移向縫內(nèi),它與Fe2+生成的FeCl2將水解:
FeCl2+2H2O→Fe(OH)2+2HCl (9.1)
生成腐蝕性很強(qiáng)的HCl。
縫內(nèi)積累的Fe2+會(huì)發(fā)生水解:
3Fe2++4H2O→Fe3O4+8H++2e (9.2)
使縫內(nèi)酸度增加,加速腐蝕。
在無氯離子的情況下,上述氧的濃差電池和縫內(nèi)鐵離子的水解會(huì)使縫內(nèi)碳鋼加速腐蝕。
為防止縫隙腐蝕,在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)避免形成縫隙和易積液的死角,可用焊接代替螺栓連接,在縫隙中間加固體填料等方法。