選擇性腐蝕
正文
除水溶液腐蝕介質外,在其他介質中以及高溫腐蝕的條件下,也會發生選擇性腐蝕。原子能反應堆中常用的液態金屬介質,會對合金中某些組分有選擇地溶解,造成金屬材料表面層內這些成分貧化,也屬於選擇性腐蝕。熔鹽體系是引起選擇腐蝕的危險介質,合金中比較活潑的組分在熔鹽介質中的選擇性溶解,常與高溫氧化同時發生。在較高溫度的熔鹽體系內,合金中較活潑的元素和空位形成雙向擴散,空位向內運動時聚集形成空腔,出現了克肯達耳效應(見金屬中的擴散)。雖然腐蝕的溶解量不大,但對材料的高溫力學性能影響很大。燃氣輪機的轉子葉片受熱應力較大,容易因此造成破壞事故。晶界(見界面)上的選擇性腐蝕,其危險性更大。
選擇性腐蝕源起於金屬表面上組分的差異,而在腐蝕介質的作用下行為各異。與介質反應時活性較大的組分將被優先氧化或溶解,而較穩定的組分則殘留下來。
已經提出過幾種不同的選擇性腐蝕機理,在不同情況下腐蝕的歷程可能不同。例如,水溶液中黃銅脫鋅時黃銅先溶解,然後銅鍍回基體上,形成腐蝕微電池;而在高溫氧化條件下,生成氧化物時自由能下降較多的元素將優先奪走氧,因而氧化程度較大。液態金屬中的腐蝕主要是一種物理作用,而不是化學作用;熔鹽中的腐蝕則介於液態金屬和水溶液之間,可能是物理溶解,也可以進行電化學反應。
使材料表面均勻化和調整介質的腐蝕活性是防止選擇腐蝕的基本方法。往合金或介質內加入某些組分作為緩蝕劑,例如往黃銅中加入少量砷,也能防止選擇性腐蝕。此外,防護層和陰極保護等也是常用的防護方法。
有時去合金化也有有益的用途,如用鹼選擇性地去掉鋁鎳合金中的鋁,可製備鎳催化劑。也可利用高溫氧化過程中的選擇性腐蝕達到防護效果。由於添加的合金元素與基體材料的高溫氧化行為不同,可因添加組分的氧化而出現緻密的氧化膜保護基體材料。當添加元素超過一定臨界濃度時,這種防護作用將會十分明顯。滲雜效應常是構成高溫耐蝕材料的基礎。
參考書目
A.Rahmel und W.Schwenk, Korrosionsschutz von Sthlen,Verlag Chemie,Weinheim,1977.