海洋大氣環境下液滴對金屬腐蝕

魏雄（蘇州熱工研究院有限公司 壽命中心 江蘇 蘇州215000）

一、 引言

在我們的生活中應用和使用最多的金屬就屬鋼鐵了， 其腐蝕的類型和程度會隨著其腐蝕環境的不同而不同， 海洋是地球上對鋼鐵腐蝕較為嚴重的環境，再加上其占地球表面積的71%。在一般的大氣環境下， 金屬材料發生電化學腐蝕反應就是大氣腐蝕。 大氣腐蝕對金屬材料的影響主要是由于大氣環境中的氧氣、 水份以及腐蝕性介質對金屬的聯合作用而對其造成的電化學破壞， 因此在固體成績無的吸濕性較強并開始在金屬表面吸附時，就會使得金屬材料的表明加快形成薄液膜，即對金屬材料的電化學腐蝕程度產生了促進作用。

二、金屬的腐蝕斷裂機理

1.化學腐蝕和電化學腐蝕

金屬直接氧化就是金屬的電化學腐蝕， 其氧化在含意上是廣泛的，將金屬氧化物作為反應物，同時也包括鹵化物、硫化物、氫氧化物以及其它類型的化合物。 金屬電子失去后就會從與其化合的物質上得到電子， 而在化學腐蝕中定義的氧化是金屬腐蝕的一種形式， 電子在氧化的金屬與介質中還原的物質之間的得失情況是直接進行的，其氧化與還原是相聯系的，由于腐蝕產物膜對破裂逸散或流失，金屬表面則不斷會在氧化介質中暴露，進而使得腐蝕繼續進行。 空氣是一個范圍非常廣泛的氧化介質，其中氧作為主要的腐蝕成分， 若溫度更高則會使得氧化的過程更快。

2.金屬材料大氣腐蝕的特點

金屬材料受到大氣環境中的水份、 腐蝕性介質以及氧氣等的共同作用而導致的破壞就是金屬材料的大氣腐蝕。 化學腐蝕只包括大氣在干燥無水份的環境下而使得金屬發生的硫化、氧化使其變色或者失去光澤等， 其余的大多數情況都是電化學腐蝕。 但其又不與金屬全浸在電解液中的電化學腐蝕相同，只是金屬在電解液膜下的一種電化學腐蝕。 大氣腐蝕根據其液膜厚度的差異而分為潮大氣腐蝕、濕大氣腐蝕和干大氣腐蝕。 氧是金屬發生電化學腐蝕時其在陰極的去級化劑， 大氣腐蝕的速率會受到金屬材料的表面水膜的干濕交替的頻率、 水膜厚度以及氧的擴散速度等。

3.腐蝕的影響因素

金屬表面形成的水膜會形成電化學腐蝕中的電解液成分，所以鋼鐵的大氣腐蝕更多是因為雨雪的作用，結露也是一樣，金屬腐蝕的速度在開始劇增時有一個濕度范圍，即臨界濕度。 而鋼的臨界濕度中多半取決于其溫度， 在該臨界濕度以下時其腐蝕的速度就很小。 而當其濕度固定時，則會受到氣溫的影響，隨著溫度的增高而加快腐蝕速度， 另外氣溫的高頻率和大幅度的變化也會導致金屬腐蝕加快。 大氣中固體顆粒以及氣體如NaCl 顆粒和燃燒的廢氣SO2 腐蝕性是很強的，所以，金屬腐蝕較嚴重的地區多事海邊的工業區。

三、液滴在海洋大氣中的腐蝕作用

1.液滴的形成途徑。 液滴的可能形成途徑共有三個：

①由主液滴溶液沿金屬表面遷移而來；

②金屬表面開始有來自氣相中的水氣分子在其上吸附和凝聚；

③水氣分子從主液滴蒸發出來后又在主液滴的附近的金屬表面以氣相環境為通道進行移動和吸附凝聚。

2.從三相線界面區性質分析液滴形成機制

在主液滴層的邊緣部分發生的液滴現象有著較為復雜的多相體系，其包含液相和氣相、固相和液相之間的多界面關系。 根據液滴的形成過程來分析可得，液滴的主要由主液滴組成，而且氣相環境是其形成的路徑， 即主液滴邊緣部分的三相線界面與形成液滴有著很大聯系， 同時液滴產生又只在有極化電勢差體系中，三相界面就會是其負電區聚集陰極區，同時主液滴的中心部分則是其陽極大量正電荷的聚集地。 大量負電荷聚集在三相界面區，使三相微區的液固界面張力降低，而液固界面張力減小意味著三相界面區的主液滴邊緣液面的水分子受到的束縛力降低，液體更容易蒸發，從而使局部水汽達到過飽和，因而更容易在金屬的表面上形成液滴。

3.液滴在大氣腐蝕過程中的作用

1.液滴有陰極性的特點，是金屬在大氣腐蝕過程中的陰極部分， 液滴在增大時還會與其附近的液滴以及主液滴邊緣層之間形成交聯和匯聚， 進而使得這些部分都會與主液滴一同成為腐蝕中的陰極角色，并保護其所覆蓋的金屬表面的陰極，使得金屬表面的腐蝕局部化。 2.形成液滴后會加強金屬的表面潤濕程度，進而使得液膜的形成加快，更趨近于體系的形成，使得金屬表面形成液膜和其擴展的速度加快。 另外液滴還會擴展液膜，能夠使得金屬表面而處于不同區域的液膜開始擴展與交聯， 進而形成一個較大面積的連續性的大液膜，也就使得其腐蝕過程加快。

四、小結

數量較多的氣相是大氣腐蝕現象復雜的原因， 液相的少部分是在金屬相的表面共存的，其在電化學過程中發生轉移。 而作為這一體系中的特征現象， 液滴在人們開始認識大氣腐蝕過程中的一個發展和完善。 而且大氣腐蝕隨著發展開始逐漸深入，研究內容從表層向深層次進入， 這也為我們研究大氣腐蝕帶來了很大的方便。

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