金屬腐蝕是一種悄悄進(jìn)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(jīng)濟(jì)損失(停產(chǎn)損失、產(chǎn)品損失、效率損失 、產(chǎn)品污染 、過度設(shè)計 )
災(zāi)難性重大事故(有毒物質(zhì)的泄漏,造成環(huán)境污染,危及人民健康)
資源與能源的巨大浪費(fèi)
阻礙科技進(jìn)步,延緩生產(chǎn)發(fā)展
對腐蝕的初步認(rèn)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(fā)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(cè)發(fā)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(zhì)(如鹽,包括氯化物)和不溶性固體物質(zhì)(如泥沙)。雖然不銹鋼在這種中性介質(zhì)中全面腐蝕速度很小,但卻可能發(fā)生孔蝕、縫隙腐蝕和應(yīng)力腐蝕等多種局部腐蝕。固體物質(zhì)容易在冷卻管表面沉積,形成縫隙區(qū)域。
一臺新的公路槽車設(shè)計用于裝磷酸,當(dāng)它第一次裝滿酸開上公路 ,就發(fā)生泄漏。經(jīng)檢查酸的組成正常,制造槽車選用的不銹鋼等級正確,設(shè)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(dāng)?shù)刈詠硭ê入x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(fā)濃縮,而導(dǎo)致發(fā)生孔蝕。
二、金屬腐蝕的定義及分類
金屬材料由于受到介質(zhì)的作用而發(fā)生狀態(tài)的變化,轉(zhuǎn)變成新相,從而遭受破壞的現(xiàn)象,成為金屬腐蝕。
腐蝕的分類
1、按腐蝕的環(huán)境分
干腐蝕、濕腐蝕、無水有機(jī)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(jī)理分
化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕
3、按腐蝕形態(tài)分
全面腐蝕(均勻腐蝕)、局部腐蝕、應(yīng)力作用下的腐蝕。
三、金屬腐蝕學(xué)的研究內(nèi)容
研究并確定金屬材料和環(huán)境介質(zhì)發(fā)生的物理化學(xué)反應(yīng)和普遍規(guī)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(shù)和方法。
對腐蝕的初步認(rèn)識-經(jīng)濟(jì)損失
因腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失約占當(dāng)年國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值的1.5%一4.2%。美國國會1978年發(fā)表的數(shù)字表明:1975年美國因腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失約700億美元,為美國當(dāng)年生產(chǎn)總估的4.2%。據(jù)1981年國家科委腐蝕科學(xué)學(xué)科組對全國10家化工企業(yè)的腐蝕損失調(diào)查表明,1980年這些企業(yè)因腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失約為其當(dāng)年生產(chǎn)總值的3.9%。
對腐蝕的初步認(rèn)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(yīng)力腐蝕破裂和腐蝕疲勞而產(chǎn)生裂縫所致。同年,英國內(nèi)普羅石油化工公司,環(huán)己烷氧化裝置的旁通管發(fā)生硝酸鹽應(yīng)力腐蝕破裂,引起環(huán)己烷蒸汽管爆炸,死28人,傷105人,損失達(dá)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(chǎn)生應(yīng)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(dāng)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(dá)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(jù)美國官員8月21日確認(rèn),斷橋事故死亡人數(shù)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(fā)生吊桿腐蝕,造成橋面墜落事故,事故調(diào)查發(fā)現(xiàn)纜索已經(jīng)嚴(yán)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(fā)生了9 號索腐蝕斷裂事故。為了防止事故的進(jìn)一步發(fā)生,被迫進(jìn)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(yán)重,建成的第三年就更換了全部的斜拉索,耗資達(dá)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(nèi)就出現(xiàn)了嚴(yán)重腐蝕。截至1987 年,15 年來為維修這11座橋梁所花的費(fèi)用已經(jīng)相當(dāng)于建橋資金的1.6倍。英國現(xiàn)有橋梁中的35%~40% 必須修復(fù);丹麥:在哥本哈根地區(qū)調(diào)查了102 座橋,其中50%有嚴(yán)重的鋼筋腐蝕現(xiàn)象。估計全世界每年因腐蝕報廢的鋼鐵設(shè)備約相當(dāng)于年產(chǎn)量的30%,并且約10%的鋼鐵因為腐蝕而一去不復(fù)返了,回爐再生的鋼鐵也要消耗大量的能源來重新生產(chǎn)。
不銹鋼的發(fā)明和應(yīng)用大大促進(jìn)了硝酸和合成氨工業(yè)的發(fā)展。
美國的阿波羅登月飛船貯存N2O4的高壓容器曾經(jīng)發(fā)生應(yīng)力腐蝕破裂,經(jīng)分析研究加入0.6%NO之后才得到解決。美國著名的腐蝕學(xué)家方坦納認(rèn)為如果找不到這個解決辦法,登月計劃會推遲若干年。
化學(xué)腐蝕:
指金屬表面與非電解質(zhì)直接發(fā)生純化學(xué)作用而引起的破壞。其反應(yīng)歷程的特點(diǎn)是,金屬表面的原子與非電解質(zhì)中的氧化劑直接發(fā)生氧化還原反應(yīng),形成腐蝕產(chǎn)物。腐蝕過程中電子的傳遞在金屬和氧化劑直接進(jìn)行的,因而沒有電流產(chǎn)生。
電化學(xué)腐蝕:
是金屬在電解介質(zhì)中,發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而引起的破壞。任何電化學(xué)腐蝕反映至少包含一個陽極反應(yīng)和一個陰極反應(yīng),并以流過金屬內(nèi)部的電子流和介質(zhì)中的離子流形成回路。其特點(diǎn)是,腐蝕過程可分為兩個獨(dú)立并可同時進(jìn)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(qū)和陰極區(qū),腐蝕反應(yīng)過程中電子的傳遞可通過金屬從陽極區(qū)流向陰極區(qū),其結(jié)果必有電流產(chǎn)產(chǎn)生。
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