機(jī)械設(shè)施長(zhǎng)期處于高溫條件下，惡劣的海洋環(huán)境對(duì)其提出了極其嚴(yán)峻的考驗(yàn)。在高溫條件下，鋼鐵的腐蝕速度會(huì)成倍增長(zhǎng)，如不對(duì)其采取有效防腐，后果將會(huì)不堪設(shè)想。高溫腐蝕就是在高溫條件下，固態(tài)金屬或合金與所接觸的各類環(huán)境介質(zhì)，在界面之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)，并在金屬或合金表面形成反應(yīng)產(chǎn)物膜，對(duì)金屬或合金的正常組織造成破壞。為了便于研究，一般按環(huán)境介質(zhì)將高溫腐蝕分為三大類：

    第一類是高溫氣體腐蝕。它是指在高溫氣體環(huán)境中，金屬材料或合金與外界 環(huán)境氣體在材料/氣體界面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的直接結(jié)果。干腐蝕、化學(xué)腐蝕、高溫氧化、高溫硫化、高溫混合氣體的腐蝕屬于這一類，其特點(diǎn)是腐蝕產(chǎn)物的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)控制腐蝕過(guò)程。

    氧氣腐蝕，空氣中的氧在高溫環(huán)境下氧化速度成倍增加，尤其在海洋潮濕的環(huán)境中，是鋼鐵海洋腐蝕的最主要因素，在空氣濕度較大的情況下，金屬發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)與氧和水的作用關(guān)系甚大。在大氣環(huán)境中，受空氣相對(duì)濕度的影響，當(dāng)空氣中相對(duì)濕度超過(guò)60%以上時(shí)，鋼鐵的腐蝕速率呈指數(shù)曲線上升。 其腐蝕的基本化學(xué)反應(yīng)方程式如下：

    H₂O→H⁺+OH^-

    O₂+4H⁺+2Fe→2Fe²⁺+2H₂O

    4Fe²⁺+O₂+4H⁺→4Fe³⁺+2H₂O

    在高溫高濕形態(tài)下， 濕度與溫度之間的相互協(xié)同，金屬的電化學(xué)反應(yīng)加速，對(duì)其腐蝕速度大大增加，特別是在海水劇烈的冷熱交變情況下。通常由濕的大氣或水中微量的溶解氧，造成設(shè)施外壁的腐蝕。

    Fe²⁺+Fe³⁺+O₂—FeO， Fe₃O₄ ·H₂O， Fe₂O₃

    二氧化碳腐蝕，常見(jiàn)于凝結(jié)水腐蝕或純水中溶解有二氧化碳的情況，由于純水中缺乏可形成保護(hù)沉淀的鈣鎂離子，所以其腐蝕效果強(qiáng)于硬水。二氧化碳溶于水形成弱酸，基本化學(xué)反應(yīng)式如下：

    CO₂+H₂O→2H⁺+CO₃^2-

   H₂CO₃+Fe→FeCO₃+H₂ ↑

    陽(yáng)極反應(yīng)：Fe→Fe²⁺+2e

    陰極反應(yīng)：H₂CO₃→H⁺+HCO₃^-   

                             2H⁺+2e→H2↑

        二氧化碳溶于水后，對(duì)低碳鋼具有極強(qiáng)的腐蝕性，在相同pH值時(shí)其總酸度甚至高于鹽酸，C0₂腐蝕的典型特征是局部點(diǎn)蝕、輪癬狀腐蝕及臺(tái)面狀坑蝕。其中臺(tái)面狀坑蝕是腐蝕過(guò)程最嚴(yán)重的一種情況。這種腐蝕的穿孔率很高，通常腐蝕速度可達(dá)3-7mm/a，在厭氧條件下腐蝕速率更可高達(dá)20mm/a。

    第二類是高溫液體腐蝕。它是指高溫液態(tài)介質(zhì)對(duì)固態(tài)金屬材料的所引起的腐蝕。通常是指燃?xì)飧g、熱腐蝕，在這類腐蝕中，既有化學(xué)腐蝕也有電化學(xué)腐蝕；既有界面反應(yīng)又有電化學(xué)溶解。強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、高濃度高溫鹽類，以及有機(jī)溶劑可以不同程度上與鋼鐵直接發(fā)生反應(yīng)而腐蝕。腐蝕性的氣體介質(zhì)鹵化氫、硫化氫等， 以及高溫下空氣中氧都可與鋼鐵直接發(fā)生氧化反應(yīng)而引起腐蝕。

    其中最常見(jiàn)的電化學(xué)腐蝕是不同腐蝕電位的金屬在電介質(zhì)存在的條件下都可能發(fā)生電極反應(yīng)（例如鋼材）：

    陽(yáng)極：Fe→Fe²⁺+2e

             2H₂O→2H⁺+2OH^-

    陰極：2H⁺+2e→2H→H₂↑

     O₂+4H⁺+4e→2H₂O 

    O₂+2H₂O+4e→4OH^-

      Fe³⁺+e→Fe²⁺

    或高價(jià)M²⁺+2e→M （金屬沉淀）在中性和堿性條件下可能發(fā)生反應(yīng)：

    Fe²⁺+2OH^-→Fe(OH)₂

    Fe(OH)₂+O₂→Fe(OH)₃

    腐蝕電池反應(yīng)的速度主要決定于腐蝕電流的大小。根據(jù)歐姆定律，腐蝕電流I （A），I=E/R

    式中，R——總電阻，Ω；

    E——電極的電位差，V。

    R=Ra+Rc+Rw+Re

    式中，Ra——金屬陽(yáng)極電阻，Ω；

    Rc——陰極電阻，Ω；

    Rw——腐蝕電池的內(nèi)電阻，Ω；

    Re——腐蝕電池的外電阻，Ω。

    E為電極的電位差，為金屬標(biāo)準(zhǔn)電極電位與氫的標(biāo)準(zhǔn)電位之差。在通常情況下， 電極發(fā)生“極化”，金屬陽(yáng)極的極化是生成的陽(yáng)離子或氫氧化物沉淀在陽(yáng)極表面阻止了反應(yīng)的進(jìn)行，同時(shí)增大了陽(yáng)極電阻。而陰極極化在酸性溶液中生成氫氣停留在陰極表面促使其電位增高，形成氫的“超電位”，或是陰極上生成的氫氧化物膜增大了它的電阻。總電阻R應(yīng)加上由于“極化”產(chǎn)生的電阻R_af。因此腐蝕過(guò)程在某種意義上講是去極化過(guò)程，尤其是氧參加的去極化（或反應(yīng)）最重要。

    第三類是固態(tài)物質(zhì)腐蝕。主要有以下三種類型：磨蝕或沖蝕，指固態(tài)金屬材 料在含有腐蝕性的固態(tài)顆粒沖刷下，產(chǎn)生物質(zhì)遷移或吸附在金屬材料表面，對(duì)金屬表面產(chǎn)生的機(jī)械磨損。垢下腐蝕，水中的難溶鹽易沉積于材料表面有缺陷的地方，形成原始結(jié)晶胚，水中的各種難溶鹽，懸浮物等就以結(jié)晶胚為中心聚集，逐漸擴(kuò)大形成污垢層，在這些污垢層處易形成氧濃差電池：

    陽(yáng)極反應(yīng)：Fe→Fe²⁺+2e

    陰極反應(yīng)：O₂+2H₂O+4e→4OH^-

    從而加速基體的腐蝕。微生物及附著生物對(duì)金屬底材的腐蝕，海底微生物通過(guò)吸附、分泌黏液固化附著在鋼件底材上，能量靠氧化反應(yīng)自己供應(yīng)，產(chǎn)物都是酸性物質(zhì)，甚至可使周圍環(huán)境的pH值降到0.6以下。長(zhǎng)此以往，會(huì)造成鋼材的腐蝕甚至穿孔。

    但是，在高溫使用環(huán)境下，材料的腐蝕行為非常復(fù)雜，可能遭受到氣相、液相、固相單一的或綜合的腐蝕作用，屬于多種腐蝕形式共同存在的混合型腐蝕。

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責(zé)任編輯：王元

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