機械設施長期處于高溫條件下，惡劣的海洋環境對其提出了極其嚴峻的考驗。在高溫條件下，鋼鐵的腐蝕速度會成倍增長，如不對其采取有效防腐，后果將會不堪設想。高溫腐蝕就是在高溫條件下，固態金屬或合金與所接觸的各類環境介質，在界面之間發生化學反應或電化學反應，并在金屬或合金表面形成反應產物膜，對金屬或合金的正常組織造成破壞。為了便于研究，一般按環境介質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境中，金屬材料或合金與外界 環境氣體在材料/氣體界面發生化學反應的直接結果。干腐蝕、化學腐蝕、高溫氧化、高溫硫化、高溫混合氣體的腐蝕屬于這一類，其特點是腐蝕產物的性質和結構控制腐蝕過程。

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

    H2O→H++OH-

    O2+4H++2Fe→2Fe2++2H2O

    4Fe2++O2+4H+→4Fe3++2H2O

    在高溫高濕形態下， 濕度與溫度之間的相互協同，金屬的電化學反應加速，對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，造成設施外壁的腐蝕。

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

    二氧化碳腐蝕，常見于凝結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沉淀的鈣鎂離子，所以其腐蝕效果強于硬水。二氧化碳溶于水形成弱酸，基本化學反應式如下：

    CO2+H2O→2H++CO32-

    H2CO3+Fe→FeCO3+H2 ↑

    陽極反應：Fe→Fe2++2e

    陰極反應：H2CO3→H++HCO3-

    2H++2e→H2↑

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

    第二類是高溫液體腐蝕。它是指高溫液態介質對固態金屬材料的所引起的腐蝕。通常是指燃氣腐蝕、熱腐蝕，在這類腐蝕中，既有化學腐蝕也有電化學腐蝕；既有界面反應又有電化學溶解。強酸、強堿、高濃度高溫鹽類，以及有機溶劑可以不同程度上與鋼鐵直接發生反應而腐蝕。腐蝕性的氣體介質鹵化氫、硫化氫等， 以及高溫下空氣中氧都可與鋼鐵直接發生氧化反應而引起腐蝕。

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

    陽極：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M2++2e→M （金屬沉淀）在中性和堿性條件下可能發生反應：

    Fe2++2OH-→Fe（OH）2

    Fe（OH）2+O2→Fe（OH）3

    腐蝕電池反應的速度主要決定于腐蝕電流的大小。根據歐姆定律，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——金屬陽極電阻，Ω；

    Rc——陰極電阻，Ω；

    Rw——腐蝕電池的內電阻，Ω；

    Re——腐蝕電池的外電阻，Ω。

    E為電極的電位差，為金屬標準電極電位與氫的標準電位之差。在通常情況下， 電極發生“極化”，金屬陽極的極化是生成的陽離子或氫氧化物沉淀在陽極表面阻止了反應的進行，同時增大了陽極電阻。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應加上由于“極化”產生的電阻Raf。因此腐蝕過程在某種意義上講是去極化過程，尤其是氧參加的去極化（或反應）最重要。

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

    陽極反應：Fe→Fe2++2e

    陰極反應：O2+2H2O+4e→4OH-

    從而加速基體的腐蝕。微生物及附著生物對金屬底材的腐蝕，海底微生物通過吸附、分泌黏液固化附著在鋼件底材上，能量靠氧化反應自己供應，產物都是酸性物質，甚至可使周圍環境的pH值降到0.6以下。長此以往，會造成鋼材的腐蝕甚至穿孔。

    但是，在高溫使用環境下，材料的腐蝕行為非常復雜，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。

更多關于材料方面、材料腐蝕控制、材料科普等等方面的國內外最新動態，我們網站會不斷更新。希望大家一直關注中國腐蝕與防護網http://www.ecorr.org 

責任編輯：龐雪潔

《中國腐蝕與防護網電子期刊》征訂啟事
投稿聯系：編輯部
電話：010-62313558-806
郵箱：ecorr_org@163.com
中國腐蝕與防護網官方 QQ群：140808414