大口径不锈钢管孔蚀的自催化作用

大口径不锈钢管蚀孔是阳极反应的一种独特形态。它是一种自催化过程。这就是说,蚀孔内的腐蚀过程产生的条件既促进又足以维持蚀孔的活性。在图3-l9中示意说明了这点。图中金属M在充空气的氯化钠液中产生孔蚀。在孔内发生迅速的溶解,而在邻近表面则发生氧的还原。这个过程是自身促进和自身发展的,金属在蚀孔内的迅速溶解会引起蚀孔内产生过多的正电荷,结果就使氯离子迁入以维持电中性。因此,大口径不锈钢管蚀孔内会有高浓度的MCl,水解的结果[见式(3.3)],产生高浓度的氢离子。氢离子和氯离子都能促进大多数金属和大口径不锈钢管的溶解,并且整个过程随时间而加速。由于氧在浓缩溶液中的溶解度实际等于零,所以蚀孔内不存在氧的还原。蚀孔附近的表面上的阴极氧还原使它不受腐蚀。也可以说,蚀孔使金属表面的其余部分受到阴极保护。

    虽然图3-19表明了一个蚀孔怎祥通过自身的促进作用面生长,但它没有直接指明这个过程是怎样开始的。Evans曾指明大口径不锈钢管孔蚀的引发过程。试以一片无蚀孔的金属M浸入充空气的氯化钠溶液中。如果在某一特定点上,不管由什么原因引起瞬间很高的金属溶解速度,氯离子就会向该点迁移。因为氯离子促进金属的溶解,这种变化就会造成有利于该点加速溶解的条件。瞬间的高溶解速度可以局部地发生在一道表面刻痕,位错露头,或其它缺陷,或溶液成分的任何偶然差异之处。很明显,在大口径不锈钢管孔蚀开始或早期生长阶段的条件是并不稳定的。局部高浓度的氯离子和氢离子可能被溶液中杂乱的对流冲散,因为这时还不存在一个保护性蚀孔穴位。作者曾观察到新蚀孔确实是不稳定的,好些孔在生长后几分钟就失去了活性。

    前面提到过的重力影响是孔蚀自催化性质的一个直接结果。因为蚀孔中重而浓的溶液是其持续活性所需要的,因此蚀孔沿重力方向生长最为稳定。还有,蚀孔一般在大口径不锈钢管的上表面开始,因为在这种条件下氯离子更容易保持住。

    带有管状腐蚀产物的蚀孔,如图3-1 8所示,生长机理与上述枢似。图3-20所表示的是出RiggsSudburyHutchinson提出的机理。在大口径不锈钢管蚀孔和邻近表面间的界面处,由阴极反应产生的OH-与孔蚀产物相互作用,生成了氢氧化铁。它又被溶液中溶解的氧继续氧化成Fe(OH)3Fe3O4Fe2o3,和其它氧化物。这个“锈”圈长成管状,如图t2。所示。构成管的氧化物已由x射线衍射所证实。

    比较图3-203-193-10,说明蚀孔生长机理和缝隙腐蚀实质上相同。这种相似性使一些研究者匆忙作出下列结论:大口径不锈钢管孔蚀实质上仅是缝隙腐蚀的一种特殊情形。这种观点有一定道理,因为凡是显示孔蚀的所有体系也都特别容易产生缝隙腐蚀(如不锈钢在海水或三氯化铁溶液中)。然而反过来却并不总是正确的——许多显示缝隙腐蚀的体系在自由暴露的表面上并不产生孔蚀。我们认为孔蚀虽与缝隙腐蚀十分相似,但却值得对其作特殊考虑,因为它是大口径不锈钢管缝隙腐蚀的一种自身诱发的形态。简言之,它不需要一条缝隙——它自己创造蚀孔。http://www.gbt14976.com/

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