1. 環(huán)境與鈍化
一般來說,環(huán)境的氧化性高時容易引起金屬腐蝕,可是有某種金屬其環(huán)境的氧化性達(dá)到某種強(qiáng)度時,反而不會引起腐蝕。例如,鐵對硝酸來講,隨著硝酸濃度的增加,氧化性升高,相應(yīng)地應(yīng)該加快了腐蝕的進(jìn)度,但是當(dāng)濃度達(dá)到65%時,反而不腐蝕了。這是因?yàn)榇藭r作為強(qiáng)氧化劑的硝酸,在鐵表面形成了一層惰性薄膜的緣故,這層膜稱為鈍化膜;這種狀態(tài)稱為“該種金屬已鈍化”。
容易形成鈍化的性質(zhì),是金屬原本所具有的。實(shí)際上能否形成鈍化,則是依環(huán)境情況而變化的。易于形成鈍化的金屬除Fe、Ni、Cr及其合金之外,還有Mo、Ti、Zr等。因?yàn)椴讳P鋼是鐵(Fe)和鉻(Cr)或是鐵(Fe)、鉻(Cr)和鎳(Ni)的合金,其鈍化薄膜是極易成形的,而且是更加穩(wěn)定而堅固的物質(zhì),因此該合金具有優(yōu)越的耐腐蝕性。
圖1-4是鐵-鉻合金在大氣中,經(jīng)歷10年的時間,在工廠地區(qū)環(huán)境的腐蝕程度與鉻(Cr)的含有量的關(guān)系圖。
2. 不銹鋼鈍化
有時金屬材料在發(fā)生腐蝕時,會產(chǎn)生具有黏稠性且極易附著的腐蝕產(chǎn)物,這種具有黏稠性且極易附著的腐蝕產(chǎn)物,附著在金屬材料的表面,能夠起到保護(hù)材料免受進(jìn)一步腐蝕的作用,這種作用就是鈍化作用。這些被鈍化的金屬材料在特定的環(huán)境中腐蝕速度非常小,而在其他環(huán)境中卻有可能產(chǎn)生相當(dāng)嚴(yán)重的腐蝕,這種現(xiàn)象稱為鈍化。例如,從電動序來看,鋁的腐蝕速度應(yīng)該是較高的,然而實(shí)際上,鋁在除鹵化物外的多數(shù)介質(zhì)里具有較強(qiáng)的耐腐蝕能力。鎳、鈦、鋯、鉻和不銹鋼等材料,都是因?yàn)榭勺遭g化而具備了耐腐蝕的能力。
鈍化狀態(tài)金屬的耐腐蝕性取決于鉻含量、環(huán)境中的氯化物和氧含量以及溫度。在特定的條件下達(dá)到鈍化狀態(tài),取決于各種鈍化因素的相對值能否超過其阻礙鈍化的因素。例如,高的鉻含量有利于鈍化,低的溫度有利于鈍化,含有去鈍化離子的氯化物阻礙鈍化,而氧有利于鈍化。由于不銹鋼含有足夠多的Cr、Ni、Mo等元素,而Cr、Ni、Mo是形成鈍化膜主要元素,所以不銹鋼具有耐腐蝕性。
盡管在特定的環(huán)境下,鈍化狀態(tài)材料腐蝕非常小,但在其他情況下可能腐蝕是相當(dāng)嚴(yán)重的。相反,通常顯示鈍化狀態(tài)的合金在非鈍化狀態(tài)下,常常是非常活潑的。某些元素可以擊穿鈍化膜,造成鈍化膜不連續(xù)處的金屬被腐蝕。例如,氯離子破壞鋁、鐵以及不銹鋼的鈍化,造成點(diǎn)腐蝕。因此,使用鈍化狀態(tài)金屬的用戶應(yīng)特別注意點(diǎn)腐蝕、應(yīng)力腐蝕開裂、敏化以及貧氧腐蝕等。
3. 鈍化薄膜破壞
不銹鋼在中性水的環(huán)境當(dāng)中,幾乎是不會被腐蝕的,這是由于鈍化薄膜沒有被破壞。當(dāng)不銹鋼處于含有氯離子(Cl-)或其他鹵離子(元素周期表中的VI族元素離子)等的溶液中時,鈍化薄膜局部就會被破壞,如果是處在特定的溫度下,又受拉伸應(yīng)力作用,就會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。當(dāng)不銹鋼在存有氯離子的溶液中時,鈍化薄膜的不穩(wěn)定部分,會與溶液中的Cl-與氧(O)和氫氧根離子(OH-)發(fā)生置換反應(yīng),形成金屬氧化物的鉻鹽,從而破壞鈍化薄膜而使不銹鋼基體被腐蝕。