影响不锈钢缝隙腐蚀的因素是多方面的,主要包括材料成分、环境因素、缝隙尺寸等。
1. 材料成分
具有自钝化性能的金属,其缝隙腐蚀敏感性较高。缝隙腐蚀受金属表面粗糙度的影响,较粗糙的以及表面有渣屑残留的金属表面容易发生缝隙腐蚀。金属中的合金元素也会影响缝隙腐蚀。研究表明,针对不锈钢材料的缝隙腐蚀,Rh和Pd是有害元素,当Cr、Ni、Mo元素共存时,可以减缓缝隙腐蚀,其中,Mo元素在改善缝隙腐蚀方面尤为重要。对于含Mo的不锈钢,在材料中添加Si、N和Cu元素,也可以提高材料在海水里的耐缝隙腐蚀能力。
2. 环境因素
环境温度、pH值、氯离子浓度、含氧量等都会影响缝隙腐蚀。在中性电解质内,介质中含氧量较大时,缝隙外阴极反应速率增加,缝隙腐蚀速率也加快。当介质中含氧量小于0.5mg/L时,缝隙腐蚀发生概率较小。酸性介质中,阴极反应以H+的放电过程为主,氧含量不影响阳极反应,因此,几乎对缝隙腐蚀没有影响。
温度对缝隙腐蚀的影响较为复杂,具有两面性。一方面,温度作为电化学反应推动力的重要组成部分,能够加快腐蚀速率;另一方面,氧气在溶液中的溶解度随温度的升高而降低,对于中性溶液,氧含量的降低减缓了缝隙外阴极反应。对于缝隙腐蚀,当温度较低时,腐蚀速率随温度的升高而增大。
卤素离子对于缝隙腐也有一定影响,其中氯离子浓度对缝隙腐蚀的影响较大。卤素离子的存在,使缝隙腐蚀的发生更加容易。
3. 缝隙尺寸
缝隙宽度、深度等几何尺寸都会影响缝隙腐蚀,这是因为缝隙尺寸影响了缝隙内氧的含量,同时缝隙宽度决定了缝隙内阴阳面积的大小。发生缝隙腐蚀时,缝隙内金属为阳极,缝隙外的金属为阴极,构成了大阴极小阳极的腐蚀电池。2Cr13不锈钢在氯离子环境中,缝隙宽度、腐蚀深度和腐蚀率的关系如图3-2所示,从图中可以看出,缝隙宽度在0.05~0.25mm之间时,腐蚀率随着缝隙变宽而降低,而腐蚀深度随缝隙变宽先增大后变小,缝隙宽度在0.10~0.12mm时腐蚀深度最大,当缝隙宽度大于0.25mm时,该体系中不产生缝隙腐蚀。
4. 缝隙接触面材料
在实际生产中,形成缝隙的材料以金属-金属居多,但也有金属-非金属的情况,例如螺栓与非金属垫片之间存在缝隙。组成缝隙接触面的材料对缝隙腐蚀也有一定影响。在含FeCl3的溶液中,对比不锈钢316L-316L、316L-四氟乙烯、316L-橡胶、316L-聚氯乙烯塑料之间的缝隙腐蚀发现,316L-316L、316L-四氟乙烯接触面的腐蚀面大但较浅,腐蚀向横向扩展;316L-橡胶接触面的腐蚀面小但较深,腐蚀向深处发展;316L-聚氯乙烯接触面的腐蚀面积和深度都较大,是四种缝隙类型中腐蚀最为严重的一类。
由于缝隙腐蚀发生在狭窄的空间,这对研究带来了一定困难。目前,研究缝隙腐蚀的方法分为三种:①. 以真实的缝隙为对象,通常是采用原位测量、取样等方法进行研究;②. 建立模拟缝隙;③. 数值模拟,通过有限元软件模拟缝隙内的情况。原位研究是比较准确的一种研究方法,但受缝隙空间结构和尺寸的影响,测量和取样是非常困难的,从而影响了研究结果。模拟缝隙测量的方法较多,已形成GB/T 10127-2002不锈钢三氯化铁缝隙腐蚀试验方法、GB/T 13671-1992不锈钢缝隙腐蚀电化学试验方法等国家标准。数值模拟法是随着计算机技术新发展的一种缝隙腐蚀研究方法,不但具有节省时间、节省试验成本的优势,且克服了试验中受缝隙尺寸影响的缺点。