锈蚀·腐蚀·降解

金属腐蚀的电化学原理：①阳极反应——金属原子失去电子变成离子（M → M²⁺ + 2e⁻）；②阴极反应——电子被溶液中的物质接收（氧还原 O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻）；③电流回路——电子通过金属从阳极流向阴极，离子通过溶液迁移。腐蚀电池的 4 个要素：①阳极（被腐蚀的金属）；②阴极；③电解质溶液（含水/盐）；④金属连接（电子通路）。防腐策略就是打破其中至少一个要素：①涂层隔绝电解质；②阴极保护提供外加电子；③选更耐腐蚀的材料。

腐蚀的 4 大类型：①均匀腐蚀——整个表面均匀减薄（最常见，预估寿命可计算）；②点蚀（坑蚀）——局部小孔腐蚀（不锈钢、铝合金常见，难预测）；③缝隙腐蚀——发生在垫片、法兰等缝隙处（隐蔽危险）；④应力腐蚀——拉应力 + 腐蚀环境共同作用（如不锈钢在含氯环境中的 SCC）。还有电偶腐蚀（不同金属接触）、晶间腐蚀（晶界腐蚀）、氢脆等特殊类型。

阴极保护原理：让被保护金属成为腐蚀电池的阴极（而不是阳极），从而避免金属被腐蚀。两种实现方式：①外加电流法（ICCP, Impressed Current Cathodic Protection）——用整流器把交流电变成直流电，通过辅助阳极向被保护金属提供电子，保护范围大，用于大型工程（埋地管道、海洋平台）；②牺牲阳极法（SACP, Sacrificial Anode Cathodic Protection）——用比被保护金属更活泼的金属（锌、镁、铝）作为阳极，自身被腐蚀而保护被保护金属，常用于小型结构（船体、储罐内壁）。

缓蚀剂分 3 大类：①阳极型缓蚀剂——抑制金属阳极溶解（如铬酸盐、亚硝酸盐、磷酸盐），效果好但毒性较大；②阴极型缓蚀剂——抑制阴极反应（如锌盐、聚磷酸盐、钙盐），低毒环保；③混合型缓蚀剂——同时抑制阳极和阴极（如胺类、咪唑啉类、苯并三氮唑），常用于中性介质。工业应用：①冷却水系统（聚磷酸盐+锌盐）；②酸洗（胺类+硫脲）；③防锈液（亚硝酸钠）。

不锈钢在 3 种情况下会生锈：①氯离子环境——海水 / 盐雾环境会破坏不锈钢表面的钝化膜，导致点蚀和应力腐蚀（304 不锈钢在含 Cl⁻ > 200 ppm 环境中易出问题，316 不锈钢耐受更好但仍有极限）；②缺氧环境——密闭空间（如螺栓连接、垫片下）含 Cl⁻ 缺氧，会发生缝隙腐蚀；③高温环境——450-850℃ 区间会析出碳化铬，导致晶间腐蚀（这就是 304L / 316L 低碳不锈钢的来源）。预防：①选对不锈钢牌号（海洋环境优先 316L / 2205 双相钢）；②表面钝化处理；③阴极保护。

点蚀（坑蚀）危险的原因：①隐蔽性——孔径小（< 1 mm）但深度大（可达壁厚 80%），常规检测难发现；②突发性——一旦穿孔，介质泄漏可能导致安全事故（化工管道、压力容器）；③加速性——点蚀坑内形成闭塞电池，自催化加速腐蚀。预防策略：①材料升级——选用含 Mo 不锈钢（316 而非 304）或双相钢；②表面处理——抛光、钝化、喷砂后钝化；③环境控制——降低 Cl⁻ 浓度、控制温度、调节 pH；④涂层保护——富锌底漆 + 环氧面漆隔绝电解质；⑤电化学保护——阴极保护抑制阳极溶解。

金属腐蚀速率测量有 4 种主要方法：①失重法（重量法）——挂片试验后称重差，按 mm/year 计算（最经典、最准确）；②厚度法——用超声波测厚仪定期测量壁厚变化（最常用）；③电阻法（ER 探针）——测量金属试样电阻变化（适合在线监测）；④电化学法——线性极化电阻（LPR）测瞬时腐蚀速率。ISO 9223-9226 是大气腐蚀分类标准，按腐蚀速率把环境分为 C1（< 0.1 µm/年，极低）到 CX（> 200 µm/年，海洋浪溅区极端高）。

应力腐蚀破裂（Stress Corrosion Cracking, SCC）的 3 要素：①敏感材料——特定合金对应特定介质（不锈钢 + Cl⁻、碳钢 + 碱、低合金钢 + H₂S）；②特定腐蚀环境——通常是中等温度（50-200℃）的水溶液；③拉应力——外加载荷或残余应力（焊接、装配应力）。3 要素缺一不可。预防策略：①消除应力（热处理消除焊接应力）；②改变环境（控制温度、pH、加缓蚀剂）；③材料升级（用抗 SCC 牌号）。典型案例：①油气管线 HIC/SCC（湿 H₂S 环境）；②核电蒸汽发生器应力腐蚀（高 pH 水）；③桥梁拉索应力腐蚀（雨水 + 残余应力）。