1.2 材料腐蝕的基本概念

1.2.1 金屬腐蝕

腐蝕（corrosion）的術(shù)語最初起源于拉丁文“Corrdere”，意思為損壞或腐爛。人們最早是從腐蝕產(chǎn)物感性認識金屬腐蝕的，因此對腐蝕的定義其實是對金屬腐蝕的定義。對腐蝕的定義許多著名學(xué)者（U.R.Evans、M.G.Fantana等）都給出了經(jīng)典的表述，舉例如下：

（1）“材料因與環(huán)境反應(yīng)而引起的損壞或變質(zhì)”。

（2）“除了單純機械破壞之外的一切破壞”。

（3）“冶金的逆過程”。

（4）“材料與環(huán)境的有害反應(yīng)”。

（5）“金屬由元素態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榛蠎B(tài)的化學(xué)變化及電化學(xué)變化”。

概括起來，金屬腐蝕是金屬在周圍介質(zhì)（通常是液體或氣體）的作用下，由于它們之間所產(chǎn)生的化學(xué)、電化學(xué)反應(yīng)，或者物理溶解作用而引起的破壞或變質(zhì)。該定義明確指出了金屬發(fā)生腐蝕必須有外部介質(zhì)的作用，單純機械作用引起的金屬磨損顯然不屬于腐蝕的范疇，同理熔化、蒸發(fā)和斷裂等也不屬于腐蝕。

1.2.2 非金屬材料腐蝕

20世紀50年代以來，非金屬材料越來越多地用作工程材料，使用日趨廣泛，非金屬材料的腐蝕問題也日益引人關(guān)注，如木材的腐爛，油漆、塑料、橡膠的老化等都是腐蝕問題，同樣需要研究和解決。從廣義上講，金屬材料和非金屬材料用作結(jié)構(gòu)材料都可能遭受腐蝕，因此，腐蝕科學(xué)家們主張把腐蝕的定義擴展。

目前，廣泛理解和接受的材料腐蝕的定義為：材料腐蝕是材料受環(huán)境介質(zhì)的化學(xué)、電化學(xué)和物理溶解作用而產(chǎn)生的破壞或變質(zhì)的現(xiàn)象。按照該定義，紫外線導(dǎo)致聚合物的老化、熱能導(dǎo)致材料的分解破壞、液態(tài)金屬從熱端將固態(tài)金屬溶解，均可認為是材料的腐蝕。

腐蝕學(xué)是研究腐蝕的學(xué)科。肖紀美院士通過邏輯學(xué)中概念的內(nèi)涵與外延分析，將腐蝕學(xué)劃分為微觀腐蝕學(xué)及宏觀腐蝕學(xué)。微觀腐蝕學(xué)著眼于腐蝕現(xiàn)象的微觀分析，建立腐蝕理論，在它的指導(dǎo)下，開發(fā)防蝕技術(shù)，即材料的腐蝕與防護。宏觀腐蝕學(xué)著眼于從整體上分析腐蝕問題，即將腐蝕現(xiàn)象的整體作為研究對象——系統(tǒng)，考察它與社會環(huán)境之間的交互作用以及腐蝕學(xué)的經(jīng)濟及社會效應(yīng)，腐蝕經(jīng)濟是宏觀腐蝕學(xué)的核心。

1.2.3 材料腐蝕的分類

由于材料腐蝕的領(lǐng)域廣，發(fā)生腐蝕的規(guī)律及特點受多方面因素的影響，機理比較復(fù)雜，因此其分類方法也是多樣的，至今尚未有統(tǒng)一的分類標準。以下僅以常規(guī)金屬腐蝕出現(xiàn)的腐蝕特點及分類方法加以簡單介紹。

金屬腐蝕一般可以按照腐蝕過程的歷程、破壞形式、腐蝕環(huán)境及腐蝕溫度分為四大體系，各體系之間并不孤立，往往是相互聯(lián)系的。

1．根據(jù)腐蝕過程的歷程分類

根據(jù)腐蝕過程的歷程特點，可將金屬腐蝕分為化學(xué)、電化學(xué)和物理腐蝕三類。

1）化學(xué)腐蝕（chemical corrosion）

化學(xué)腐蝕包括金屬在干燥氣體（或高溫氣體）作用下的腐蝕和金屬在非電解質(zhì)溶液中的腐蝕。其反應(yīng)過程的歷程特點是金屬表面的原子與氧化劑直接發(fā)生氧化還原反應(yīng)而形成腐蝕產(chǎn)物，電子在金屬和氧化劑之間直接傳遞，無腐蝕電流產(chǎn)生。

2）電化學(xué)腐蝕（electrochemical corrosion）

電化學(xué)腐蝕是金屬表面與電解質(zhì)溶液發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而引起的破壞，如鋼鐵在土壤中的腐蝕。電化學(xué)腐蝕的特點是腐蝕反應(yīng)過程中至少有一個陽極反應(yīng)和一個陰極反應(yīng)，在反應(yīng)過程中發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移，伴有電流產(chǎn)生。金屬在實際工程中出現(xiàn)的腐蝕大多數(shù)均為電化學(xué)腐蝕，金屬在電化學(xué)和應(yīng)力及微生物共同作用下還會發(fā)生應(yīng)力腐蝕和微生物腐蝕。

3）物理溶解腐蝕（physical dissolution corrosion）

物理溶解腐蝕是金屬因單純的物理溶解作用引起的損壞。例如，用來盛放熔融鈉的不銹鋼容器可以被液態(tài)鈉溶解而發(fā)生破壞。

2．根據(jù)腐蝕破壞形式分類

根據(jù)金屬腐蝕的破壞形式，可將金屬腐蝕分為全面腐蝕和局部腐蝕兩大類。

1）全面腐蝕（general corrosion）

全面腐蝕是指腐蝕發(fā)生在整個金屬表面上，可以是均勻性的，也可以是不均勻性的。發(fā)生全面腐蝕時金屬表面上各部分的腐蝕速率基本相同。碳鋼在強酸、強堿溶液中發(fā)生的腐蝕，鋼材在大氣中的銹蝕等均屬于全面腐蝕。

2）局部腐蝕（localized corrosion）

局部腐蝕是相對于全面腐蝕而言的，其特點是腐蝕主要集中在或局限在金屬的某一特定部位，而其他部位幾乎未被腐蝕。常見的局部腐蝕包括點腐蝕、縫隙腐蝕、電偶腐蝕、晶間腐蝕、選擇性腐蝕、應(yīng)力腐蝕斷裂、腐蝕疲勞及氫脆，即通常所說的八大局部腐蝕形態(tài)，此外，還有磨損腐蝕等。

3．根據(jù)腐蝕環(huán)境分類

根據(jù)發(fā)生腐蝕的環(huán)境狀態(tài)，可將腐蝕分為干腐蝕和濕腐蝕兩大類。

1）干腐蝕（dry corrosion）

干腐蝕是指金屬在干燥環(huán)境中的腐蝕，如金屬在干燥氣體中的腐蝕（氧化）。

2）濕腐蝕（wet corrosion）

濕腐蝕是指金屬在濕的環(huán)境中發(fā)生的腐蝕。濕腐蝕根據(jù)環(huán)境狀態(tài)又可分為自然環(huán)境介質(zhì)中的腐蝕、工業(yè)環(huán)境介質(zhì)中的腐蝕及生物環(huán)境腐蝕等。自然環(huán)境介質(zhì)中的腐蝕又可分為大氣腐蝕、土壤腐蝕、淡水和海水腐蝕及微生物腐蝕；工業(yè)環(huán)境介質(zhì)中的腐蝕包括酸、堿、鹽等化工介質(zhì)中的腐蝕，工業(yè)水中的腐蝕，石油工業(yè)中的腐蝕，電力工業(yè)中的腐蝕，核工業(yè)中的腐蝕，宇航工業(yè)中的腐蝕，電子工業(yè)中的腐蝕，水泥和建筑業(yè)中的腐蝕，與煤接觸的介質(zhì)中的腐蝕，熔融介質(zhì)中的腐蝕等；生物環(huán)境腐蝕可分為生物體環(huán)境與材料的相容性導(dǎo)致的材料腐蝕和非生物體環(huán)境與材料的相容性導(dǎo)致的材料腐蝕。

4．根據(jù)腐蝕的溫度分類

根據(jù)金屬發(fā)生腐蝕的溫度可將腐蝕分為常溫腐蝕和高溫腐蝕兩大類。

1）常溫腐蝕（room temperature corrosion）

常溫腐蝕是指在常溫條件下，金屬與環(huán)境介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)引起的破壞。

2）高溫腐蝕（high temperature corrosion）

高溫腐蝕是指在高溫（一般溫度大于100℃）條件下金屬發(fā)生的腐蝕。

總之，無論哪一種分類方法，均是為了從不同角度揭示腐蝕的現(xiàn)象、特點、規(guī)律和機制等，各分類方法之間有相互交叉之處。例如，根據(jù)腐蝕溫度分類的高溫腐蝕（氧化），從發(fā)生腐蝕的環(huán)境上看，屬于干腐蝕，本書就是將其列入材料在環(huán)境介質(zhì)中的腐蝕加以介紹的。

學(xué)習(xí)和研究材料腐蝕及控制工程的主要目的和內(nèi)容在于：

（1）研究和確定材料在環(huán)境介質(zhì)中作用的普遍規(guī)律。不但要從熱力學(xué)方面研究材料腐蝕進行的可能性，更重要的是從動力學(xué)觀點研究材料腐蝕進行的速率及機理。

（2）了解和研究在各種條件下控制或防止材料腐蝕的措施，把材料腐蝕控制在合理的程度上。

（3）研究材料腐蝕速率的測試技術(shù)和方法，制定腐蝕評定方法和防護措施的各種標準，發(fā)展材料腐蝕的現(xiàn)場測試技術(shù)及監(jiān)控方法。

限于篇幅和學(xué)時，對上述的內(nèi)容（3）本書介紹不多，感興趣的讀者可以在相關(guān)章節(jié)學(xué)習(xí)時參考有關(guān)參考材料。