相信一定有人好奇过,不锈钢为什么叫“不锈钢”?难道它真的能不生锈,不被腐蚀吗?金属腐蚀一直是各行各业的头疼事,但是在不锈钢出现之后,就很大程度解决了金属腐蚀问题。
: w3 M# L( G5 a: a; _( ~ 事实上,不锈钢并不是真正的不被腐蚀,只是腐蚀速率比一般的金属要缓慢。下面就详细揭秘不锈钢“不锈”的原因。
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不锈钢为何不锈 " m" t# I" T0 e
不锈钢是不锈钢系不锈钢和耐酸钢的总称。不锈钢主要就是指能耐大气、蒸汽和水等弱介质腐蚀的钢;耐酸钢是指耐酸、碱、盐等化学侵蚀性介质腐蚀的钢。按钢的组织结构进行分类,不锈钢分可分为:马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢和双相不锈钢。 & T) E9 f4 k0 L3 h4 T
不锈钢耐腐蚀的原因比较有说服力的是钝化膜理论。钝化膜就是在不锈钢表面形成一层以Cr₂0₃为主的薄膜。此薄膜能保护不锈钢基体在各种介质中不被轻易腐蚀。 4 W: O( [/ }$ H( _* u& F9 ~: N
形成钝化膜有两种情况。一是不锈钢本身具有自钝化的能力,这种自钝化能力与铬含量有关,含铬越多自钝化能力就越快;另一种是不锈钢在各种介质的腐蚀过程中形成钝化膜而延缓腐蚀。
- ~$ _# O* Z3 r! O9 z 不锈钢钝化膜具有抵抗腐蚀的能力,归结于三个特点:一是钝化膜极薄,当铬含量大于10.5%时,薄膜一般只有几个微米;二是钝化膜的比重大于基体的比重;三是钝化膜的铬浓度比基体高的多。前两个特点说明钝化膜具有良好的化学稳定性、致密、缺陷少和与基体结合牢固的特性,使得腐蚀介质很难穿过此膜腐蚀不锈钢的基体,从而起到保护基体的作用。第三个特点则说明钝化膜具有较高的耐腐蚀性。 0 s/ Y0 T: b+ e& D9 \
钝化膜的破坏形式 8 f7 T ^6 D7 F. T3 n- R
钝化膜中存在内应力。形成应力的原因是多方面的,包括氧化膜成长产生的应力、相变应力和热应力。内应力达到一定程度时,可以由膜的塑性变形、金属基体的塑性变形、氧化膜与基体分离、氧化膜破裂等途径而得到部分或全部松弛。钝化膜破裂的几种形式,见图1-1。 ' q K+ \9 h7 w( L& p8 V
图1-1中的(a)是钝化膜在金属基体表面生长时,在膜与基体之间存在空气,从未形成空泡;而空泡破裂后就形成了图(b);图(c)中存在于钝化膜中气体会形成微泡,能使膜遭到破坏;如果钝化膜与基体结合不够牢固的话,膜就会从基体表面脱落见图(d);图(e)中膜会被其他物质切而导致膜裂;图(f)说明在金属的角和棱上的钝化膜不够致密、有缺陷,会导致钝化膜在此位置上裂开。
0 y0 I; `- S4 j X氧化膜的生长规律 ( g0 z3 z) H4 s; h2 g
膜的生长可用膜厚y表示: 3 }8 j) z7 O( K# r- O
(1)直线规律 2 H! V- H& X, ~3 y- O
y=kt
* y/ I& l( G" v 式中表示膜厚随时间的变化的关系,此规律反映表面氧化膜多空、不完整,对金属的进一步氧化没有抑制作用。 . G. G, V$ }, D$ c5 E9 `1 l
(2)抛物线规律
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符合此规律的氧化膜是致密的,能对金属起到保护作用。氧化速度dy/dt与膜厚y成反比,这表明氧化受离子扩散通过表面氧化膜的速度所控制。
+ t3 W+ H# W% T9 x1 T5 H (3)对数规律
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在温度比较低时,金属表面上形成极薄的氧化膜,就足以对氧化过程产生很大的阻滞作用,使膜厚的增长速度变慢,在时间不太长时膜厚实际上已不再增加。在这种情况下,膜成长符合对数规律。
" R$ \; Y5 T h. R. N; n2 _! S 防止不锈钢的腐蚀具有现实意义,能有效降低企业的损失,使设备能安全运行,防止泄露等事故的发生,保证经济和人身安全。
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