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不锈钢表面钝化膜的生成及保护

从热力学上讲,绝大多数金属在一般环境下都会自发地发生腐蚀,可是在某些介质环 境下金属表面会发生一种阳极反应受阻的现象。这种由于金属表面状态的改变引起金属表 面活性的突然变化,使表面反应(如金属在酸中的溶解或在空气中的腐蚀〕速度急剧降低的 现象称为钝化。钝化大大降低了金属的腐蚀速度,增加了金属的耐蚀性。金属钝化后所处 的状态称为钝态,钝态金属所具有的性质称为钝性。

金属钝化有两种理论:一种称为成相膜理论,另一种称为吸附理论。成相膜理论认为,处于介质中的金属表面能生成一层致密的、覆盖良好的保护膜。该保护膜作为一个独 立相存在,把金属与介质隔开,使表面反应速度明显下降,金属表面转为钝态。吸附理论 认为,不一定要形成完整的钝化膜才会引起金属表面钝化,只要在金属的部分表面上形成 氧原子的吸附层,就能产生钝化。吸附层可以是单分子层或0只-、02一离子层。氧原子与 金属表面因化学吸附而结合,使金属表面的自由键能趋于饱和,改变了金属与介质界面的 结构及能量状态,降低了金属与介质间的反应速度,从而产生钝化作用。

成相膜理论与吸附理论的主要区别在于:成相膜理论强调了钝化层的机械隔离作用; 而吸附理论认为主要是吸附层改变了金属表面的能量状态,使不饱和键趋于饱和,降低了金属表面的化学活性,造成钝化。事实上,金属的实际钝化过程比上述两种理论模型要复杂得多,它与材料的表面成分、组织结构、能量状态等多种因素的变化有关,不是某一单 一因素造成的。

耐腐蚀性能是不锈钢和不锈钢管区别于其他钢种和普通钢的首要性能。按照现代的认识,一般不锈钢也只是在不受污染的大气环境中才能保持不“生锈”或“耐腐蚀”。在实际应用、特别是许多工业应用环境中,不锈钢仍然可因腐蚀介质的侵蚀而产生腐蚀,而晶间腐蚀、孔蚀、应力腐蚀开裂等局部腐蚀往往是其主要表现形式。不锈钢的耐腐蚀性能好坏取决于钢种的化学成分、表面状态和环境条件。

在具体的应用条件中,即钢种和环境条件确定以后,清洁光滑的表面生成均匀致密的钝化膜是保证其耐腐蚀性的前提,而钝化膜的局部破损正是产生局部腐蚀的根本原因。不锈钢并非绝对不生锈的钢,其耐腐蚀性好只是相对的、有条件的,保持其表面清洁、即钝化状态尤为重要。首先来说说不锈钢表面钝化膜的生成及保护。

钝化膜的生成特征:

在高温条件下不锈钢表面会生成粘着力极高的氧化皮,其主要成分是Cr 。但常温下不锈钢表面生成的钝化膜并非“真”氧化膜,其物理化学结构至今尚未完全确认, 目前常称其为复什氧化物或氢氧化膜㈣。纯净不锈钢表面会在大气或其他含氧环境中自发形成并具有自愈特征的这种钝化膜。常温、净化及有氧环境是三个重要的概念或钝化膜生成要素。不锈钢管及所有不锈钢制品交货时都应十分重视净化或钝化处理, 目的就是为了使其表面生成纯化膜,从而确保其耐腐性。

钝化膜的污损:

不锈钢表面的钝化膜厚度很小,仅1-3 nm,钝化处理过的不锈钢管在贮运和使用过程,特别是后续加工过程很容易因某些原因而使其表面钝化膜污损,从而影响其耐蚀性。

钝化膜污损的主要原因:

(1)碰撞或锋利物挤压、划破不锈钢表面钝化膜。

(2)各种液体、溶剂、坯料、墨水、打标记、油脂或防护材料对不锈钢表面的沾污,造成钝化膜局部变性。

(3)含有Zn,Pb,Cu,A1,Fe及黄铜、青铜、镀锌生成物、含锌漆的尘埃沉积或嵌入不锈钢表面,破坏钝化膜的均匀性。

(4)焊接、热成形、热处理等热加工引起的局部或整体氧化色斑。不同温度条件下生成的这些色斑的厚度、成分和性态都与所要求的钝化膜有很大差异,对不锈钢的耐蚀性不利。

钝化膜的防护:

防止钝化膜污损,是不锈钢管制造、贮运、使用及再制造过程中都必须重视的首要问题。为此应注意:

(1)搬运、吊装作业应避免采用碳钢或镀锌钢丝索、链条等,或避免与不锈钢直接接触,所有搬运设备应保持清洁并尽可能采用不锈钢材料或木材等作隔离。

(2)保持不锈钢表面清洁,防止垃圾及其他金属对表面的沾污,难以避免时应采用清洁的牛皮纸、麻布、纸板等作隔离。

(3)锯、锉、磨具、不锈钢丝刷之类工具应专用,绝不可与其他钢铁或非铁金属材料加工混用。

(4)根据管径、壁厚、批量、运输距离或方法采用单支包扎、装箱、捆扎等不同包装方法 (5)避免直接在地面存放,尤其应防止不锈钢表面与沥青、镀锌或碳钢、各种有色金属或含有这些金属成分的材料表面直接接触,也应防范污水、海水、湖水、河水的浸泡。


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