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空间大气和海洋环境中材料的破坏
第二部分 空间、大气和海洋环境中材料的破坏
2.1大气环境中的材料腐蚀
金属在大气条件下发生腐蚀的现象称为大气腐蚀。
大气腐蚀是金属腐蚀中最普遍的一种。
金属材料从原材料库存、零部件加工和装配以及产品的运输和贮存过程中都会遭到不同程度的大气腐蚀。
例如,表面很光洁的钢铁零件在潮湿的空气中过不多久就会生锈,光亮的铜零件会变暗或产生铜绿。
又如长期暴露在大气环境下的桥梁、铁道、交通工具及开口装备等都会遭到大气腐蚀。
据估计因大气腐蚀而引起的金属损失,约占总腐蚀损失量的一半以上,随着大气环境的不同,其腐蚀严重性有着明显的差别。
在含有硫化物、氯化物、煤烟、尘埃等杂质的环境中会大大加重金属腐蚀。
例如,钢在海岸的腐蚀要比在沙漠中的大400到500倍。
离海岸越近,钢的腐蚀也越严重。
又如一个10万KW的火力发电站,每昼夜由烟囱中排出的SO2就有100t之多,空气中的SO2对钢、铜、镍、锌、铝等金属腐蚀的速度影响很大。
特别是在高湿度情况下,SO2会大大加速金属的腐蚀。
大气腐蚀基本上属于电化学腐蚀范围。
它是一种液膜下的电化学腐蚀,和浸在电解质溶液内的腐蚀有所不同。
由于金属表面上存在着一层饱和了氧的电解液薄膜,使大气腐蚀优先以氧去极化过程进行腐蚀。
另一方面在薄层电解液下很容易产生阳极钝化,固体腐蚀产物常以层状沉积在金属表面,因而带来一定的保护性。
例如,钢中合有千分之几的钢,由于生成一层致密的、保护性较强的防锈膜,使钢的耐蚀性得到明显改善。
这也为采用合金化的方法提高金属材料的耐蚀性指出了有效的途径。
2.1.1大气腐蚀的类型
和浸在溶液中的金属腐蚀相对照,大气腐蚀指的是暴露在空气中金属的腐蚀,它概括了范围很宽广的一些条件,其分类是多种多样的。
有按地理和空气中含有微量元素的情况(工业、海洋和农村)分类的;有按气候分类(热带、湿热带、温带等)的;也有按水汽在金属表面的附着状态分类的。
从腐蚀条件看,大气的主要成分是水和氧,面大气中的水汽是决定大气腐蚀速度和历程的主要因累。
因此,根据腐蚀金属表面的潮湿程度可把大气腐蚀分为“干的”、“潮的”和“湿的”3种类型。
1、干的大气腐蚀
干的大气腐蚀亦称做干氧化和低湿度下的腐蚀,即台眉表面基本上没有水膜存在时的大气腐蚀,属于化学腐蚀中的常温氧化,在清洁而又于燥的室温大气中,大多数金属生成一
层极薄的不可见的氧化膜,其厚度为l-4nm。
例如,在含有微毫硫化物的空气中,由于金属硫化物膜的晶格有许多缺陷,它的离子电导和电子电导比金属氧化物大得多,硫化物膜可以生长得相当厚。
使铜、银这些金属出现灰色或表面变为晦暗,从而影响其美观和电接触点的
导电性,但无明显的破坏。
在室愠下某些非铁金属能生成一层可见的膜,这种膜的形成通常
称为失泽作用。
金属失淖和干氧化作用之间有着密切的关系,其膜的成长服从抛物线规律,而在清洁的空气中,在室温下按对数规律增厚。
2、潮的大气腐蚀
潮的大气腐蚀是相村湿度在100%以下,金属在肉眼不可见的薄水膜下进行的腐蚀。
如铁在没有被雨、雪淋到时生锈。
这种水膜是由于毛细管作用.吸附作用或化学凝聚作用而在金属表面上形成的。
所以,这类腐蚀是在超过临界相对湿度情况下发生的。
此外,它还需要有微量的气体沾污物或固体沾污物存在,当超过临界温度时,沽污物的存在能强烈地促使腐蚀速率增大,而且沾污物还常会使临界湿度值降低。
3、湿的大气腐蚀
湿的大气腐蚀是指水分在金属表面上凝聚成肉眼可见的液膜层时的大气腐蚀,当空气相对湿度约为100%或水分(雨、飞沬等)直接落在金属表面上时,就发生这种腐蚀-对于潮的湿的大气腐蚀来说.它们都属于电化学腐蚀。
由于表面液膜层厚度的不同,它们的腐蚀速度也不相同,如图2-1所示,图中I区为金属表面上有几个分子层厚的吸附水膜,没有形成连续的电解液,相当于“千氧化”状态。
Ⅱ区对应于“潮的大气腐蚀”状态,由于电解液膜(几十个或几百个水分子层厚)的存在,开始了电化学腐蚀过程,腐蚀速度急剧增加。
Ⅲ区为可见的液膜层(厚度为几十至几百微米)。
随着液膜厚度进一步增加,氧的扩散变得困难,因而腐蚀速度也相应降低。
液膜增厚就进入Ⅳ区,这与浸泡在液体中的相同,Ⅲ区相当于“湿的大气腐蚀”。
一般环境的大气腐蚀大多是在Ⅱ、Ⅲ区进行的,随着气候条件和金属表面状态(氧
化物、盐类的附着情况)的变化,各种腐蚀形式可以互相转换。
例如,在空气中起初以干的腐蚀历程进行的构件,当湿度增大或由于生成吸水性的腐蚀产物时,可能会开始按照嘲的腐蚀历程进行腐蚀,当水直接落到金属上时,潮的大气腐蚀义转变为湿的大气腐蚀,而当湿度降低后,又重新按潮的大气腐蚀形式进行腐蚀。
2.1.2大气腐蚀过程和机理
1、水膜的形成
在大气相对湿度小于100%而温度又高于露点时,金属表面上也会有水的疑聚。
水汽膜的形成主要有如下3种原因。
(1)毛细凝聚。
从表面的物理化学过程可知,气相中的饱和蒸汽正与同它相平衡的液面曲率半径有关。
先来看看这一现象中的3种典型的弯液面(凸形的、凹形的、平的),如图2-2所示。
由于液面形状不同,其液面上的饱和蒸汽压力也不同。
这3种典型弯液面对应的平衡饱和蒸汽压分别为p2、p1、p0,且p1 也就是说,液面的曲率半径r越小,饱和蒸汽压越小,水蒸气越易凝聚。 因为气相中的钉子在做无秩序的热运动时,撞击并停留在凹曲面上的几率比平面上的大得多,即凹曲面上的液相表面层分子的吸附力比平面上的大,故在凹曲面上易发生凝聚作用。 (2)吸附凝聚。 在相对湿度低于100%时,未发生纯粹的物理凝聚之前,由于固体表面对 水分子的吸附作用也能形成薄的水分子层。 吸附的水分子层数随相对湿度的增加而增加。 吸附水分子层的厚度也与金属的性质及表面状态有关。 一般为几十个分子层的厚度。 (3)化学凝聚。 当物质吸附了水分子之后,即与水可以发生化学作用,这时水在这种物 质上的凝聚称做化学凝聚。 例如金属表而上落上或生成了吸水性的化合物(CuS04、ZnCl2、 NaCl、NH4NO3等)。 即便盐类已形成溶液,也会使水的凝聚变得容易。 因为盐溶液上的水蒸 气压力低于纯水的蒸汽压力(表2-1),因此,当金属表面落上铵盐或钠盐(手汗、盐粒等),就特别容易促进腐蚀。 在这种情况下,水分在相对湿度为70%-80%时就会凝聚,同时又有电解质存在.所以就会加剧腐蚀。 2、湿膜的形成 金属暴露在室外大气或易遭到水滴飞溅的条件下,金属表面易形成约1μm—lmm厚的可见水膜。 这种情况如大气沉降物的直接降落(雨、雪、雾、露、融化的霜和冰等);水分的飞 溅(海水的飞沫);周期浸润(海平面上工作的零件,周期地与水接触的构件等);空气中水分 的凝结(露点以下水分的凝结、水蒸气的冷凝等)。 例如,露天仓库、户外工作的飞机、设备、 仪器、海上运输和水上飞机等,这些都经常会溅上水或落上雨雪。 饱和凝结现象也是非常普遍的。 这是由于有些地区(特别是热带、亚热带及大陆性气候地区)的气温变化非常剧烈,即使在相对湿度低于100%的气候条件下,也易造成空气中水分的冷凝。 图2-3示出了能够引起凝露的温度差和空气温度、相对湿度间的关系。 由图可 知,在空气温度为5-50ºC的范围内,当气温剧烈变化达6℃左右时,只要相对湿度达到65-75% 左右就可引起凝露现象、温差越大引起凝露的相对湿度也就越低。 为了防止金属制品的腐蚀,规定仓库和车间内的环境条件,在没有恒温恒湿凋节时,应保持昼夜温差小于6℃,相对湿度低于70%,并避免日光的直接照射。 这一规定即为库房要 求的条件之一。 湿膜情况下发生的腐蚀和水汽膜不同,其腐蚀历程变得接近于沉浸在水中条件下的腐蚀历程。 只是氧补给情况比浸于水中时或比水流经管道时好。 而水汽膜下的潮腐蚀,只有当大气的相对湿度超过某一临界值时,潮腐蚀才会变倡重要起来。 不同的金属对应着不同的临界湿度,即在超过此值的情况下,存在于表面上的某些吸湿性物质(或是在腐蚀过程中形成的吸湿性产物)就可以从大气中吸收水,这样腐蚀就可以按照类似于沉浸条件下所遇到的历程继续下去。 2.1.3大气腐蚀的机理 大气腐蚀开始时受很薄而致密的氧化膜性质的影响。 一旦金属处于“湿态”.即当金属表而形成连续的电解液膜时,就开始以氧去极化为主的电化学腐蚀过程。 在薄的锈层下氧的去极化在大气腐蚀中起着重要的作用。 金属表面形成锈层后,其腐蚀产物在一定条件下会影响大气腐蚀的电极反应。 Evans认为钢在湿润条件下,铁锈层成为强烈的阴极去极化剂,在此情况下金属/Fe3O4界面上发生着阳极氧化反应: 而Fe3O4/FeOOH界面上发生着阴极还原反应: 图2-4为锈层内Evans模型图。 当在电子导电性足够好的情况下,反应不但在锈层表面,而且还可以在越来越厚的锈层之孔洞壁上进行,在孔洞壁上同时发生着Fe2+氧化成Fe3+的二次氧化反应,即: 这样经过复杂的溶解和再沉积作用,形成多孔氧化膜。 一般说来,长期暴露在大气中的铜,随着锈层厚度的增加,锈层电阻增大,氧的渗入较困难,使锈层的阴极去极化作用减弱而降低了大气腐蚀速度。 此外,附着性好的锈层内层,由于活性阳极面积的减小,阳极极化增大,也使腐蚀减慢。 大气腐蚀机理与大气的污染物密切相关。 例如,SO2能促进金属的腐蚀速度。 认为在 吸附水膜下主要是由于增加了阳极的去钝化作用。 在高温度条件下是由于水膜凝结增厚,SO2参与了阴极的去极化作用,尤其是当SO2〉0.5%时,此作用明显增大,因而加速腐蚀进行。 虽然大气中SO2含量很低,但它在水溶液中的溶解度比氧约高1300倍,使溶液中SO2达到很高的浓度,对腐蚀影响很大,对于Fe、Cu、Al等金属,当w(SO2)为1.0%时,阳极几乎不出现钝化现象,这将导致腐蚀速度增加。 钢铁在含SO2的湿空气中,SO2首先被吸附在表面上,SO2、O2与铁生成硫酸盐(FeSO4), 这是一种吸湿性沾污物,其水解形成氧化物和游离的硫酸。 硫酸又加速腐蚀铁,生成的硫酸亚铁再水解产生硫酸。 这样,硫酸亚铁通过形成酸的过程就催化了锈蚀历程的不断进行。 已经发现,每消耗1个SO2分子可使大约15-150个Fe原子被腐蚀掉。 催化反应如下: 由于硫酸亚铁不断提供酸性电解质,并能溶解铁或氧化物,因此使腐蚀产物显露了小孔 洞。 铁在含SO2潮湿空气中,在铁表面上有一层很薄的Fe3O4膜,其小孔中充满着FeSO4溶液。 基体铁溶解成Fe2+进入溶液,其中一部分氧化成Fe3+以Fe2O3沉积。 普通铁锈的三价铁氧化物与铁、硫酸亚铁溶液相接触,一方面还原成Fe3O4,另一方面Fe3O4又被氧再氧化,即电子通过半导体Fe304迁移到Fe304/FeOOH界面处(如图中A接触处),进行FeOOH还原成Fe3O4的阴极反应,而在良好空气通道的接触处,氧把Fe3O4。 这种短路电偶电池的局部电极随时间变化有可能横向分离开。 其结果与孔蚀相似,在局部位置上形成浓的溶液FeSO4溶液。 这也就解释了为什么在工业大气腐蚀的铁锈中往往含有“硫酸盐”夹杂物。 锈层的成分和结构是很复杂的,一般分成两层,外层有疏松易剥落的附着层,内层为结构致密、附着性好的氧化物层,它具有一定的保护性能。 碳钢锈层的结晶性结构主要是由γ-FeOOH、α-FeOOH和Fe3O4组成,但随大气环境、污染程度不同其成分含量有所变化。 有人研究证明,工业区铁锈中因受SO2的影响,Fe3O4较少,当湿度低时其虽更少,且其中常存在一些盐类结晶。 例如,工业大气的碳钢锈层中含有FeSO4·7H20、FeSO4·4H20、Fe(SO4)3 等;受Cl-影响的沿海地区,锈层结构中含γ-FeOOH少,含Fe304多;染污少的森林地带则 含α-FeOOH多。 也有人分析锈层结构,认为耐大气腐蚀钢与普通钢相比,它们的锈部是由γ-FeOOH、α-FeOOH和Fe3O4组成。 而耐大气腐蚀钢之所以耐蚀,是因为锈层与基体金属之间有一层黏附性好、致密、富集Cr、Cu、P合金元素的非晶态氧化物层,其厚度为50-100μm。 2.1.4影响大气腐蚀的主要因素 影响大气腐蚀的因素比较复杂,随着气候、地区的不同,大气的成分、浓度、温度等因素均有很大的差别。 表2-2和表2-3列出了大气的主要成分和大气杂质的浓度。 在大气的主 要成分中,对大气腐蚀有主要影响的是氧、水蒸气和二氧化碳。 但随地区条件的不同,天然 大气就有不同的特征。 例如,海洋大气中随着离海岸线距离的不同,就有不同的含盐量;工 业大气中则含有SO2、H2S、NH3和NO2等气体杂质及各种悬浮颗粒和灰尘;而农村地区的大气都比较洁净。 其中腐蚀性最强的是潮湿的、强烈污染的工业大气,而洁净干燥的农村大气腐蚀最小。 因此,金属材料在不同地区的腐蚀速度也是不同的,如铜在农村大气中的腐蚀率只有在工业中腐蚀串的百打之一。 钢在海岸的腐蚀率比在沙漠区要大几百倍。 就是在同一大气中.其腐蚀率也有不同。 如离海岸25m的钢试样比离250m的腐蚀快12倍。 故在不同地区及大气环境下设立大气腐蚀站,是一项重要的工作,它能反映真实的大气腐蚀情况。 下面讨 论大气腐蚀的主要影响因素。 1、大气相对湿度的影响 2、温度和湿度的影响 3、酸、碱、盐的影响 4、腐蚀性气体的影响 5、固体颗粒、表面状态等因素的影响 2.1.5防止大气腐蚀的措施 1、提高材料的耐蚀性 通过合金化在普通碳钢的基础上加入某些适量的合金元素,可以改变锈层的结构,生成一层具有保护性的锈层,可大大改善钢的耐大气腐蚀性能。 例如钢中加入Cu、P、Cr、Ni等,尤其是Cu、P元素加入后效果比较显著。 图2-4表明Cu的加入对钢在大气中腐蚀的影响。 2、采用有机、无机涂层和金属镀层 对长期暴露在空气中的金属材料可用有机、无机涂料或金属镀层来保护。 在油漆涂料中加有钝化剂(如铬酸盐)或锌粉(起电化学保护作用)可起到很好的防锈效果。 3、暂时性防护层和缓蚀剂 暂时性防护涂层包括各种防锈油、防锈脂、可剥性塑料等。 防锈油脂中除了含有机油、凡士林等基础油脂外,还含有油溶性缓蚀剂,如石油磺酸钡、二壬基萘磺酸钡、十二烯基丁二酸、羊毛脂及其衍生物等。 气相缓蚀剂,如亚硝酸二环己胺、碳酸环己胺等,适于保护钢铁和铝制品,苯并三氮唑及其衍生物适于钢铁及铜合金。 气相缓蚀剂易挥发,可充满包装容器。 使用方法分为气相纸法、粉末或片剂法等。 4、控制环境 主要是控制密封金属容器或非金属容器内的相对湿度和充以惰性氮气或抽去空气,以使制件与外围介质隔离。 从而避免锈蚀,并使非金属件防霉、防老化。 其方法有充氮封存法、吸氧剂法和干燥空气封存法等。 2.2海水中的材料腐蚀 海洋面积约占地球总面积的70%。 海水是自然界中量最大、腐蚀性很强的一种天然电解质溶液。 常用的金属和合金在海水中大多数会遭到腐蚀。 例如,船舶的外壳、螺旋桨、海港码头的各种金属构筑物、水上飞机在海水中的起降或停留、海底电缆、海上采油平台和输油管道等,都会遭到海水腐蚀。 我国海岸线长达18000km,海洋天然资源非常丰富。 因此研究和解决海水腐蚀问题,对我国海洋运输和海洋开发,以及海军现代化建设郡有重要意义。 2.2.1海水腐蚀的特征 海水是含有一定盐分的电解质溶液,使金属发生电化学腐蚀。 可是,实际情况较复杂。 海水的pH值通常在4.1—4.3之间,但随海水深度或厌氧性细菌的繁殖有所变化。 海水还受潮汐、波浪运动和浪花飞溅、海洋生物及夹带泥沙等的影响。 海水的这些持征,促使海水腐蚀的电化学过程具有如下基本持征。 (1)海水腐蚀是氧去极化过程。 多数金属受氧的去极化阴极过程所控制。 过程的快慢取决于氧的扩散的快慢。 负电性很强的金属,如镁及其合金,腐蚀时阴极才发生氢的去极化作用。 在含有大量H2S的缺氧海水中,也可能发生疏化氢的阴极去极化作用,Cu、Ni是易受硫化氢腐蚀的金属。 此外,一些高价的重金属离子(Fe3+、cu2+)可加速阴极反应,易在金属表面析出,增加阴极面积,使腐蚀加快。 (2)海水中含有大量的Cl-离子,对于大多数金属(如铁、钢、锌、铜等),其阳极阻滞程度是很小的。 在海水中用提高阳极阻滞的方法来防止铁基合金腐蚀作用是有限的。 由于c1-离子的存在,使钝化膜易遭破坏,易产生孔蚀,即使是不锈钢也可发生局部腐蚀。 只有少数易钝化金属,如钛,才能在海水中保持钝态。 因而有较强的耐海水腐蚀性能。 (3)海水的电导率很大,电阻性阻滞很小,在金属表面形成的微电池和宏观电池都有大的活性。 在海水中异种金属的接触能造成显著的电偶腐蚀,且作用强烈,影响范围较远。 (4)海水中除发生均匀腐蚀外,还易发生局部腐蚀,由于钝化膜的破坏,最易发生孔蚀和缝隙腐蚀。 且在高流速的情况下,还易产生空蚀和冲击腐蚀。 2.2.2影响海水腐蚀的因素 海水是含有多种盐类的电解液,且含有海洋生物、悬浮泥沙、溶解气体和腐败的有机构质。 此外.含盐量的多少、温度、流速等因素,都会对海水腐蚀产生综合作用,比单纯的盐溶液影响要复杂得多。 1、盐度 盐度是指100g海水中溶解的固体盐类物质的总克数。 氯度是表示l00g海水中所含氯离子克数。 通常先测定氯度w(Cl)再推算到盐度w(S),两者有如下关系式: 海水的总盐度随地区而变化,一般在相通的海洋中盐度相差不大,但在某些海区和隔离 性的内海中,盐度有较大的变化。 海水的盐度波动直接影响到海水的比电导,这是影响金属 腐蚀速度的因素之一。 海水中以NaCl为主的盐类,其浓度对钢来讲,刚好接近于最大腐蚀速度的浓度范围。 海水又含大量的Cl-离子,破坏金属钝化。 因此,钢在海水中易遭腐蚀。 2、含氧量 海水腐蚀是以阴极氧去极化控制为主的腐蚀过程。 海水中溶解氧的多少,是影响海水腐蚀的重要因素。 海水中含氧量可达12×10-4%,海水表面因与大气接触,又有波浪运动,所以含氧量较大。 盐度的增加相通度的升高,会使溶解氧量降低。 随海水深度的增加,含氧量减少,但深度再增加则溶解氧量反而增多,这可能与绿色植物的光合作用有关。 3、温度 不同的海域温度不同。 例如,北冰洋海水温度为2-4℃,热带海洋可达29℃,温热带海 水温度随深度而变化,深度增加温度下降。 温度的提高会加快腐蚀速度。 如铁、铜及其合金 通常在炎热的环境或季节里海水腐蚀速度增大。 4、构筑物所处位置 图2-5所示为普通碳钢桩在海水中不同部位的腐蚀情况。 处于干、湿交替区的飞溅带,氧供应充足,腐蚀最为严重。 高潮位处因涨潮时受高含氧量海水的飞溅,腐蚀也较严重。 高潮位与低潮位之间,由于氧浓差电旭而受到保护。 平静海水处(全浸带)的腐蚀受氧的扩散控制,腐蚀随温度变化,浅水区腐蚀较严重,阴极区易形成石灰质水垢,生物因素影响大。 随深度增加腐蚀减弱,不易生成水垢保护层。 污泥区有微生物腐蚀产物(硫化物),泥浆一般有腐蚀性,有可能形成泥浆海水间腐蚀电池,但圬泥中溶氧量大大减少,又因腐蚀产物不能迁移,使腐蚀减小。 5、流速 在平静海水中流速极低、均匀,氧的扩散速度慢,腐蚀速度较低。 当流速增大时,因氧扩散加快,使腐蚀加速。 对一些在海水中易钝化的金属(如钛、镍合金和高铬不锈钢),有一定流速反而能促进钝化和耐蚀,但很大的流速,因受介质的冲击、摩擦等机械作用影响,会出现冲击腐蚀或空蚀。 6、海洋生物 生物因素对腐蚀影响很复杂,在大多数情况下是加大腐蚀的,尤其是局部腐蚀。 海洋中叶绿素植物,可使海水的含氧量增加,是加大腐蚀的。 海生物放出的CO2使周围海水呈酸性。 海生物死亡、腐烂可产生酸性物质和H2S,因而可使腐蚀加速。 此外,有些海生物会破坏金属表面的油漆或金属镀层,因而也全加速腐蚀。 甚至由于海 生物在金属表面的堆积.可形成缝隙而引起缝隙腐蚀。 2.2.3防止海水腐蚀的措施 1、合理选材 表4-6列出了不同金属材料在海水中的耐蚀性,其差别是很大的。 钛合金和镍铬钼合金的耐蚀性最好,铸铁和碳钢较差,铜基合金加铝青钢、铜镍合金也较耐蚀。 不锈钢虽耐均匀腐蚀,但易产生点腐蚀。 2、电化学保护 阴极保护是防止海水腐蚀常用的方法之一,但只是在全浸区才有效。 可在船底或海水中金属结构上装置牺牲阳极,也可采用外加电流的阴极保护法。 3、涂层保护 防止海水腐蚀最普通的方法是采用油漆层,或采用防止生物玷污的防污涂层。 这种防污涂层是一种含有Cu20、HgO、有机锡及有机铅等毒性物质的涂料。 涂在金属表面后在海水中能溶解扩散,以散发毒性来抵抗并杀死停留在金属表面上的海洋生物,这样可减少或防止因海洋生物造成的缝隙腐蚀。 2.3生物环境中的材料腐蚀 钛材料在口腔医学领域的应用越来越普及,但钛材料在口腔中的腐蚀却是亟待解决的问题。 钛材料的腐蚀与口腔生物环境中递质的变化以及口腔的咀嚼活动参与密切相关。 下面就钛及其合金在pH值、氟化物和蛋白质以及温度变化等口腔生物环境中的腐蚀研究进展作一综述,以期为钛及其合金耐腐蚀性能的提高提供参考。 凡具有不同电极电位的金属互相接触并在同一递质中所发生的电化学腐蚀,即属电偶腐蚀。 异种金属在同一递质中相互接触,由于腐蚀电位不等会有电偶电流流动,电位较低的金属溶解速度加快,出现接触处的局部腐蚀;而电位较高的金属,溶解速度反而降低。 研究钛与镓合金、高铜银汞合金的电偶作用时发现,在钛存在情况下,高铜银汞合金几乎不发生电偶腐蚀;但镓合金的耐腐蚀性降低,出现明显的电偶腐蚀。 在酸性环境和氟化物存在的情况下钛更容易发生腐蚀。 钛与Prs和IQC.P汞合金一起使用,腐蚀情况视不同环境而定: 在中性环境下,汞合金发生阳极氧化;在酸性氟化物环境下,则相反(钛是阳极,Prs和IQC.P是阴极);在中性氟化物环境下,IQC.P较Prs更能使钛合金发生显著的腐蚀。 因此,钛合金的电偶腐蚀行为取决于周围溶液的pH值和是否含有氟化物。 这些试验现象表明在应用钛及其合金时,应充分对患者的口腔进行检查。 关于多种修复材料的相互匹配、接触以及能否在同一口腔中应用等,虽然已有学者从电偶腐蚀的角度进行了研究,但尚不全面。 特别是为了制备性能更优良的口腔钛合金,需要加入相应的合金元素,而合金元素对钛在体液中电势电位必然产生影响。 目前,钛及其合金被广泛应用于种植体、铸造冠、固定桥、修复体附件、铸造支架托槽、弓丝和内固定夹板以及口腔各种金属器具等的制作,但口腔是一个复杂的理化环境,食物、牙膏制剂等因素可左右钛及其合金的氧化膜的稳定性,进而影响其耐腐蚀性能。 因此,了解影响钛及其合金腐蚀性的因素,对高性能的钛及其合金的研发耐腐蚀钛修复体的制作和钛及其合金的临床合理应用具有一定的参考意义。 2.4空间环境对材料的腐蚀 真空、太阳电磁辐射、高能粒子辐射、等离子体、微流星体、行星大气和磁场等空间环境对航天器的运行轨道、姿态、表面材料、内部器件及其电位均会产生显著影响。 对航天器材料和器件的影响高能粒子辐射、太阳电磁辐射、真空和微流星体等对航天器的表面材料和内部器件会产生各种复杂的环境效应。 ①辐射损伤: 地球和木星辐射带、银河宇宙线和太阳宇宙线的高能带电粒子(见空间飞行环境)不仅对航天器的表面材料有影响,而且在航天器内部形成内辐射环境,使一些材料和器件的性能变化,甚至造成永久性辐射损伤。 易受损伤的材料和器件是太阳电池、光学表面、有机材料、半导体器件和集成电路等。 太阳电磁辐射中的可见光和红外部分的通量占太阳电磁辐射总通量的90%以上,它们主要影响航天器的温度。 太阳紫外辐射的通量在总通量中的比例虽然很小,但是长期的紫外辐照会使航天器的一些表面材料受到辐射损伤,例如增加温控涂层的吸收率、降低太阳电池片的效率。 ②重量损失: 航天器中的一些材料和器件长期处在高真空环境中会发生一些特殊的物理和化学变化。 真空环境会加速其他环境条件对材料和器件的影响。 在真空环境下,各种材料会失去内部的溶解气体和表面的吸附气体,材料产生出气现象。 在材料出气、辐射损伤和其他环境效应的长期共同作用下,材料的重量会逐渐减小,即材料重损。 材料的重损率与材料的性能有密切的关系,它是鉴定材料空间性能的重要指标。 ③真空放电: 航天器在发射过程中,往往要经历1千帕到1帕的低气
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