在金属表面上由于存在许多极微小的电极而形成的电池称为微电池,它是由于金属表面电化学的不均匀性所引起的,有点类似无镍封闭剂对铝型材氧化的封孔作用。这些不均匀性的原因主要有以下几个方面。
1.化学成分的不均匀性
工业上使用的所有金属都或多或少地含有各种杂质。当金属与电解质溶液接触时,这些杂质则以微电极的形式与基体金属构成了许许多多短路了的微电池系统。如果杂质作为微阴极存在,则加速基体金属的腐蚀;反之,若杂质作为微阳极则基体金属会受到保护而减缓腐蚀。工业设备*常用的材料是碳钢和铸铁,以低碳钢为例,含有0.04%~0.25%的碳以及不超过0.05%的磷、硫等杂质,在它们与电解质溶液接触时,这些杂质的电位比铁正,成为无数个微阴极从而加快了基体金属铁的腐蚀。
2.组织结构的不均匀性
金属或合金的组织结构是指组成它们的粒子的种类、分量和排列方式。在同一金属或合金内部均存在着不同组织结构区域,因而有不同的电极电位值。例如金属中的晶界是原子排列较为疏松而紊乱的区域,在这个区域容易富集杂质原子产生所谓晶界吸附和晶界沉淀。这种化学不均匀性一般会导致晶界比晶粒内更为活泼,具有更负的电极电位值:因此容易在晶界发生腐蚀。例如工业铝,其晶粒内的电位为0.585V,晶界的电位却为0.494V,所以晶界成为微电池的阳极,腐蚀首先从晶界开始。
3.物理状态的不均匀性
金属经过机械加工做成各种设备,在其加工过程中会造成金属各部分变形和受应力作用而产生不均匀性。在变形较大和应力集中的部位,金属往往成为阳极而遭受腐蚀。例如电厂凝汽器黄铜管拉制后应力未消除的情况下,在腐蚀介质的联合作用下发生的腐蚀。又如在设备管路弯曲处及铆钉头的地方发生的腐蚀也是这个原因。
4.表面膜的不完整性
金属表面都有一层初生膜,如果这种膜不完整、有孔隙或破损,则孔隙下或破损处的金属相对于表面来说,具有较负的电极电位,会成为微电池的阳极首先被腐蚀。
总之,在生产和生活实际中,要想使整个金属表面上的物理和化学性质、金属各部位所接触的介质的物理和化学性质完全相同,使金属表面各点的电极电位完全相等几乎是不可能的,因此金属腐蚀的发生是普遍存在的。