冷却水中金属腐蚀的原理主要有以下几种：
电化学腐蚀
形成腐蚀电池：由于金属表面的不均匀性，如成分差异、应力分布不均、表面粗糙度不同等，当金属与冷却水接触时，会形成许多微小的腐蚀电池。其中较活泼的部位成为阳极，发生氧化反应，金属原子失去电子变成金属离子进入水中；而不活泼的部位则成为阴极，发生还原反应，水中的溶解氧等氧化剂在阴极获得电子 。例如，对于碳钢，阳极反应为，阴极反应为24.
氧浓差电池：当冷却水中存在溶解氧的浓度差异时，也会形成氧浓差电池。例如，在沉积物、缝隙或水流不畅的部位，氧的扩散受到限制，导致这些部位的氧浓度低于周围水中的氧浓度。氧浓度低的区域成为阳极，发生金属的氧化腐蚀，而氧浓度高的区域则成为阴极，发生氧的还原反应。
化学腐蚀
酸性物质的腐蚀：如果冷却水中含有酸性物质，如二氧化碳溶解形成的碳酸、工业废气中的酸性气体（如硫化氢、二氧化硫等）溶解产生的酸，这些酸性物质会与金属发生化学反应，使金属表面的金属氧化物溶解，暴露出新鲜的金属表面，进而继续被腐蚀。例如，铁在酸性溶液中会发生反应 。
水中溶解氧的腐蚀：即使在中性的冷却水中，溶解氧也会与金属发生化学反应，导致金属腐蚀。氧与金属反应生成金属氧化物或氢氧化物，如铁与氧反应生成氢氧化亚铁，氢氧化亚铁进一步与水中的氧反应，生成氢氧化铁，并最终分解形成铁锈等氧化物，使金属逐渐被腐蚀。
微生物腐蚀
微生物的新陈代谢作用：冷却水中的微生物，如细菌、真菌和藻类等，在其新陈代谢过程中会产生酸性物质、代谢产物等，这些物质会改变冷却水的化学性质，使其更具腐蚀性。例如，某些细菌能够将水中的硫酸盐还原为硫化氢，硫化氢会加速金属的腐蚀。
形成生物膜：微生物会在金属表面形成一层生物膜，这层生物膜会阻碍冷却水中缓蚀剂等物质与金属表面的接触，降低缓蚀剂的保护效果。同时，生物膜内的微生物代谢活动会导致局部环境的变化，如氧浓度、pH 值等，从而形成局部的腐蚀环境，引发金属的局部腐蚀。
磨损腐蚀
高速水流的冲刷：当冷却水流速较高时，水流中的固体颗粒、气泡等会对金属表面产生冲刷作用，破坏金属表面的保护膜，使金属暴露在冷却水中，加速金属的腐蚀。这种磨损腐蚀在管道的弯头、阀门等部位较为常见，因为这些部位的水流速度变化较大，容易产生冲刷现象。
腐蚀产物的磨损：金属腐蚀产生的腐蚀产物，如铁锈等，在水流的作用下可能会脱落，形成颗粒状物质，这些颗粒物质会随着水流对金属表面产生磨损，进一步加剧金属的腐蚀。
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