1. 水质因素
酸碱度(pH 值):
pH 值对金属腐蚀有显著影响。当 pH 值较低时,水中氢离子浓度较高,会加速金属的腐蚀。例如,在酸性环境下,钢铁表面的铁原子会与氢离子发生反应,形成亚铁离子进入溶液,反应式为。一般来说,当 pH 值小于 4 时,钢铁的腐蚀速度会明显加快。
当 pH 值过高时,水中的氢氧根离子可能会与金属离子形成难溶的氢氧化物沉淀,在金属表面形成垢层。如果垢层不均匀,可能会导致局部腐蚀,如垢下腐蚀。对于铜合金,在碱性较强的水中,可能会发生选择性腐蚀,例如,黄铜在碱性环境下可能会出现脱锌现象。
硬度:
水的硬度主要是由钙、镁离子等引起的。当冷却水中钙、镁离子含量较高时,在一定的温度和水质条件下,可能会在金属表面形成碳酸钙、碳酸镁等水垢。水垢的形成会影响热量传递,而且会导致局部过热,使金属的腐蚀速度加快。例如,在热交换器表面,如果水垢厚度达到一定程度,局部温度可能会升高几十摄氏度,这会使金属在高温和水垢的双重作用下加速腐蚀。
另一方面,如果水中的硬度成分与水中的其他阴离子(如碳酸根离子、磷酸根离子等)比例不合适,可能会形成疏松的腐蚀产物,无法有效地保护金属表面,反而会促进腐蚀。
溶解氧:
溶解氧是引起金属腐蚀的关键因素之一。在冷却水中,溶解氧会在金属表面发生阴极还原反应。对于钢铁,其反应式为,而在阳极区,铁原子会氧化为亚铁离子,亚铁离子进一步与水中的氢氧根离子结合形成氢氧化亚铁,氢氧化亚铁又会被氧化为氢氧化铁,最终形成铁锈。
溶解氧的浓度越高,金属的腐蚀速度通常越快。例如,在敞开式循环冷却水系统中,水中溶解氧含量接近饱和状态,金属的腐蚀速度相对较高;而在封闭式循环冷却水系统中,溶解氧含量较低,金属的腐蚀速度相对较慢。
氯离子:
氯离子具有很强的腐蚀性。它能够破坏金属表面的钝化膜,使金属表面处于活化状态,从而加速腐蚀。例如,对于不锈钢,氯离子会穿透不锈钢表面的铬氧化物钝化膜,使膜下的金属基体暴露在水中,引发点蚀。
即使在较低的浓度下,氯离子也可能会对金属腐蚀产生明显的影响。在一些含有微量氯离子的冷却水环境中,随着时间的推移,金属表面可能会出现小坑状的点蚀,点蚀一旦形成,会在局部区域形成自催化加速腐蚀的过程。
其他离子和杂质:
水中的硫酸根离子、碳酸根离子等也会对金属腐蚀产生影响。硫酸根离子可能会与水中的钙离子结合形成硫酸钙垢,同时也可能参与金属的腐蚀过程。碳酸根离子在一定条件下会分解产生二氧化碳,改变水的 pH 值,进而影响金属腐蚀。
水中的悬浮物、有机物等杂质也会对金属腐蚀产生影响。悬浮物可能会在金属表面沉积,形成局部的腐蚀环境;有机物可能会与金属表面发生吸附作用,影响金属表面的电化学性质,或者作为微生物的营养源,间接促进微生物腐蚀。
2. 温度因素
一般来说,温度升高会加快金属的腐蚀速度。随着温度的升高,水中的化学反应速度加快,金属的氧化反应和水中溶解氧等物质的还原反应速率都增加。例如,在一定范围内,温度每升高 10℃,金属的腐蚀速度可能会增加 1 - 2 倍。
但是,当温度升高导致水中某些盐类(如碳酸钙)的溶解度下降时,可能会在金属表面形成垢层。如果垢层致密且具有一定的保护性,可能会在一定程度上减缓金属的腐蚀。不过,这种情况比较复杂,因为垢层的性质(如厚度、孔隙率、成分等)也会影响金属的最终腐蚀情况。
3. 流速因素
当冷却水的流速较低时,水中的溶解氧等腐蚀性物质在金属表面的扩散速度较慢,可能会导致局部缺氧,形成差异充气腐蚀。例如,在管道的弯曲处或流速较低的部位,可能会出现局部腐蚀现象。
当流速过高时,会对金属表面产生冲刷作用。这种冲刷作用可能会破坏金属表面已经形成的保护膜,如钝化膜或腐蚀产物膜,使金属表面不断暴露在腐蚀性环境中,从而加速金属的腐蚀。特别是对于一些质地较软的金属或合金,高速水流的冲刷可能会导致金属表面的磨损和腐蚀同时发生。