金属腐蚀防护 [金属材料的腐蚀与防护(精品)]

浅谈金属材料的腐蚀与防护

摘要:扼要介绍了金属的腐蚀机理，腐蚀发生的原因以及一些有效的防腐蚀方法。虽然金属的腐蚀现象和机理比较复杂，但可以通过合理地选用材料、有效地采取防腐蚀措施来减缓金属材料的腐蚀速度，这对于延长设备寿命、降低成本、提高劳动生产率都具有十分重要的意义。

关键词:金属 腐蚀与防护 析氢腐蚀 吸氧腐蚀

1.前言

金属材料的腐蚀，是指金属材料和周围介质接触时发生化学或电化学作用而引起的一种破坏现象。对于金属而言，在自然界大多是以金属化合物的形态存在。从热力学的观点来看，除了少数贵金属(如金、铂等)外，各种金属都有转变成离子的趋势。因此，金属元素比它们的化合物具有更高的自由能，必然有自发地转回到热力学上更稳定的自然形态——氧化物的趋势，所以说金属腐蚀是自发的普遍存在的一种现象，是不可避免的。由于金属材料的腐蚀可造成设备的跑、冒、滴、漏，污染环境，甚至发生中毒、火灾 、爆炸等恶性事故以及资源和能源的严重浪费。因此，研究金属材料的腐蚀机理，弄清腐蚀发生的原因及采取有效的防护措施，对于延长设备寿命、降低成本、提高劳动生产力都具有十分重大的意义。

2.金属材料的腐蚀机理

2.1金属腐蚀的分类 按照金属的腐蚀机理可以将金属腐蚀分为化学腐蚀与电化学腐蚀两大类。不管是化学腐蚀还是电化学腐蚀，金属腐蚀的实质都是金属原子被氧化转化成金属阳离子的过程。

2.2金属腐蚀的机理

2.2.1化学腐蚀是指金属与非电解质直接发生化学作用而引起的破坏。其腐蚀过程是一种纯氧化和还原的纯化学反应，即腐蚀介质直接同金属表面的原子相互作用而形成腐蚀产物。反应进行过程中没有电流产生，其过程符合化学动力学规律。

2.2.2电化学腐蚀是金属与电解质溶液发生电化学作用而引起的破坏。反应过程同时有阳极失去电子，阴极获得电子以及电子的流动（电流），其历程服从电化学动力学的基本规律。电化学腐蚀又根据其电解质溶液酸碱度的不同分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀。

2.2.2.1析氢腐蚀 发生条件：钢铁表面吸附的水膜呈现较强的酸性。反应时有氢气析出，其反应历程如下式：

钢铁的析氢腐蚀示意图

2.2.2.2吸氧腐蚀

发生条件：钢铁表面吸附的水膜中溶有,并呈极弱酸性或中性或碱性，反应中得电子被还原为，其反应历程如下式：

钢铁的吸氧腐蚀示意图

3.金属材料的主要防腐蚀方法

金属材料的防腐蚀方法很多，主要有改善金属的本质，把被保护金属与腐蚀介质隔开，或对金属进行表面处理，改善腐蚀环境以及电化学保护等。

3.1改善金属的本质：根据不同的用途选择不同的材料组成耐蚀合金，或在金属中添加合金元素，提高其耐蚀性，可以防止或减缓金属的腐蚀。例如，在钢中

加入镍制成不锈钢可以增强防腐蚀能力。

3.2形成保护层：在金属表面覆盖各种保护层，把被保护金属气腐蚀性介质隔开，是防止金属腐蚀的有效方法。工业上普遍使用的保护层有非金属保护层和金属保护层两大类，通常采用以下方法形成保护层：

3.2.1金属的磷化处理：钢铁制品去油、除锈后，放入特定组成的磷酸盐溶液中浸泡，即可在金属表面形成一层不溶于水的磷酸盐薄膜，这种过程叫做磷化处理。磷化膜呈暗灰色至黑灰色，厚度一般为5至20微米，在大气中有较好的耐蚀性。膜是微孔结构，对油漆等的吸附能力强，如用作油漆底层，耐腐蚀性可进一步提高。

3.2.2金属的氧化处理：将钢铁制品加到NaOH和NaNO2的混合溶液中，加热处理，其表面即可形成一层厚度约为0.5至1.5微米的蓝色氧化膜(主要成分为Fe3O4)，以达到钢铁防腐蚀的目的，此过程称为发蓝处理，简称发蓝。这种氧化膜具有较大的弹性和润滑性，不影响零件的精度。故精密仪器和光学仪器的部件，弹簧钢、薄钢片、细钢丝等常用发蓝处理。

3.2.3非金属涂层：用塑料(如聚乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯等)喷涂金属表面，比喷漆效果更佳。塑料覆盖层致密光洁。色泽艳丽，兼具防蚀与装饰的双重功能。搪瓷是含SiO2量较高的玻璃瓷釉，有极好的耐腐蚀性能，因此作为耐腐蚀非金属涂层，广泛用于石油化工、医药、仪器等工业部门和日常生活用品中。

3.2.4金属保护层：这是以一种金属镀在被保护的另一种金属制品表面上所形成的保护镀层，前一种金属称为镀层金属。金属镀层的形成，除电镀、化学镀外，还有热浸镀、热喷镀、渗镀、真空镀等方法。

热浸镀是将金属制件浸入熔融的金属中以获得金属涂层的方法，作为浸涂层的金属通常是采用低熔点金属，如锌、锡、铅和铝等。热镀锌主要用于钢管、钢板、钢带和钢丝，应用最广；热镀锡用于薄钢板和食品加工等的贮存容器；热镀铅主要用于化工防蚀和包覆电缆；热镀铝则主要用于钢铁零件的抗高温氧化等。

3.3改善环境:改善环境对减少和防止金属腐蚀有重要作用。例如，减少腐蚀介质的浓度，除去介质中的氧，控制环境温度、湿度等都可以减少和防止金属腐蚀。也可以采用在腐蚀介质中添加能降低腐蚀速率的物质(缓蚀剂)来减少和防止金属腐蚀。

3.4电化学保护法：电化学保护法是根据电化学原理在金属设备上采取措施，使之成为腐蚀电池中的阴极，从而防止或减轻金属腐蚀的方法，主要有以下两种：

3.4.1牺牲阳极保护法：该方法是用电极电势比被保护金属更低的金属或合金做阳极，固定在被保护金属上，形成腐蚀电极，被保护金属作为阴极而得到保护。牺牲阳极一般常用的材料有铝、锌及其合金。此法常用于保护海船外壳、海水中的各种金属设备、构件和防止巨型设备(如贮油罐)以及石油管路的腐蚀。

3.4.2外加电流法：将被保护金属与另一附加电极作为电池的两个极，使被保护的金属作为阴极，在外加直流电的作用下使阴极得到保护。此法主要用于防止土壤、海水及河水中金属设备的腐蚀。

虽然我们不能阻止金属回归至氧化物的趋势，但我们可以通过掌握金属腐蚀的机理，从而合理地选用金属材料或采取一定的防腐蚀方法以延缓金属材料的腐蚀速度，进而延长金属材料的使用寿命，降低因设备、管道等的腐蚀而发生的额外成本，同时对提高劳动生产率也起到了一定的积极作用。

参考文献

[1]陈匡明主编.化工机械材料腐蚀于防护.化学工业出版社,1990.

[2]化学工业部化工机械研究院主编.腐蚀与防护手册.化学工业出版社,1991.10.

[3]秦国治.丁良棉.田志明主编.管道防腐蚀技术.化学工业出版社,2003.9.

[4]丁丕治主编.化工腐蚀与防护.化学工业出版社,2004.1.