淺談金屬的腐蝕與防護(hù)

李義田

摘　要：金屬腐蝕與防腐蝕問(wèn)題與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及人民的生活息息相關(guān)，幾乎所有的金屬材料都是在一定環(huán)境中使用。在使用的過(guò)程中，金屬材料受到周?chē)h(huán)境的影響作用總會(huì)發(fā)生一定程度的腐蝕。一般隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而導(dǎo)致金屬性能下降以及損毀的現(xiàn)象稱之為“腐蝕”或“老化”?，F(xiàn)代腐蝕科學(xué)正在迅速發(fā)展，新的防腐蝕技術(shù)不斷涌現(xiàn)，進(jìn)一步將防腐蝕科學(xué)應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，有效的降低了腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失，本文簡(jiǎn)單介紹了金屬的腐蝕與防護(hù)。

關(guān)鍵詞： 腐蝕；防護(hù)；電化學(xué)保護(hù)

0　引言

金屬腐蝕不但會(huì)影響設(shè)備的使用壽命，更會(huì)造成一定的經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在發(fā)達(dá)國(guó)家，由于金屬腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失約占國(guó)民生產(chǎn)總之的3.5%-4.2%，因此，研究金屬的腐蝕機(jī)理，并有針對(duì)性的采取防腐措施，不僅能夠有效的延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，還能降低由此造成的經(jīng)濟(jì)損失。

1　金屬腐蝕簡(jiǎn)介

金屬與環(huán)境中的組分由于發(fā)生化學(xué)反映而導(dǎo)致表面破壞的現(xiàn)象稱為金屬腐蝕。造成金屬發(fā)生腐蝕的Z根本原因是金屬的熱力學(xué)不穩(wěn)定性造成的，即金屬原子的自由能處于較高的狀態(tài)，在一定條件下，金屬單質(zhì)就會(huì)向化合物進(jìn)行轉(zhuǎn)化，從而發(fā)生腐蝕。

導(dǎo)致金屬和金屬腐蝕破壞的主要原因就是化學(xué)或電化學(xué)作用，有時(shí)也包括機(jī)械、生物或物理作用。單純物理作用的破壞（如合金在液態(tài)金屬中的物理溶解）僅是少數(shù)的例子。單純的機(jī)械破壞不屬于腐蝕的范疇。

2　金屬腐蝕的分類

腐蝕的分類方法有很多，包括按腐蝕環(huán)境、腐蝕形態(tài)以及腐蝕現(xiàn)象或原因進(jìn)行分類。

2.1 按環(huán)境分：

①濕蝕：如：大氣腐蝕、化學(xué)藥品腐蝕以及水溶液腐蝕和土壤腐蝕等。

②干蝕：如：高溫氧化、氫腐蝕、液態(tài)金屬腐蝕以及硫腐蝕等。

③微生物腐蝕：如：真菌腐蝕、藻類腐蝕以及細(xì)菌腐蝕和硫化菌腐蝕等。

2.2 按形態(tài)分：

①全面腐蝕即均勻腐蝕：腐蝕分布在整個(gè)金屬表面，包括較均勻的腐蝕和不均勻的腐蝕。在全面腐蝕過(guò)程中，金屬陽(yáng)極溶解反應(yīng)和物質(zhì)還原反應(yīng)的區(qū)域都特小，并且陽(yáng)極區(qū)域位置在腐蝕過(guò)程中隨機(jī)發(fā)生變化，使得腐蝕的分布非常均勻，并且危害較小。

②局部腐蝕即非均勻腐蝕：腐蝕僅僅發(fā)生在金屬的某一個(gè)部位。局部腐蝕的過(guò)程中，陰陽(yáng)極區(qū)域是分開(kāi)的，并且陰極區(qū)域的面積相對(duì)陽(yáng)極要大。因此，局部腐蝕高度集中的位置腐蝕強(qiáng)度也比較大。在化工設(shè)備的腐蝕損害中，70%是由局部腐蝕造成的，因此，相對(duì)于均勻腐蝕而言，局部腐蝕的危害性更大。

局部腐蝕包括：

，點(diǎn)蝕：雖然它是一種點(diǎn)或空穴類小面積的腐蝕，但是卻是一種高度局部的腐蝕形態(tài)。這類腐蝕的孔有大有小，但是小而深的孔有可能造成金屬板穿孔。這類腐蝕通常發(fā)生在表面存在鈍化膜或者有保護(hù)膜的金屬上，如：不銹鋼等。

第二，縫隙腐蝕：由于金屬表面存在縫隙，因此，與腐蝕相關(guān)的物質(zhì)在縫隙內(nèi)不容易遷移，從而造成縫隙內(nèi)金屬的腐蝕。

第三，晶間腐蝕：即沿著合金晶界區(qū)發(fā)展的腐蝕。這種腐蝕只能借助金相顯微鏡才能看出晶界呈現(xiàn)網(wǎng)狀，但是從表面是看不出任何跡象的，但是這種腐蝕會(huì)造成設(shè)備以及構(gòu)件的嚴(yán)重破壞。鎳合金以及不銹鋼等容易發(fā)生此類腐蝕。

第四，沖刷腐蝕即磨損腐蝕：溶液中包含的具有研磨作用的固體顆粒隨著溶液的流動(dòng)從而使得金屬表面的保護(hù)膜受到破壞，而發(fā)生腐蝕。其破壞形式可以是局部的也可以是均勻的。

第五，應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂：即金屬與合金在腐蝕和拉應(yīng)力的同時(shí)作用下產(chǎn)生的破裂。雖然只在具有一定拉應(yīng)力的情況下才發(fā)生，但是這是一種Z危險(xiǎn)的腐蝕形態(tài)，金屬本身對(duì)應(yīng)力腐蝕敏感以及有引起該金屬發(fā)生應(yīng)力腐蝕的介質(zhì)。

第六，氫脆：金屬由于吸收了原子氫而使其性質(zhì)變脆的現(xiàn)象叫氫脆。如鋼中的Bi﹑Pb﹑S﹑As都能促進(jìn)氫脆。

第七，絲狀腐蝕：在潮濕的大氣中，涂有透明清漆或油漆膜的金屬表面會(huì)發(fā)展腐蝕，腐蝕產(chǎn)物呈絲狀纖維網(wǎng)樣。潮濕大氣是其主要原因，其機(jī)理是氧的濃差電池作用。

第八，腐蝕疲勞：金屬的疲勞強(qiáng)度以及疲勞壽命在高變應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)的同時(shí)作用下有所下降的現(xiàn)象即為腐蝕疲勞。這種腐蝕不要求特定的材料和介質(zhì)組合，任何金屬在任何介質(zhì)中都可能發(fā)生腐蝕疲勞。

第九，湍流腐蝕（沖擊腐蝕）：流速較快的溶液由于金屬器件或管道?幾何形狀突然變化而沖擊金屬表面產(chǎn)生湍流，使金屬發(fā)生破壞。

3　金屬腐蝕的防護(hù)

3.1 改善金屬的本質(zhì) 根據(jù)金屬不同的用途選擇不同的材料組成耐蝕合金或在金屬中添加合金元素以提高金屬的耐腐蝕性，起到防止和減緩金屬腐蝕的作用。

3.2 形成保護(hù)層 防止金屬腐蝕Z有效的方法就是隔離被保護(hù)金屬與腐蝕性介質(zhì)，即在金屬表面覆蓋各種保護(hù)層，常用的包括以下幾類：

，金屬的氧化處理：將鋼鐵制品加入到NaOH和NaNO的混合液中，經(jīng)過(guò)加熱處理后會(huì)在金屬表面形成一層藍(lán)色的約有0.5～1.5um厚的氧化膜，從而達(dá)到鋼鐵防腐的目的。由于形成的氧化膜具有較大的彈性以及潤(rùn)滑性，不影響零件的精度，因此，在處理精密以及光學(xué)儀器中得到廣泛應(yīng)用。

第二，金屬的磷化處理：磷化處理即將鋼鐵制品去油除銹后，放入特定組成的磷酸鹽溶液中浸泡后，在金屬表面形成一層不溶于水的磷酸鹽薄膜，這種膜作為一種微孔結(jié)構(gòu)，對(duì)油漆等具有很強(qiáng)的吸附力，為了進(jìn)一步提高其耐腐蝕性，可以將其作為油漆的底層。

第三，金屬保護(hù)層：將一種金屬鍍?cè)诒槐Ｗo(hù)金屬上形成的保護(hù)鍍層。金屬鍍層除包括電鍍和化學(xué)鍍外，還包括熱浸鍍、熱噴鍍以及真空鍍等。

第四，非金屬涂層：用油漆、塑料以及礦物性油脂等非金屬物質(zhì)涂覆在金屬表面而形成的保護(hù)層。用塑料噴涂金屬表面，比噴漆效果更佳。這種方法廣泛用于石油化工、醫(yī)藥儀器等工業(yè)部門(mén)。

3.3 改善環(huán)境 

為了有效的減少和防止金屬腐蝕，必須改善環(huán)境，如：減少腐蝕介質(zhì)濃度、除去介質(zhì)中的氧以及控制環(huán)境的溫度濕度等。此外，添加降低腐蝕速率的物質(zhì)也是有效減少和防止金屬腐蝕的方法。

3.4 電化學(xué)保護(hù)法 

，犧牲陽(yáng)極保護(hù)法：采用電極電勢(shì)比保護(hù)金屬更低的金屬或合金做陽(yáng)極并固定在被保護(hù)金屬上而形成腐蝕電極，從而達(dá)到了保護(hù)金屬的目的。此方法常用于保護(hù)海水中的金屬設(shè)備以及防止石油管路的腐蝕方面。

第二，外加電流法：將被保護(hù)的金屬與另一附加電極作為電池兩極，陰極是被保護(hù)的金屬，在外加直流電的作用下陰極得到保護(hù)。此方法主要用于防止土壤、海水以及河水中金屬設(shè)備的腐蝕。

4　結(jié)語(yǔ)

隨著現(xiàn)代腐蝕科學(xué)的迅速發(fā)展不斷的涌現(xiàn)出新的防腐技術(shù)，在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用防腐技術(shù)不僅有助于我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)發(fā)展，并且還能節(jié)約大量的能源從而提高經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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