金屬材料的腐蝕與防護(hù)

1、金屬材料的腐蝕與防腐措施研究摘要：金屬材料具有高強(qiáng)度、優(yōu)良的塑性和韌性，耐熱、耐寒，可鑄造、鍛造、沖壓 和焊接，還有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和鐵磁性，因此，金屬材料的腐蝕與防腐研究有很重要 的意義。金屬的腐蝕現(xiàn)象和機(jī)理比較復(fù)雜，但可以通過合理地選用材料、有效地采取防腐蝕 措施來減緩金屬材料的腐蝕速度，這對于延長設(shè)備壽命、降低成本、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率都具有 十分重要的意義。文章介紹了金屬腐蝕與腐蝕機(jī)理詳細(xì)綜述了形成保護(hù)層、電化學(xué)保護(hù)法、 緩蝕劑法等幾種常見腐蝕防護(hù)方法的原理以及在金屬腐蝕與防腐中的應(yīng)用和研究進(jìn)展。關(guān)鍵詞：金屬材料腐蝕防腐金屬材料是一種歷史悠久發(fā)展成熟的工程材料。我國早在商朝即有青銅器出

2、現(xiàn)，春秋戰(zhàn)國時(shí)代開始使用鐵器，鋁合金的運(yùn)用亦已有一百年的歷史，就連鈦合金都已發(fā)展 六十多年了，隨著人類文明的演進(jìn)，金屬材料一直扮演著重要的角色，舉凡與我們生活息息 相關(guān)的食，衣，住，行，無不處處見其蹤跡。1、金屬材料的發(fā)展歷程面對21世紀(jì)人類科技雖然已推進(jìn)到太空時(shí)代，電子資訊時(shí)代，各種新興的 材料如高分子材料，半導(dǎo)體材料，光電材料的白熱化競爭，金屬材料卻未因而失去其魅力， 反之在電腦，程控，材料等科技的支援下，金屬材料不斷開發(fā)出新的應(yīng)用領(lǐng)域，仍是充滿著 無限發(fā)展的生命力。如鋼鐵材料的年用量從戰(zhàn)后的不足二億噸，以快速的成長到目前的七億 多噸，是僅次于混凝土用量排名第二的工程材料，而鋁、鎂、鈦因其

3、輕金屬的一些特性，成 為電子資訊產(chǎn)業(yè)中新興的結(jié)構(gòu)材料，用于機(jī)殼內(nèi)構(gòu)件，以及支架。雖然輕金屬應(yīng)用與制造由來已久，但是在新興產(chǎn)業(yè)中直未受到太大的關(guān)注， 直到20世紀(jì)80年代中期開始，歐美汽車工業(yè)希望朝輕量化發(fā)展時(shí)，才開始重視輕金屬的應(yīng) 用。輕金屬合金因?yàn)榉夏茉垂?jié)約，降低空氣污染，可回收再生及制程清潔環(huán)保等訴求，所 以逐漸受到重視且已應(yīng)用在實(shí)際產(chǎn)品上，現(xiàn)今商品汰換速度極快，產(chǎn)品使用周期縮短而大量 增加廢棄產(chǎn)品。世界各國均訂定相關(guān)環(huán)保法令，要求廠商回收報(bào)廢產(chǎn)品。輕金屬大多具有易 回收再利用之優(yōu)點(diǎn)，此外精煉技術(shù)的不斷改善，也大幅增加了回收效率，更充分達(dá)到資源再 利用的目的。鋁合金發(fā)展至今已超過100年

4、以上，因此應(yīng)用范圍極廣，成為重要的基本材料 之一，其規(guī)模僅次于鋼鐵工業(yè)，遠(yuǎn)大于鎂合金，鈦合金及工程塑膠等結(jié)構(gòu)材料產(chǎn)業(yè)。如今， 除了航空工業(yè)之外，日常生活用品也有許多應(yīng)用鋁合金的產(chǎn)品，例如鋁門窗，自行車架甚至 鋁箔包都是。筆記型電腦廠商也已經(jīng)推出了鋁合金外殼之筆記型電腦，而運(yùn)輸工具輕量化更 是各國業(yè)者汲汲努力的目標(biāo)。2、金屬材料的腐蝕金屬材料的腐蝕，是指金屬材料和周圍介質(zhì)接觸時(shí)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)作用而 引起的一種破壞現(xiàn)象。由于金屬材料的腐蝕可造成設(shè)備的跑、冒、滴、漏，污染環(huán)境，甚至 發(fā)生中毒、火災(zāi)、爆炸等惡性事故以及資源和能源的嚴(yán)重浪費(fèi)。因此，研究金屬材料的腐蝕 機(jī)理，弄清腐蝕發(fā)生的原因及采取有效

5、的防護(hù)措施，對于延長設(shè)備壽命、降低成本、提高勞 動(dòng)生產(chǎn)力都具有十分重大的意義。2.1金屬腐蝕的分類按照金屬的腐蝕機(jī)理可以將金屬腐蝕分為化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕兩大類。不 管是化學(xué)腐蝕還是電化學(xué)腐蝕，金屬腐蝕的實(shí)質(zhì)都是金屬原子被氧化轉(zhuǎn)化成金屬陽離子的過 程。2.2金屬腐蝕的機(jī)理2.2.1化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕是指金屬與非電解質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)作用而引起的破壞其腐蝕過程是一種純氧化和還原的純化學(xué)反應(yīng)，即腐蝕介質(zhì)直接同金屬表面的原子相互作用而形成腐蝕 產(chǎn)物。反應(yīng)進(jìn)行過程中沒有電流產(chǎn)生，其過程符合化學(xué)動(dòng)力學(xué)規(guī)律。2.2.2電化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕是金屬與電解質(zhì)溶液發(fā)生化學(xué)作用而引起的破壞。反應(yīng)過程同時(shí) 有陽極失去電子，

6、陰極獲得電子以及電子的流動(dòng)，其歷程服從電化學(xué)的基本規(guī)律。電化學(xué)腐 蝕又根據(jù)其電解質(zhì)溶液酸堿性的不同分為吸氫腐蝕和析氫腐蝕。3、金屬材料的主要防腐措施3.1改善金屬的本質(zhì)根據(jù)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， 提高其耐蝕性，可以防止或減緩金屬的腐蝕。如，在鋼中加入鎳制成不銹鋼可以增強(qiáng)防腐蝕 的能力。3.2形成保護(hù)層在金屬表面覆蓋各種保護(hù)層，把被保護(hù)金屬氣腐蝕性質(zhì)隔開，是防止金屬腐 蝕的有效方法。工業(yè)窿輔使用的保護(hù)層有非金屬保護(hù)層和金屬保護(hù)層兩大類，通常采用以下 方法形成保護(hù)層：1）金屬的磷化處理：鋼鐵制品去油、除銹后，放入特定組成的磷酸鹽溶液 中浸泡，即可在金屬表面形

7、成一層不溶于水的磷酸鹽薄膜，這種過程叫做磷化處理。磷化膜 呈暗灰色至黑灰色，厚度一般為5至20微米，在大氣中有較好的耐蝕性。膜是微孔結(jié)構(gòu)， 對油漆等的吸附能力強(qiáng)，如用作油漆底層，耐腐蝕性可進(jìn)一步提高。2）金屬的氧化處理：將鋼鐵制品加到Na0H和NaN02，的混合溶液中，加 熱處理，其表面即可形成一層厚度約為0.51.5微米的藍(lán)色氧化膜（主要成分Fe3O4），以達(dá)到 鋼鐵防腐蝕的目的，此過程稱為發(fā)藍(lán)處理，簡稱發(fā)藍(lán)。這種氧化膜具有較大的彈性和潤滑性， 不影響零件的精度。故精密儀器和光學(xué)儀器的部件，彈簧鋼、薄鋼片、細(xì)鋼絲等常用發(fā)藍(lán)處 理。3）非金屬涂層：用塑料噴涂金屬表面，比噴漆效果更佳。塑料覆蓋層

8、致密光 潔。色澤艷麗，兼具防蝕與裝飾的雙重功能。搪瓷是含SiO2量較高的玻璃瓷釉，有極好的 耐腐蝕性能，因此作為耐腐蝕非金屬涂層，廣泛用于石油化工、醫(yī)藥、儀器等工業(yè)部門和日 常生活用品中。4）金屬保護(hù)層：這是以一種金屬鍍在被保護(hù)的另一種金屬制品表面上所形成 的保護(hù)鍍層，前一種金屬稱為鍍層金屬。金屬鍍層的形成，除電鍍、化學(xué)鍍外，還有熱浸鍍、 熱噴鍍、滲鍍、真空鍍等方法。3.3電化學(xué)保護(hù)電化學(xué)保護(hù)是金屬腐蝕防護(hù)的重要方法之一，其原理是利用外部電流使被腐蝕金屬電位發(fā)生 變化從而減緩或抑制金屬腐蝕。電化學(xué)保護(hù)可分為陽極保護(hù)和陰極保護(hù)兩種方法。陽極保護(hù) 是向金屬表面通入足夠的陽極電流，使金屬發(fā)生陽極極化即電位變正并處于鈍化狀態(tài)，金屬 溶解大為減緩。陰極保護(hù)是向腐蝕金屬表面通入足夠的陰極電流,使金屬發(fā)生陰極極化，即電 位變負(fù)以阻止金屬溶解。3.4緩蝕劑法緩蝕劑法是一種常用