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金属腐蚀与防护
  

1. 金属腐蚀的分类:根据金属腐蚀的反应机理,腐蚀可以分为电化学腐蚀和化学腐蚀。 电化学腐蚀是指金属表面与离子导电的介质因发生电化学作用而产生的破坏; 化学腐蚀是指 金属表面与非电解质直接发生化学作用而引起的破坏。 电化学腐蚀是最常见、 最普遍的腐蚀 , 因为只要环境的介质中有水存在 , 金属的腐蚀就会以电化学腐蚀的形式进行。金属在各种电解质溶液 , 比如大气、 海水和土壤等介质中所发生的腐蚀都属于电化学腐蚀 .。 环境中引起金 属腐蚀的物质主要是氧分子和氢离子 , 它们分别导致金属的吸氧腐蚀和析氢腐蚀 , 其中又以 吸氧腐蚀最为普遍。

2. 金属腐蚀的危害:金属腐蚀的危害首先在于腐蚀造成了巨大的经济损失。这种损失可 分为直接损失和间接损失。 直接损失包括材料的损耗、 设备的失效、能源的消耗以及为防止 腐蚀所采取的涂层保护、电化学保护、选用耐蚀材料等的费用。由于腐蚀 , 使大量有用材料 变为废料 , 估计全世界每年因腐蚀报废的钢铁设备约为其年产量的 30% ,造成地球上的有限资源日益枯竭 . 全世界每 90s 就有 1t 钢被腐蚀成铁锈 , 而炼制 1t钢所需的能源可供一个家庭 使用 3个月 , 因此 , 腐蚀造成了对自然资源的极大浪费。因腐蚀而造成的间接损失往往比直接 损失更大 , 甚至难以估计。这些损失包括因腐蚀引起的停工停产 , 产品质量下降 , 大量有用有 毒物质的泄漏、 爆炸 , 以及大规模的环境污染等。 一些腐蚀破坏事故还造成了人员伤亡 , 直接威胁着人民群众的生命安全。

3. 金属腐蚀防护的方法:

3.1 改变金属的组成:这种方法最常见的是不锈钢材料。通过在钢铁中加入 12-30%的金 属铬而改变钢铁原有的组成, 从而改善性能, 不易腐蚀。 如目前迅速发展起来的不锈钢炊具, 餐具等就是以此为材料的。

3.2 形成保护层:在金属表面覆盖各种保护层,把被保护金属与腐蚀性介质隔开,是防 止金属腐蚀的有效方法。可以形成以下几种保护层来对金属腐蚀进行防护:

3.2.1 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 5~20μm ,在大气中有较好的耐蚀性。

3.2.2 氧化处理:将钢铁制品加到NaOH 的混合溶液中,加热处理,其表面即可形成一层厚度约为 0.5~1.5μm 的蓝色氧化膜 (主要成分为四氧化三铁 ) ,以达到钢铁防腐蚀的目的, 此过程称为发蓝处理。 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:用非金属物质如油漆、喷漆、搪瓷、陶瓷、玻璃、沥青、高分子材料 (如塑料、橡胶、聚酯 ) 等涂在金属表面上形成保护层, 称为非金属涂层, 也可达到防腐蚀 的目的。例如,船身、车厢、水桶等常涂油漆,汽车外壳常喷漆,枪炮、机器常涂矿物性油 脂等。

3.2.4 金属保护层:它是以一种耐腐蚀性较强的金属或合金镀在被保护的另一种金属制品表面上所形成的保护镀层。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。

3.3 阴极保护法:金属的腐蚀是一阳极过程。因此 , 防治金属腐蚀的第三大对策就是将金 属置于阴极 , 即阴极保护法。 阴极保护法具体又分为两种。其一是将被保护的金属 (阴极 ) 和 电极电势较低的金属 (作为牺牲性阳极而溶解掉 ) 接在一起, 这也称为牺牲阳极保护法。 比如 海上航行的船只 , 在船底四周镶上锌块 , 此时 , 船体是阴极受到保护 , 锌块是阳极代替船体而受腐蚀。其二是将被保护的金属接在外加电源的负极上使之成为阴极 , 正极则接到一些废铁 上作为牺牲性阳极或接到某些导体如石墨、高硅铸铁、 铅银合金、 镀铂钛等上面作为惰性阳 极。在化工厂中一些装有酸性溶液的容器或管道以及地下的水管或输油管常用这种方法防 腐。

3.4 缓蚀剂法:缓蚀剂是一类能够防止或减缓金属腐蚀的无机物或有机物目前应用范围较广 , 具有用量少、 保护效能高、 不改变金属制品性能 , 使用方便等优点。无机缓蚀剂如铬酸盐、 钼酸盐、钨酸盐、亚硝酸盐等。有机缓蚀剂如炔醇类、羧酸盐类、杂环类、有机磷酸盐类、 胺类、醛类等譬如医院中常用 &解新洁尔灭和多亚硝酸钠溶液浸泡钢制器械 , 以达到消毒和 防腐蚀的双重目的。

3.5 寻找新的耐腐蚀替代品:上述四大对策只能防护不能根治。解决金属腐蚀问题的根本方法是研制开发新的耐腐蚀材料 , 如特种合金、新型陶瓷、复合材料等。比如实验室中常 用铂作坩锅或惰性电极 , 防腐效果很好 , 但因其成本太高而不可能在工业上大规模使用。 不锈 钢则是便宜得多因而也用得较为普遍。钛也是一种很好的耐腐蚀金属。 由爆炸焊接新技术制 造出的一种钛钢复合材料 , 既不怕酸、 碱、 盐等的腐蚀 , 价格也较低。 化工厂的反应罐、输液 管道 , 用钛钢复合材料来替代不锈钢 , 使用寿命可大大延长。 科学家研制成功的一种貌似玻璃 的透明金属 , 称“金属玻璃” , 它具有很高的抗张强度, 还对外界酸碱的侵蚀显现出惊人的抵 抗力。精密陶瓷 , 已开始在精密机械和化工领域取代金属材料和高分子材料。在宇航、核能等领域中 , 工程陶瓷可取代昂贵的耐蚀、 耐热合金。 随着科技的进步 , 新的耐腐蚀材料正层出不穷。


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