金属材料的腐蚀与防腐措施研究

摘 要：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。

关键词：金属 腐蚀 措施

一、金属材料的腐蚀

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。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。

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。

1.化学腐蚀

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.电化学腐蚀

电化学腐蚀是金属与电解质溶液发生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，其历程服从电化学的基本规律。电化学腐蚀又根据其电解质溶液酸碱性的不同分为吸氢腐蚀和析氢腐蚀。

二、金属材料的主要防腐措施

金属材料化学性质活泼，遇潮湿空气易生锈或者遇酸碱等腐蚀性物质易被腐蚀这些问题都在一直困扰金属建材生产商。金属生锈或被腐蚀后除了弃之不用没有其他办法了吗？金属的防腐蚀一直是一个热门话题，防腐蚀技术也在不断提高，从在金属表面涂抹其他材质到电镀再到加入其他具有缓蚀作用的缓蚀剂，金属防腐蚀技术在稳步前进。对在腐蚀性介质中的金属材料及其制品，采用各种不同的防腐蚀技术，以延长金属制品的使用寿命，保证工艺设备的安全和顺利运行（见金属腐蚀）。防腐蚀技术主要有下列几类：

1.合理选材

合理选材这是防止和控制设备腐蚀的最普通和最有效的方法之一。选材务必做到：①了解环境因素和腐蚀因素，包括介质的种类、浓度、温度、压力、流动状态、杂质种类和数量、含氧量，以及有无固体悬浮物和微生物等；②研究有关资料数据；③按实际条件进行模拟试验，以获得选材的可靠数据。由此了解材料的耐蚀性能及其工艺特性；④综合考虑材料的耐蚀性和经济性；⑤考虑合适的防腐蚀措施。

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。如，在钢中加入镍制成不锈钢可以增强防腐蚀的能力。

2.形成保护层

表面防护金属材料及其制品表面经处理后形成防护层，可以使金属表面与外界介质隔开，阻止两者发生作用，同时还能取得装饰性外观。表面防护是防止或减轻基体金属腐蚀应用最普遍的方法。在金属表面覆盖各种保护层，把被保护金属气腐蚀性质隔开，是防止金属腐蚀的有效方法。表面防护层常见的有两类：金属镀层和非金属涂层。

金属镀层在金属表面镀层有下列方法：

2.1扩散渗镀又称表面合金化处理

用热扩散的方法，使耐腐蚀的金属或合金渗入基体金属表面，与基体金属形成固溶体或金属间化合物，这层耐蚀的表面称为渗镀层。渗镀时把待镀件埋置在由惰性填料、渗镀金属元素和卤化物活化剂组成的包渗箱中，在氢气或惰性气氛中，于规定温度条件下保持一定的时间，使渗入的金属与基体金属互相扩散，直到基体金属表面形成合金覆盖层。具有耐蚀性能的渗入元素通常为锌、铝、铬、硅等，选择哪一种取决于基体材料和耐蚀要求。如钢渗铝可形成表面含铝25～30%的铁铝合金层，有很好的抗氧化和抗硫化性能。

2.2喷镀借助于压缩空气或惰性气体流用喷枪把熔融金属喷射到金属制品表面，形成防护性覆盖层

这种方法常用于喷镀高熔点金属或难熔材料，或喷镀大面积工件以及用于修复工件等。喷镀的缺点是覆盖层与基体金属结合较差，覆盖层疏松。常用的喷镀方法有火焰喷镀法、等离子喷镀法等。

2.3电镀利用直流电从电镀液中电解析出金属，并在作为阴极的工件表面沉积结晶，形成电镀层。电镀技术应用广泛，主要用于耐蚀、耐磨和装饰的器件。

此外，还有热浸镀层、金属包覆、真空镀膜、气相沉积和阴极溅射等表面防护技术。近来离子注入和激光非晶态表面处理等新技术也在迅速发展。

非金属涂层常用于提高制品的耐蚀性和装饰性。有机涂层有涂料（包括油漆）、塑料、橡胶等。无机涂层有搪瓷、玻璃等。

化学转化膜也是非金属涂层的一种，方法是把工件放入特定的化学溶液中通过电解或浸渍处理，使工件的金属表面产生一种镀膜。化学转化膜的主要类型有磷酸盐膜、铬酸盐膜、氧化物膜和阳极氧化膜。

暂时性防护剂是在金属制品运输和贮存时使用的。覆盖层要能防锈而且能在使用前容易除去。常用的有油膜、可剥性塑料薄膜和挥发性缓蚀剂等。

环境（介质）处理改变起腐蚀作用的介质的性质，以防止或减轻介质对金属制品或设备的腐蚀。这种方法只能在有腐蚀性的介质的体积有限的条件下使用。环境处理可分为两类：

除去或减少介质中的有害组分常见的方法有：①去湿、防尘，以消除空气中所含的水蒸气、二氧化硫、尘土等有害组分；②除氧，是锅炉用水处理的主要技术，可有效地控制锅炉系统的水腐蚀；③脱盐，炼制前将原油中所含的各种盐类（如氯化镁）降到合理水平，以减轻对炼油设备的腐蚀，这是原油处理的重要工序。

添加缓蚀剂在腐蚀介质中加入少量能显著降低腐蚀速度的物质。缓蚀剂分为无机和有机两类。无机缓蚀剂有硝酸盐、亚硝酸盐、铬酸盐、重铬酸盐等氧化性缓蚀剂；有磷酸盐、硅酸盐、碳酸盐等非氧化性缓蚀剂。有机缓蚀剂有胺类、醛类、杂环化合物、咪唑啉缓蚀剂和有机硫化物类等。这些缓蚀剂虽然化学结构不同，但在酸性介质中的缓蚀率都相当大。缓蚀剂的使用效果同腐蚀介质的各种参数和条件有密切的关系，使用时应严格选择。一些缓蚀剂有毒，不能用于与制备食品的有关的介质中。此外，气相缓蚀剂（如防锈纸等）也广泛用来防止大气对金属制品的腐蚀。