《金属的锈蚀和防护》 讲义

《金属的锈蚀和防护》讲义
一、金属锈蚀的危害
在我们的日常生活和工业生产中，金属材料无处不在。

从小小的铁
钉到大型的钢结构桥梁，金属都发挥着重要的作用。

然而，金属锈蚀
却是一个不容忽视的问题。

金属锈蚀会导致金属制品的强度降低、结构受损。

比如，锈蚀的桥
梁可能会在承受重量时发生坍塌，威胁到人们的生命安全；锈蚀的机
械零件可能会突然失效，影响设备的正常运行，造成生产中断，带来
经济损失。

金属锈蚀还会造成资源的浪费。

许多金属制品由于锈蚀而无法继续
使用，不得不被废弃，这意味着在生产这些金属制品时所消耗的大量
能源和原材料也随之浪费。

此外，金属锈蚀还可能导致环境污染。

一些锈蚀产物可能会对土壤、水体等造成污染，影响生态平衡。

二、金属锈蚀的原因
1、化学腐蚀
化学腐蚀是金属与周围介质直接发生化学反应而引起的腐蚀。

例如，金属在高温下与干燥的气体（如氧气、氯气等）发生反应，形成相应
的氧化物或氯化物。

2、电化学腐蚀
电化学腐蚀是金属在电解质溶液中发生电化学反应而引起的腐蚀。

这是金属锈蚀最常见的形式。

以铁的锈蚀为例，在潮湿的空气中，铁表面会吸附一层水膜，水膜中溶解了氧气和二氧化碳等物质，形成电解质溶液。

铁中的杂质（如碳）和铁形成了原电池，铁作为负极失去电子被氧化成亚铁离子，氧气在正极得到电子被还原成氢氧根离子，最终生成氢氧化亚铁，氢氧化亚铁进一步被氧化成氢氧化铁，氢氧化铁脱水形成铁锈。

3、环境因素
（1）湿度
湿度是影响金属锈蚀的重要因素之一。

高湿度环境会加速金属的锈蚀，因为水膜更容易在金属表面形成，为电化学腐蚀提供了条件。

（2）温度
温度升高通常会加快化学反应的速度，从而加速金属的锈蚀。

（3）氧气
氧气是金属锈蚀的必要条件之一。

氧气参与了电化学腐蚀中的正极反应，促进了金属的氧化。

（4）污染物
空气中的污染物，如二氧化硫、硫化氢等，会与金属表面的水膜反应生成酸性物质，加速金属的腐蚀。

三、金属锈蚀的防护方法
1、改变金属的内部结构
通过合金化的方法，在金属中添加其他元素，改变金属的内部结构，从而提高金属的耐腐蚀性。

例如，不锈钢就是在普通钢中加入铬、镍
等元素，使其具有良好的耐腐蚀性。

2、覆盖保护层
（1）涂漆
在金属表面涂上一层油漆，可以将金属与外界环境隔离开来，防止
金属与氧气、水分等接触，从而起到防锈的作用。

（2）电镀
通过电镀的方法，在金属表面镀上一层不易锈蚀的金属，如铬、锌等，不仅可以防锈，还能使金属制品更加美观。

（3）发蓝
将钢铁制品放入特定的化学溶液中，经过处理后在其表面形成一层
致密的氧化膜，这层氧化膜可以有效地防止金属锈蚀。

3、电化学保护
（1）牺牲阳极保护法
将一种比被保护金属更活泼的金属（如锌）连接在被保护金属上，
形成原电池。

在这个原电池中，活泼金属作为阳极被腐蚀，而被保护
金属作为阴极得到保护。

（2）外加电流阴极保护法
将被保护金属与直流电源的负极相连，辅助阳极与电源的正极相连，在电解质溶液中形成回路。

通过外加电流，使被保护金属成为阴极，
从而得到保护。

4、保持环境干燥
降低环境的湿度可以减缓金属的锈蚀速度。

例如，在储存金属制品
的仓库中，可以使用干燥剂来吸收空气中的水分。

5、合理设计金属结构
在设计金属结构时，应避免出现缝隙、凹槽等容易积水和积聚污染
物的部位，以减少金属锈蚀的机会。

四、金属防护的实际应用
1、建筑领域
在钢结构建筑中，通常会对钢材进行防锈处理，如涂漆、镀锌等。

同时，在建筑设计中也会考虑通风和排水，以减少湿度对金属结构的
影响。

2、交通运输领域
汽车的车身通常会进行电泳涂装和喷漆处理，以防止锈蚀。

船舶的外壳会采用特殊的防腐涂料和阴极保护等方法来保护金属。

3、电子设备领域
电子设备中的金属部件，如电路板上的金属线路，会采用镀镍、镀金等方法来防止锈蚀，以保证设备的正常运行和使用寿命。

五、金属锈蚀防护的未来发展趋势
随着科技的不断进步，金属锈蚀防护技术也在不断发展。

未来，可能会出现更加环保、高效、智能的防护方法和材料。

例如，新型的纳米涂层材料具有更好的防护性能和耐久性；智能监测系统可以实时监测金属的锈蚀情况，并及时采取防护措施；生物防治方法可能会成为一种新的研究方向，利用某些微生物或生物活性物质来抑制金属的锈蚀。

总之，金属的锈蚀给我们的生活和生产带来了诸多问题，但通过采取有效的防护措施，我们可以延长金属制品的使用寿命，减少资源浪费，保障安全。

在未来，我们还需要不断探索和创新，进一步提高金属锈蚀防护的水平，为人类社会的发展做出更大的贡献。