影响金属材料耐蚀性因素的研究和探讨

影响金属材料耐蚀性因素的研究和探讨
摘要：金属材料对金属的发展有很重要的作用，被运用在很多的范畴。

金属材
料的腐蚀是当今需要面临的一大重要难题。

无效的金属再加上装置被腐蚀而造成
损耗，相当于全球大约合百分之二十的生产量。

金属材料的耐腐蚀机能，有着保
护环境并且节能的作用。

本文主要对影响金属材料耐蚀性因素进行了分析研究。

关键词：金属材料；腐蚀危害；影响因素；防腐路径
引言
金属材料因其便利性与易得性等多种特点，被广泛应用于各个领域中，但是
金属材料的易腐蚀性也同样影响到了其具体的使用效果，使得金属材料应用存在
明显的局限性。

对此，可通过减少金属材料的应用，或者在应用金属材料时尽可
能的避免与易产生化学反应的介质产生直接接触。

除此之外，还可以利用阴阳两
极的极化作用来进行电化学腐蚀保护，提高对金属材料的保护。

这对于延长金属
材料应用寿命、降低应用成本，提高应用效果都具有非常重要的现实意义。

1金属材料的腐蚀及其危害
1.1金属材料的腐蚀
金属材料的腐蚀是指金属材料与其周围介质接触时发生化学或电化学反应而
引起的一种破坏金属材料自身的现象。

自然界中，大部分金属以其各种化合物形
式存在，而金属元素的化学活性通常高于其化合物，因此这些金属会自发地演变
成它们在自然界中的本身存在状态，所以金属腐蚀是自发的、普遍存在的一种现象，是不可避免的。

根据金属材料腐蚀发生的机理，通常可将腐蚀分为化学腐蚀
和电化学腐蚀。

化学腐蚀是指金属材料与周围介质中存在的非电解质发生接触后，发生了氧化还原化学反应，是金属表面的原子与腐蚀介质产生直接作用而形成的
腐蚀现象，如金属材料在有机溶液（芳香烃、原油等）中所发生的腐蚀。

电化学
腐蚀主要是指金属材料与电解质进行接触后，金属表面与电解质溶液发生化学反应，进而形成吸氢腐蚀或析氢腐蚀的腐蚀现象，如碳钢与空气中的氧气、二氧化
碳以及水等发生作用，最后变成铁锈。

1.2腐蚀的危害
腐蚀会弱化金属材料的强度和机械性能，缩短其使用寿命，甚至造成金属材
料无效化，造成经济损失。

据报道，我国2014年由腐蚀造成的经济损失就已超
过2万亿人民币。

在世界范围内，腐蚀引起的经济损失超出想象。

腐蚀引起的损
失还包括金属冶炼与回收金属时消耗的能源。

同时腐蚀也会引起土地资源和水资
源的污染。

腐蚀还会造成工业设备、桥梁建筑和船舶等设备设施的损坏，轻则造
成经济损失，重则会危害人身安全，许多的事故就是由腐蚀直接或者间接导致的。

因此，金属材料的防腐蚀研究意义重大。

2影响腐蚀的因素
2.1金属自身的原因
金属发生腐蚀与金属自身有密切关系，例如在金属材料表面所产生的外力与
内力以及内部特征等因素都和金属的腐蚀具有直接的关系。

外部形状规范且结构
完整的金属，其在一般情况下会比表面形状有缺陷的金属更具有抵抗腐蚀的能力。

当内力集聚在一起时，在金属腐蚀速度加快会导致金属的晶格受到威胁，对金属
材料表造成更大的破坏。

2.2金属外部条件的原因
导致金属腐蚀速度加快的外在原因主要包括：（1）操作介质。

在操作介质中
对钢铁材料影响最大的因素是pH值，它是分辨电解溶液的重要指标，因此pH值对腐蚀度的影响存在复杂化。

（2）温度的变化。

通常情况下温度越高，金属的
腐蚀速度就越快。

（3）压强的不同。

一般情况下，压强的增大会使溶液中的气
体溶解度加强，导致金属的腐蚀面积逐步扩大，直至蔓延到整个金属材料表面。

3金属材料的防腐路径
3.1保护金属表层
有两种处理方式，分别是通过磷化方式与氯化方式。

金属的磷化处理：除去
钢铁产物的油和锈后，浸放入金属与碳酸根离子组成的化合溶液之中，金属经含
有Zn、Mn、Cr、Fe等磷酸盐的溶液处理后在金属表层形成的一种不溶性磷酸盐膜，可以在金属表层形成不溶于水的成分，这一经过就叫做磷酸盐处理。

磷化膜
的颜色由暗灰色变为黑灰色，有五到二十微米厚，具有较强的抗腐化侵蚀性。

磷
化膜的结构孔较多，易吸附油漆，倘若用在油漆表层底部，可加强它的抗腐蚀性。

金属的氯化处理：钢铁产物经过氯氢化纳和亚硝酸钠的混合溶液采用热处理，并
在表层形成一层主要成分是四氧化三铁的蓝色氢化膜，为达到钢铁腐蚀的目的，
这一作用叫做“发蓝”。

此种氢化膜的灵活性与润滑性很强，无碍于部件的精度。

像弹簧钢、细铁丝等精密设备与光学设备的零件都可以用于发蓝处理。

另外，还有一种防腐方法为非金属涂层：塑料涂层的金属表层要比喷漆的效
果好，塑料覆盖层细腻平滑，颜色十分鲜艳，同时具备腐化侵蚀与修饰的职能。

搪瓷含有SiO2，其含量较大的玻璃搪瓷，有着很好的抗腐化侵蚀功效。

3.2重型防腐油漆涂装防腐技术
重型防腐涂料的涂层工艺十分漂亮、简洁，如今还被运用在很多地方。

依据
涂层工艺的发展，涂料的重防腐蚀是钢桥表层防腐的关键，在这里面，不管是国
外的品牌油漆，还是中国制造的老牌子涂料，它们的防腐涂料工艺涂料种类都十
分相像，都是由很多涂层体系构成的，有底漆、中间漆以及面漆。

涂料的种类都
是环氧富锌底漆，含有环氧云母氧化铁中间漆、环氧聚氨酯以及环氧各色面漆与
氯化橡胶面漆等。

钢铁与腐蚀环境在屏蔽作用下被涂料涂层所分离。

在油漆涂料
体系的钝化缓蚀作用当中，第一工厂底漆的油漆层黏连对钝化有钝化缓蚀的功效，杀菌的功效并不理想。

在防腐蚀底漆的阴极保护作用下，倘若增加锌粉以及富锌
底漆，有助于钢铁的阴极保护功效。

3.3热喷涂防腐技术
分为火焰喷涂与电弧喷涂两种喷涂方式。

火焰喷涂：它的热源是燃烧可燃气体，它的方式是熔化金属丝和粉末，然后雾化与吹喷在摹体表层。

O2和C2H2火
焰的喷涂是欧美的钢铁桥梁初期热喷涂的防腐喷涂，而且获得了显著的抗腐成效。

电弧喷涂：利用电弧喷涂装置，加热、熔化、雾化以及喷涂两个带电金属丝后产
生的防腐蚀的涂层，还有有机封闭涂层的长效防腐复合涂层便是电弧喷涂的防腐
原理。

3.4离子注入技术
离子注入技术的产生时间是20世纪70年代，它是一种表面改性技术，它不
同于电镀、电锂镀膜以及化学气相沉积这样的平常的涂层技术。

它是运用高速高
能量冲击以转变表面特质的一种新的技能，高能离子在真空状态中快速注入基体
表面，能够对其表层结构发生致密性转变，能注入基体表层获取高度饱和固溶体
与亚稳相以及非晶态与平衡合金等不一样的组织构造，从而令基体表层的抗腐化
侵蚀能力得以大大提升。

像离子植入金属，用来提升表层的化学性能，能够提升
金属表层的抗腐化侵蚀功能。

铝和镉合金表层的改性在离子注入技术产生的时候
就已经是研究的热点了。

这几年以来，离子注入技术已经慢慢地被运用于镁合金
材料之中，能够提高它的防腐性。

3.5热浸镀防腐技术
身为浸涂层的金属，如Zn、Sn、Pb等熔点都比较低，热浸电镀金属层厚度与一些腐化侵蚀的状态中长久的运用，比如镀锌、镀铝以及其余一部分特别的物质，或者像镀锡与镀铅合金物质，作为特殊介质抗腐蚀涂料。

热浸镀防腐手段含有热
浸镀锡、热浸镀铅以及热浸镀锌。

热浸镀锡的主要用途是制作薄钢板与食品处理
等储存器皿，热浸镀铬的主要用途是用在化学腐蚀以及涂层电缆；热浸镀铝的主
要用途是用在钢铁器件抵抗高温防氧化……除此之外，随着工业的发展，运用抗腐化侵蚀的涂料与把握制造成本愈来愈高了，热浸镀防腐技术正趋向金属合金化镀
层技术慢慢发展。

3.6电化学防腐技术
依据电化学方面的有关理论，“电化学保护法”在金属装置上采用手段，成为
腐蚀电池的阴极，从而预防或者减少金属的腐化侵蚀。

第一种方式是“牺牲阴极保护法”，它所利用的手段是电极电势比被保护金属还要低的金属以及合金当作阳极，固定于被保护的金属之上使之产生“腐蚀电极”，从而令金属作为阴极而受到保护。

锌、铝以及合金是牺牲阳极的常用材料，此种手段主要用于对位于海中的多种金
属装置、航海船只的船壳的保护，增加像存油罐这样的装置以及石油管道的抗腐
蚀性。

第二种方法是外加电流，把被保护的金属和另外一个附加的电极当作电池
的两极，令金属当作阴极在外加直流电的作用下被保护，此种方式多用于预防金
属装置被土壤、海水以及河水的腐化侵蚀。

结束语
金属材料具有重要的应用价值，金属材料的腐蚀防护工作也是科技工作者研
究的重要课题。

目前，随着对金属材料腐蚀工作的深入研究，金属材料防腐技术
与工艺已取得了一定的成效，但部分具备强抗腐蚀能力的新材料由于成本原因在
推广使用过程中受到限制，一些防腐工艺方法也面临危害环境、工艺成本高、操
作条件复杂等问题。

因此，进一步开展金属材料的腐蚀防护措施研究具仍有重要
研究价值与现实意义。

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