钢铁的腐蚀与防护

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2020/3/30
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钢铁腐蚀的类型
钢 铁
（次要） 化学腐蚀： 与化学物质（如SO2、Cl2、O2等）发生氧化还
腐
原反应
蚀
类 型
电化学腐蚀：（主要） 跟电解质溶液，失电子，发生氧化还原反应
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电 化 学 腐 蚀
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吸氧腐蚀
发生条件：钢铁表面水膜溶有O2 ，极弱酸性或中性或碱性
钢铁的腐蚀与防护
土木1304班 赵星
1306010404
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主要内容
• 金属腐蚀的危害和现状 • 钢铁腐蚀的类型 • 钢铁腐蚀的防护措施 • 几种金属覆盖层腐蚀防护工艺
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金属腐蚀的危害和现状
腐蚀给人类带来的损失是很大的。据有关资料统计，世界上每年因腐蚀而报废的 金属材料和设备约相当于生产量的20%以上，一些发达国家由于金属腐蚀而造成的经 济损失大约占国民经济总产值的2-4%。钢铁腐蚀后的影响，除了直接损耗以外，从 钢结构受力分析，日本统计过这样的资料，在受力情况下钢结构被腐蚀后，若腐蚀1 ％，其强度下降10～15％。若双面腐蚀各达5％，其结构将报废。随着全球工业的发 展，腐蚀的问题日趋严重。就世界范围来说，虽然在控制污染和研究的工作在同时 进行，防腐技术措施在不断发展，使腐蚀问题得到了一些缓解，但总的来说，金属 的腐蚀仍十分严重。在金属腐蚀中，钢铁腐蚀是主要的，而在钢铁腐蚀中，海洋条 件、潮湿气氛和工业密集地区的大气腐蚀占重要位置。和很多强介质腐蚀相比，虽 然这类弱介质腐蚀的腐蚀强度相对较低，但因其量大面广，致使造成的损失和影响 更为突出。
水膜弱酸性或中性或碱性
铁 Fe-2e- =Fe2+ 碳 O2+4e- +2H2O=4OH-
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析氢腐蚀
吸附的水膜呈强酸性 铁 Fe-2e- =Fe2+ 碳 2H++2e- =H2↑
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钢铁腐蚀的防护措施
1.有机涂层腐蚀防护：目前国内外使用最多的钢铁结构件防腐方法是有机涂料涂装。涂装防腐 主要基于隔离机理。其品种主要有过氯乙烯类、环氧树脂类、氯磺化聚乙烯类、聚氨酯类、氯 化橡胶类、不饱和聚酯类、聚氟橡胶类、有机硅类,以及可用于地下的沥青焦油类等。有的还 可交替搭配(如环氧煤焦油、含氟聚氯乙烯等) 。
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电镀：电镀是将材料或部件放入含有镀层金属离子的溶液中，以镀件作为阴极，通以电流，使溶液 中的金属离子在镀件表面放电、结晶，并沉积成镀层。电镀层与基材是机械结合，其优点是容易控 制镀层厚度，能比较容易地实现单面镀或差厚镀，可广泛用于获得Cu、Zn、Cr、Ni及其合金镀层。 对于钢铁工业来说，电镀锌和电镀锡是两类最重要的产品。 我国的电镀锌钢结构和富锌涂料都是在近几年开始大量使用的。电镀锌钢结构主要应用在塔机防腐 工程中,塔机用钢结构表面采用无氨、无氰溶液镀锌以及镀锌层经钝化处理后,不仅具有良好的电化 学保护作用,而且还能使其镀锌层的耐中性盐雾的腐蚀性能得到很大的提高,从而极大地延长塔机用 钢结构的使用寿命。此外，电镀锌还被广泛用作有机涂料的底层，如汽车的车底、电冰箱的外壳， 在电镀锌层的上面，喷一层有机涂料，即耐蚀又美观。
O2 2H2O Fe(OH)2
Fe(OH)3
Fe2O3 ·xH2O(铁锈）
电解质溶液能加强导电，加快腐蚀
析氢腐蚀
发生来自百度文库件：钢铁表面水膜，呈较强酸性 有 H2 析出
空气氧化 Fe2+
溶液pH↑ OH-
Fe3+
- Fe(OH)3
Fe2O3 ·xH2O(铁锈）
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发生 条件
反应 方程 式
吸氧腐蚀
通过涂层材料自我牺牲来实现的阴极保护作用．根据电化学理论， 锌、铝及其合金涂层的电极电位较
钢铁材料低，在有电解液存在的条件下，这些涂层为阳极性材料，钢铁为阴性材料，它们间形成腐蚀甄
电池。在腐蚀过程中．阴极材料(涂层)通过自身的牺牲实现对阴极材料(钢铁)的保护。由于锌或铝涂层
的腐蚀产物能有效地减缓腐蚀速度，所以涂层的消耗也很缓慢，可以给予钢铁基体较长时间的保护．锌、
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几种金属覆盖层腐蚀防护工艺
机械镀锌：我国的机械镀工艺发展稍晚,只有几十年的历史,机械镀在工业上的成功应用是近几年 的事情,目前国内在生产上成功应用的是机械镀锌工艺。机械镀锌的应用比较广泛,涉及到车辆制 造业、电力电网、交通设施、建筑金具、小五金及农用设施等很多领域,一般工件长度应小于300 mm ,重量少于1kg。最适合机械镀的工件有环链、螺栓、螺母、各种垫片、弹簧、自攻螺钉、射钉、 水泥钉、膨胀钉、线路金具、管路联接件和高强度紧固件等
铝及其台金涂层在许多环境下对钢铁材料都有很好的保护作用。
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冷喷锌工艺：通过涂装工艺在金属构件表面形成锌金属保护膜，具有阴极保护(阳极牺牲)功能。冷喷锌 干膜内含纯锌达96％以上，其腐蚀机理均属于阴极保护电化学理论。冷喷锌涂层，同时自身具有良好屏 障保护，形成双重保护作用，使它具备优异的防腐性能。其特点是环境友好，涂层和基层结合力好，便 于施工，易于维护，经济性好。近5 年来,各种冷涂锌产品在国内的许多重点工程上得到了应用,如上海 的磁悬浮列车轨道功能件、广州新白云机场、苏通大桥、广东大唐电厂、北京高碑店污水处理厂、南京 扬子- 巴斯夫石化公司、宜昌长江电力公司闸门维修工程等 在世界范围内,镀锌仍然是钢铁防腐的主体技术。采用锌及锌- 铝合金镀层进行表面防护的钢铁，产品, 在发达国家已经达到年钢产量的30 %～40 % ,我国目前仅为10 % ,却以6 %的年增长量递增，,金属锌作 为一种相对廉价的防腐蚀材料,必将在未来的钢结构防腐工程中发挥更大的作用。
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热喷涂工艺：利用不同的热源，将材料溶化、雾化后，高速堆积到基体表面，形成一定厚度的金属附着
层。按照使用热源的不同．将热喷涂分为：火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂和爆炸喷涂。根据使用材
料的形状不同又可分为：线材喷涂和粉末喷涂。用于防腐目的的热喷涂方法主要是线材电弧喷涂和线材
火焰喷滁。比较二者，各有长处．前者喷涂生产率和能源利用率较高、涂层结合强度大、操作简便，适
2.无机非金属涂层腐蚀防护：以非金属元素氧化物或金属与非金属元素生成的氧化物为主体构 成的覆盖层统称为无机非金属覆盖层。无机非金属覆盖层具有耐热、耐蚀和高绝缘性的优点， 但由于其脆性大冲击韧性差在建筑结构的腐蚀防护中应用受限。
3.金属覆盖层腐蚀防护:凡把一种(或多种)金属通过一定的工艺方法牢固地附着在其他基体上， 而形成几十微米乃至几个毫米以上的功能覆盖层称为金属覆盖层。钢结构用金属覆盖层大多为 锌及其合金，常采用的工艺有电镀、热浸、喷涂、扩散和机械镀等。
用于大的平面结构施工。后者操作灵活，便于对边角或几何形状复杂的构件进行喷涂。此外，激光喷涂、
高频感应喷涂等工艺方法也在发展使用中。
用于防腐目的的热喷涂涂层主要是锌涂层、铝涂层、锌合金及铝合金涂层。它们对钢铁材料的保护机理
主要有二个：一是与涂料涂装防腐工艺类似，目的在于阻挡腐蚀介质与钢铁基体接触的隔离作用；二是