材料腐蚀与防护第六章

6.3表面保护涂层
1、根据你的生活经验，你知道生活中有 哪些措施采用了覆盖保护层的方法防止 铁生锈的？ 2、除了覆盖保护层外，还有哪些保护金 属的方法，分别利用的什么原理？
6.3表面保护涂层
生活中常见的通过覆盖保护层防止铁生锈的方法：
1、在铁的表面喷涂上防腐油漆（如桥梁、汽车、船舶）
2、油和油脂可以用来保护机器中由金属制成的转动部 分，如齿轮。 3、用塑料（如聚乙烯、聚氯乙烯等）喷涂或包裹在金 属表面。
图6-1缓蚀剂缓 蚀作用原理图
阳极型缓蚀剂是一种危险的缓蚀剂。因为用量不足不能使金属表面形 成完整的钝化膜，部分金属以阳极形式露出来，形成大阴极小阳极的 腐蚀电池，由此引起金属的孔蚀。
2）阴极型缓蚀剂： 电化学原理：能抑制阴极过程，增加阴极极化，使腐蚀电位负移 ，腐蚀电流减小，如图（b）。如在酸性溶液中加入As（锡）、Sb （锑）、Hg（汞）盐类，在阴极上析出As、Sb、Hg，可以提高阴 极过电位、或者使活性阴极面积减少，从而控制腐蚀速度。下图 6-2表明了As的添加大大降低了钢在H2SO4中的腐蚀速度。这类缓 蚀剂在用量不足时，不会加速腐蚀，故称为安全型的缓蚀剂。
外加电源的阴极保护法：
将被保护金属与另一附加电极作为电解池的两个极，使被保 护的金属作为阴极，在外加直流电的作用下使阴极得到保护。 此法主要用于防止土壤、海水及水中金属设备的腐蚀。
辅助阳极 （不溶性）
牺牲阳极的阴极保护法：
原理 ： 形成原电池反应时，让被保护金属做正极，不反 应，起到保护作用；而活泼金属反应受到腐蚀。
2.非金属涂层
b.涂层的保护机理 (1)屏蔽作用：把金属表面与环境隔开，起到了屏蔽 作用。 (2)钝化缓蚀作用：借助涂料中的防锈颜料与金属反 应，使金属表面钝化或生成保护性的物质，以提高涂 层的防护能力。 (3)电化学保护作用：涂料中使用电位比铁低的金属( 如锌等)作填料，会起到牺牲阳极的阴极保护作用。
牺牲阳极的阴极保护法示意图
（1）阴极保护原理 见图6-4：A→B，Fe溶解被抑制
图6-4 Fe-H2O体系的电位-PH图
外加电流法采用：石墨、高硅铸铁、铅银合金等。 牺牲阳极法采用：镁基合金、锌基合金、铝基合金三大类。
阴极保护 －－经济效益非常显著:
◆ 海船--涂装费占5％，而阴极保护用的牺牲
阳极材料和施工费加起来不到1％。
第6章 材料的防护
思考与交流
讨论自行车的不同构件如链条、钢圈、 支架和齿轮等分别采取了什么防锈措施？
主要介绍金属材料的防护
6.1金属的缓蚀 在腐蚀介质中添加某些少量的化学药品，可以显著地阻止或 减缓金属的腐蚀速度。与其他防护方法相比有如下特点： (1)不改变金属构件的性质和生产工艺。 (2)用量少，一般添加的质量分数在0.1％～1％之间可起到 防蚀作用， (3)方法简单，无需特殊的附加设备。 但只适用于腐蚀介质有限的系统，对开放系统难实现。
图6-5 阳极保护示意图 1-直流电源，2-辅助阴极，3被保护设备，4-腐蚀介质
（1）阳极保护基本原理 A→C，钝化
图6-6 阳极保护原理图
（2）采用阴极材料 浓硫酸：用铂或镀铂电极、高硅铸铁等； 稀硫酸：用铝青铜、石墨等； 碱性溶液：用普通碳钢； 盐溶液：用高镍铬合金或普通碳钢。
用牺牲阳极的方法保护水中钢桩的装置
思考
2、2000年5月，保利集团在香港拍卖会上花费3000多 万港币购回在火烧圆明园时流失的国宝：铜铸的牛首、 猴首和虎首，普通铜器时间稍久容易出现铜绿，其主 要成分是[Cu2(OH)2CO3]这三件1760年铜铸的国宝在 240年后看上去仍然熠熠生辉不生锈，下列对其原因 的分析，最可能的是
（D）
制造各种耐腐蚀的合金，如在普通钢铁中加入铬、镍等
制成不锈钢。
镀铬 烤蓝 镀铬、镀锌 烤漆
涂机油
涂凡士林
6.2电化学保护
电化学保护是指通过施加外电动势将被保护金属的电位 移向免蚀区或钝化区，以减小或防止金属腐蚀的方法。电 化学保护按作用原理可分为阴极保护和阳极保护。
1.阴极保护 阴极保护：将被保护金属作为阴极，进行外加阴极极化以 降低或防止金属腐蚀的方法叫作阴极保护。
4、在铁的表面覆盖一层搪瓷，如脸盘等金属器皿。
5、在铁的表面覆盖一层其他金属（如镀锡、镀锌）
健身器材刷油漆以防锈
衣架和电线的外面 包上一层塑料层
自行车的钢圈和车铃是 在钢上镀上一层既耐腐 蚀又耐磨的Cr
某些工具的“机械转动部位” 选用油脂来防锈，为什么不 能用油漆
你还知道哪些防止金属腐蚀的方法？ 请举例说明。
用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁 管道的腐蚀，镁块必须定期更换
使用马口铁:在铁皮镀上千分之一厘米的锡,可隔 绝空气与水
制成不锈钢；或在金属表面镀一 层比要保护的金属更活泼的金属。
6.3表面保护涂层
1.金属涂层 方法： （1）电镀：是使电解液中的金属离子在直流电的作 用下，于阴极表面沉积出金属而成为镀层的工艺过程。 优点：镀层厚度可控，镀层均匀、致密、表面光洁； 局限性：只适于较小型部件。 （2）热镀：把工件浸入熔融金属中，以获得金属涂 层的工艺叫热镀，特点：工艺简单，应用比较普遍。 （3）扩散镀 一种或几种元素从基体表面向其内部扩散，形成与 基体成分和性能不同的表层。特点：厚度均匀的涂层， 不受形状限制。
锌块
旋浆的舵上焊上若干
块锌块，来防止船壳 等的腐蚀。
用牺牲锌块的方法来保护 船身，锌块必须定期更换
在钢铁制件表面涂上机 油、凡士林、油漆或覆 盖搪瓷、塑料等耐腐蚀 的非金属材料。
用电镀、热镀、喷镀 等方法，在钢铁表面 镀上一层不易被腐蚀 的金属，如锌、锡、 铬、镍等。
这些金属常因氧化而形 成一层致密的氧化物薄 膜，从而阻止水和空气 等对钢铁的腐蚀。
一座海上采油平台的建造费超过1亿元，而 牺牲阳极材料和施工费只需100～200万元。不 采用保护，平台寿命只有5年，而阴极保护下 可用20年以上。
◆
地下管线的阴极保护费只占总投资的0.3 ％～0.6％，就可大大延长使用寿命。
◆
2.阳极保护 阳极保护：将被保护设备与外加直流电源的正极相联，使之 成为阳极，进行阳极极化；使被保护设备腐蚀速度降到最小， 称为阳极保护。
6.2电化学保护
思考
是空气中O2与H2O共同 本质都是铁失 电子被腐蚀。 作用的结果
• 1、铁被腐蚀与什么物质有关？本质是什么？ • 2、怎样才能防止铁生锈？最简单的方法是什 么？
防止铁失电子，最简 单就是隔绝空气和水， 覆盖保护层。
生活中常见的金属防护实例
通常在轮船的外壳水 线以下处或在靠近螺
图6-2As对钢腐蚀速 度的影响
3）混合型缓蚀剂：电化学原理：即阻滞阳极过程，又阻滞阴 极过程，腐蚀电位变化不大，腐蚀电流 （2）按缓蚀剂性质分类，分为三类： 1）氧化型缓蚀剂 2）沉淀型缓蚀剂 3）吸附型缓蚀剂 （3）按化学成分分类： 3.缓蚀剂的应用 （1）石油工业中的应用 1)油井缓蚀剂； 2)油罐用缓蚀剂； 3)输油管缓蚀刑。 无机缓蚀剂
1.缓蚀剂 缓蚀剂：是一种当它以适当的浓度和形式存在于环境(介 质)时，可以防止或减缓腐蚀的化学物质或复合物质。 缓蚀剂的缓蚀效率(简称缓蚀率)定义如下：
式中：
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v0—未加缓蚀剂时金属的腐蚀速度； v—加缓蚀剂时金属的腐蚀速度； Z ↑，对体系的腐蚀抑制作用↑。
2.缓蚀剂缓蚀机理 （1）按缓蚀剂的作用机理分类，可将缓蚀剂分为以下三类： 1) 阳极型缓蚀剂：阳极型缓蚀剂大部分是氧化剂，如过氧化氢、重 铬酸盐等，这类缓蚀剂常用于中性介质中，如供水设备、冷却装置、 水冷系统等。 电化学原理：它们能阻滞阳极过程增加阳极极化。如图6-1（a）所 示，由图可看出加入阳极型缓蚀剂后，腐蚀电位正移，阳极的极化率 增加，腐蚀电流由I1减小到I2。
2.非金属涂层 无机涂层：搪瓷涂层、硅酸盐水泥涂层、陶瓷涂层、化学转化 涂层 有机涂层：涂料涂层、塑料与橡胶涂层 涂料涂层： a.涂层的基本组成及作用 作用：①用以保护和装饰物体的表面，使其免受外界环境(如 大气、化学品、紫外线等)侵蚀；②掩盖表面的缺陷(凹凸不平 、斑疤或色斑等)，赋予表面丰富的色彩，改善外观。 组成：成膜物质、颜料、溶剂和助剂。
金属保护层
镀锌
镀铬的保险杠
Return
船 的 外 壳 上 镀 有 锌 跟 铝 一 些 活 泼 金 属
6.3表面保护涂层
（4）化学镀 指通过置换或氧化—还原反应，实现盐溶液中的金属 离子在被保护金属上沉积。特点：方法经济，能在有 缝隙和复杂形状的物体上获得均匀的镀层厚度。但镀 层薄，多孔洞，不能很好地附着在钢上。 （5）金属喷涂 涂层金属在喷枪里被溶化或软化，以粒状形式高速射 向工件。特点：对大工件的涂层和涂层损伤的修复是 合适的。 （6）机械方法：金属包镀、贴镀、挤压、堆焊等。
6.2电化学保护 外加电流法 阴极保护 牺牲阳极法
阳极为一个不溶性的辅助电极，利用外 加阴极电流进行阴极极化，二者组成宏 观电池实现阴极保护。 用一个电位更负的金属或合金作阳极， 依靠它不断溶解所产生的阴极电流对金 属进行阴极极化。称为牺牲阳极法阴极 保护。
图6-3外加电流阴极保护示意图(箭头表 示电流方向) 1-直流电源； 2-辅助阳极； 3-被保护设备； 4-腐蚀介质
第6章作业
• 1.名词解释：缓蚀剂 电化学保护 阳极保护 阴极保护 牺牲阳极法阴极保护 • 2.按缓蚀剂的作用机理，缓蚀剂可分为几种类 型？简要说明缓蚀的电化学原理。 • 3.工业循环冷却水经常采用的缓蚀剂有哪些？ 各属于哪种类型缓蚀剂？举例说明其缓蚀作用。 • 4. 两种阴极保护所采用的辅助阳极材料有何不 同？简要说明其作用。 • 5. 金属涂层有几种？试说明各金属涂层的特点。 • 6.试说明涂料涂层的基本组成及作用，并阐述 其保护机理。
A、它们的表面都电镀上了一层耐腐蚀的黄金；
B、环境污染日趋严重，它们表面的铜绿被酸雨溶解 洗去； C、铜的金属活动性比氢小，因此不宜被氧化； D、它们是含一定比例金、银、锡、锌的合金；
小结
在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢规律如下： 原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞有防腐措施的腐 蚀
防腐措施由好到坏的顺序如下： 外接电源的阴极保护法＞牺牲阳极的阴极保护法＞有 一般防腐条件保护＞无防腐条件
有机缓蚀剂
（2）工业循环冷却水中使用的缓蚀剂 1)敞开系统：用重铬酸盐，阳极型缓蚀剂。 聚磷酸盐+铬酸盐，复合型缓蚀剂。 2)密闭循环式冷却水系统，用聚磷酸盐、锌盐（沉淀型缓蚀 剂）、硅酸盐等。 亚硝酸盐（阳极钝化型缓蚀剂） （3）大气缓蚀剂 1)油溶性缓蚀剂； 2)水溶性缓蚀剂； 3)气相缓蚀剂。