金属的腐蚀与防护

金属的腐蚀与防护

摘要：材料在环境介质中的降解统称为材料的腐蚀。对金属材料而言，这种降解主要是由电化学作用所造成的。绝太多数情况下，金属的腐蚀是破坏性的，它往往造成工业生产中巨大的经济损失。

关键词：金属腐蚀，腐蚀防护，电化学腐蚀

一、金属腐蚀综述

金属腐蚀是指金属损失或金属在与液体（气体）接触是在表面层上转化成另一种不溶的化合物。

1、研究背景

近年来随着人们对保护自然资源、能源和环境的认识不断提高，对金属腐蚀的严重危害的关注也渐在加深。工程材料的腐蚀给国民经济和社会生活造成的严重危害已越来越为人们所认识重视。首先，金属腐蚀造成了巨大的经济损失。根据各国调查结果，一般说来，金属腐蚀所造成的经济损失大致为该国国民生产总值的4%左右。另据国外统计，金属腐蚀的年损失远远超过水灾、火灾、风灾和地震灾害（平均值）损失的总和，在这里还不包括由于腐蚀导致的停工、减产和爆炸等造成的间接损失。我国作为世界上钢铁产量最多的国家（2005年全国生产钢材37117.02万吨），每年被腐蚀的铁占到我国钢铁年产量的十分之一，因为金属腐蚀而造成的损失占到国内生产总值的2%~4%；约合人民币：3000亿元（2005年我国国内生产总值将达15万亿元）。其次，金属腐蚀也经常对人类安全构成威胁。国内外都曾发生过许多灾难性腐蚀事故，如飞机因某一零部件破裂而坠毁；桥梁因钢梁产生裂缝而塌陷；油管因穿孔或裂缝而漏油，引起着火爆炸；化工厂中储酸槽穿孔泄漏，造成重大环境污染；管道和设备跑、冒、滴、漏，破坏生产环境，有毒气体如Cl2、H2S、HCN等的泄漏，更会危及工作人员和附近居民的生命安全。

2、分类

①金属高温气体腐蚀。钢铁在常温和干燥的空气中，一般认为并不腐蚀，但在高温(500～1000℃)下，就容易被氧化破坏，在表面生成氧化皮。如金属在冶炼与轧制过程中的氧化剥落；化学工业中硫铁矿焙炉的腐蚀；石油工艺中高温炉管及核工业设备的高温氧化等，都属于这类腐蚀，人们把这种现象称之为金属的高温气体腐蚀。

在工程实际中，金属和合金结构往往接触高温多元气体，气体中除氧以外，可能还含有硫、碳、氨，氯等。盒属和台金在高温多元气体中的腐蚀较之单纯氧化要复杂得多，在腐蚀过程中，不是形成单一类型的产物而是形成两种或多种类型的产物。例如在含硫的氧化性气氛中．会有氧化物和硫

化物的形成，在含碳的氧化睦气氛中。盒有氧化物和碳化物的形成而在含氯的氧化性气氛中会有氧化物．氯化物，乃至氯氧化物的形成，而且氯化物和氯氧化物的熔点和沸点都很低

②化学腐蚀，即干腐蚀。所谓干腐蚀是指环境中没有液相或凝露现象存在情况下产生的腐蚀，这种腐蚀是金属原子与介质分子两相的介面上直接交换电子，发生直接的化学反应，其特征是腐蚀时没有电流产生。化学腐蚀的介质是不电离不导电的干气体和非电解质溶液。所谓非电解质溶液是指不含有水、不电离的有机化合物，如石油、苯、醇等，这类腐蚀往往比较轻微，所以人们研究得比较少。

③电化学腐蚀，即湿腐蚀。所谓湿腐蚀是指有液体（水）存在即电解质溶液接触的腐蚀过程。其特征是金属原子在阳极区失去电子，腐蚀介质的分子在阴极得到电子，并且伴有电流产生。金属在潮湿空气中的大气腐蚀，在酸、碱、盐溶液和海水中的腐蚀，在地下土壤中的腐蚀，在不同金属接触处的腐蚀等都是电化学腐蚀。电化学腐蚀比化学腐蚀更严重、更普遍。

影响电化学腐蚀的因素：

内部因素。这是指钢铁本身的成分、组织、结晶方向、残余应力、表面转化膜等导致的不均一性，这种不均一性使金属内部有不同电位的区域存在。

外部因素。是指与钢铁表面接触的介质溶液，也就是说钢铁腐蚀受到环境的支配，如果环境改变，腐蚀的状态、速度就会发生变化。例如，把潮湿环境中的金属转移到干燥的环境中，腐蚀速度也会减慢；把海边的金属移到离海岸较远的普通环境之中，腐蚀也会减慢。

二、腐蚀的防护

金属腐蚀所造成的经济损失中，有相当可观的一部分是采用当前行之有效的防护技术便可以避免的，随着科学技术的不断进步，可以避免的这部分损失也会不断扩大，而当前尚不可避免的损失则将缩小。

金属的腐蚀既然是金属与环境介质间的电化学作用所造成。控制腐蚀的根本办法自然应是控制电化学作用，即如何消除腐蚀电池。即使不能完全消除，也要设法使腐蚀电流密度降至最低程度。

控制腐蚀的方法可以概括为四大类：

1、合理选用耐蚀金属

根据金属材料的腐蚀数据，选择对特定环境腐蚀率低、价格便宜、性能好的材料，是常用的、简便的控制腐蚀的方法，可以使设备获得经济、合理的使用寿命。由于设备的结构常常对腐蚀产生影响，所以正确的设计也很重要。另外，选材者也需要具备一定的腐蚀及防腐蚀知识，才能更完善地解决选材问题。

2、保护层保护

①非金属保护，主要是涂料。

②金属防护层，包括电镀、喷镀，表面合金化等。

3、介质处理

①去除有害物质，如水中脱氧、油中脱盐、脱硫等。

②添加剂，主要是指一些缓蚀剂。加入缓蚀剂是指在可能引起金属腐蚀的介质中加入少量缓蚀

剂就能大大减缓金属腐蚀过程。对于一定的金属／腐蚀介质的体系，只要在腐蚀介质中加人少量缓蚀剂，就能有效地降低该金属的腐蚀速度。由于用量很少、使用方便、设备简单、成本低，投资少、上马快，因此缓蚀剂得到广泛的工业应用。缓蚀剂可分为无机缓蚀剂、有机缓蚀剂和气相缓蚀剂三类。

4、电化学保护

①阴极保护

②阳极保护

腐蚀的控制是一项系统工程，即从设计、制造及安装、生产、绪运、以及使甩，每个环节都必须仔细考虑，不给腐蚀以可趁之机，其中尤其重要而常被忽视的环节是设计，因此强调腐蚀的防护要从描图板上开始，决非过甚其辞。在设计中警惕发生腐蚀的一切可能性，是防患于未然的好办法。

下面将重点介绍一下涂料、电镀、缓蚀剂和电化学保护。

1、涂料

用涂料来防腐蚀，由于施工简便，成本较低，适用于复杂的结构物，而且有相当长的有效期，故仍为目前广泛采用的方法。最初使用的防蚀涂料为油基型，如红丹漆、锌黄潦，用干性植物油与树脂制造，耐水性和防锈性均有限，而且干性植物油生产有限，干燥较慢，故后来发展了树脂型防锈漆，以聚合物为基料，耐水性抗蚀性好，干燥快，漆膜硬度高，并逐步代替了油基型漆。树脂型防锈漆品种甚多，今择要介绍如下：

①富锌防锈漆：含有大量超细铝粉(85~95)%重量，有时为锌粉加少量铝粉)，锌作为牺牲阳极对

钢铁起郅阴极保护作用。采用的基料有氯化橡胶、聚苯乙烯、丙烯酸村脂、环氧树脂等。富锌防锈漆是目前公认的最佳保养涂料之一，广泛用于桥梁、船舶．海上石油平台、石油及化工设备等。

②氯化橡胶涂料：这种涂料有良好的耐水性和耐化学介质(特别是碱)腐蚀性，不易燃烧，还有

防霉性能和快干等优点。缺点是耐油性较差。氯化橡胶与醇酸树脂混合制成的涂料特别适用于化工设备外璧、炼钢厂，钢铁结构与船舶水线以上部位。

③冷固化环氧树脂涂料：与防锈颜料配合可做成冷固型环氧防锈底漆，如环氧富锌底漆、环氧