金属腐蚀论文

金属腐蚀与防护技术
陈增机电4班20142563 摘要:
生活中金属腐蚀情况极为严重,为国家带来了经济损失与安全隐患。

我们需要了解金属腐蚀的危害和一些例子,明白金属腐蚀中的化学腐蚀和电化学腐蚀的机理,通过一些实际的例子来得到一些具体的保护金属的方法。

关键词:
金属腐蚀、化学腐蚀、电化学腐蚀、析氢腐蚀、吸氧腐蚀、氧浓差腐蚀、外加电源的阴极保护法、牺牲阳极的阴极保护法、缓蚀剂
正文:
金属在现代生活中的应用相当广泛,大到航空航天,小到螺母齿轮,我们生活的方方面面都与金属有关,因此金属对于我们而言是非常重要的资源。

但是金属的腐蚀却无时无刻的发生着,这给我们国家带来了巨大的经济损失。

据不完全统计,每年我国因为金属腐蚀造成的损失比因自然灾害造成损失的总和还要大得多。

金属腐蚀也造成了大量的安全隐患,许多安全事故都是因为金属腐蚀造成的,因此这是一个急需解决的大问题。

我们需要了解到金属腐蚀的过程与机理才能对症下药,更好的保护金属。

1.金属腐蚀的含义
当金属与周围的介质接触时,由于发生化学作用或电化学作用而引起的破坏就叫做金属的腐蚀,根本上来说就是金属单质被氧化形成化合物。

腐蚀时，在金属的界面上发生了化学或电化学多相反应，使金属转入氧化（离子）状态。

2.金属腐蚀的危害
金属腐蚀会显著降低金属材料的强度、塑性、韧性等力学性能，破坏金属构件的几何形状，增加零件间的磨损，恶化电学和光学等物理性能，缩短设备的使用寿命，甚至造成火灾、爆炸等灾难性事故。

因金属腐蚀造成的重大事故有很多:
1970年,日本大阪地下铁道的瓦斯管道因腐蚀破坏而折断,造成瓦斯爆炸,乘客当场死亡75人。

1985年8月12日,日本一架波音747客机由于发生应力腐蚀破裂而坠毁,一次死亡500多人。

1997年6月27日,北京某化工厂18个乙烯原料储罐因硫化物腐蚀而发生火灾,直接经济损失达2亿多元。

......
金属腐蚀带来的危害是不知不觉的,无形的,一般很少被人们注视到,但当人们意识到的时候,事情也许已经变得很复杂了。

因此金属腐蚀的危害是非常巨大的。

3.金属腐蚀的机理
金属腐蚀主要为化学腐蚀和电化学腐蚀。

这是最普遍的腐蚀情况,而电化学腐蚀的情况比化学腐蚀的情况要多一些。

它们有类似的地方，也有很多不同的地方。

3.1化学腐蚀
金属与介质直接起化学作用而引起的腐蚀就是化学腐蚀,一般是金属在非电解质中的腐蚀,金属在干燥气体和无导电性非水溶液中的腐蚀都是化学腐蚀。

它们的类型大概有以下三种:
3.1.1高温氧化
在普通温度下某些金属便可以与氧气发生氧化反应,但在高温条件下,氧化反应发生的更迅速,更猛烈。

金属与氧气反应后一般是以金属氧化膜的形式覆盖在金属表面,某些
氧化膜能够对内层金属起保护作用(比如氧化铝薄膜),这类薄膜能阻止金属的进一步氧化。

但是有的氧化膜却不能(比如氧化铁),这样便会腐蚀内部金属,直到全部腐蚀。

高温能加快反应的速率,也就是腐蚀的速率,金属就更快被腐蚀。

比如钢铁在空气中加热时,在570摄氏度以下氧化较慢,这时表面主要形成的氧化膜层结构任较致密,因而原子在这种氧化膜层中扩散速度小,使钢铁进一步氧化受阻,用时这一表面膜层也不易剥落,可以起到一定的保护作用。

但当温度高于570摄氏度以后,氧化速度迅速加快,形成的氧化膜层结构也变得疏松,不能起到保护作用,这时氧原子容易穿过膜层而扩散到基体金属表面从而使钢铁继续氧化,温度越高,氧化越剧烈。

虽然现实中的温度不可能到达这么高,但是平时暴晒下的钢铁的腐蚀速度是比平时快的。

3.1.2气体腐蚀
以钢铁为例,在高温下,钢组织中的渗碳体(碳化三铁)会与氧气、二氧化碳、水蒸气等作用而减少,这是脱碳作用,它析出的气体破坏了钢铁表面膜的完整性,使耐腐蚀性降低,同时随着碳钢表面含碳量减少,造成了表面硬度、疲劳强度的降低。

常见的钢的氢蚀就是脱碳过程。

在合成氨工业中除了氢的侵蚀外,还有高温钢铁氮化的问题,氮化的结果使钢材的塑性与韧性显著降低,变得脆而硬,容易造成安全事故。

此外还有高温硫化物、氯化物的腐蚀。

3.1.3非电解质溶液的腐蚀
这类腐蚀一般都很轻微,一般液体燃料中含硫化物等会对一些金属产生化学腐蚀。

另一种腐蚀机理是电化学腐蚀。

它在生活中非常常见,但它的过程却很细微,因为它基本是电子的得失造成的。

3.2电化学腐蚀
金属在电解质溶液中发生的腐蚀称为电化学腐蚀。

当金属与电解质溶液接触时,会形成局部原电池而引起腐蚀,这里的电解质溶液简单的说就是能导电的液体,它是产生电化学腐蚀的基本条件。

几乎所有的水溶液,包括雨水、淡水、海水以及酸碱盐的水溶液,甚至空气中冷凝的水蒸气都可以成为构成腐蚀环境的电解质溶液。

因此金属在大气,海水,土壤中的腐蚀和在电解质溶液中的腐蚀都是电化学腐蚀。

3.2.1析氢腐蚀
以钢铁为例,当钢铁暴露在空气中时,如果空气是比较潮湿的,那么钢铁便会吸附一定的水蒸气覆盖在金属表面,而且空气中也存在着二氧化碳,二氧化硫,二氧化氮等酸性气体,在溶于水中后,这些酸性气体会形成弱酸从而电离出一些氢离子,这就使得电解质溶液变为了酸性,而且钢铁中一般都有碳和一些杂质,这就构成无数个以铁为负极、碳和杂质为正极、酸性水膜为电解质溶液的微小原电池。

当铁被腐蚀后失去电子与水电离的氢氧根结合变成氢氧化二铁,又被空气氧化成氢氧化三铁,之后变成铁锈,铁锈很疏松,不能保护内部金属,因此里面的金属又被继续腐蚀。

而溶液中的氢离子得到电子变为氢气释放出来,这就叫析氢腐蚀。

而且电解质溶液的PH值越小,则腐蚀速度越快.
3.2.2吸氧腐蚀
与析氢腐蚀不同的是吸氧腐蚀的电解质溶液是处于弱酸性或中性的,而且氧气是充分的,这种以氧的还原反应为阴极过程的腐蚀，称为氧化还原腐蚀或吸氧腐蚀。

发生吸氧腐蚀的必要条件是：金属的电位比氧化还原反应的电位低。

即氧气/氢氧根电对的电极电动势大于氢离子/氢气电对的电极电动势,因此阴极上是氧气的到铁给出的电子生产氢氧根,而铁就会与氢氧根结合生产氢氧化二铁,之后便与析氢腐蚀一样生成铁锈,其过程中有氧气参与所有叫做吸氧腐蚀。

3.2.3氧浓差腐蚀
当金属被插入液体或者土壤中时,由于金属的各个部分接触的介质不同,因此金属不同地方接触到的氧气浓度就不同,根据电极的电势的计算方法可知氧电极的电势在不是标况下是需要氧气的分压来决定的。

因此,在被液体或者突然封闭的地方氧含量就较低,这样电极电势就低,成为阳极,反之则为阴极。

阳极发生氧化反应而被腐蚀,阴极反而会的到保护。

4.金属腐蚀的防护
金属腐蚀固然严重,但我们也有一些防护措施。

这些措施有的虽然不能完全保护金属,但也极大的降低了金属的腐蚀速率。

4.1表面清理与表面覆盖
不论是金属或者非金属,在加保护覆盖层的之前都应该进行表面清理,以保证覆盖层与基底金属的结合力。

表面覆盖就是给金属穿上一层防护衣将其与外界隔开,减少腐蚀。

这可以是喷漆。

也可以镀上一些其他金属,镀一层化学性质稳定的金属。

4.2电化学保护法
根据金属电化学腐蚀理论,如果把处于电解质溶液中的某些金属的电位降低就可以使金属难以失去电子,从而达到保护的目的。

电化学保护法分为牺牲阳极的阴极保护法和外加电流保护法。

牺牲阳极的阴极保护法主要是依附一些电位较负的金属,它们就形成了阳极,慢慢失去电子溶解,而电解质溶液中的物质得到的是阳极给出的电子,就不会和以及的被保护金属发生反应。

如轮船外面就会贴上锌来防止腐蚀。

外加电流的阴极保护法就是将被保护的金属与外加直流电源的正极相连,在电解质溶液中使金属阳极极化至一定的电位,使其构成稳定的钝态,从而阳极的溶解受到抑制,
腐蚀速度就会变慢。

4.3缓蚀剂
在腐蚀环境中加入一定的能阻止或者延缓金属腐蚀的物质是金属得到保护的方法就是腐蚀剂保护法。

腐蚀剂保护法一般投资少,收效快,方便而应用广泛。

分为有机和无机缓蚀剂。

中性和碱性介质一般用无机缓蚀剂，酸性介质中一般采用有机缓蚀剂。

5.总结
金属腐蚀的现象无处不在,它给我们带来了巨大的经济损失还有一些安全隐患。

金属腐蚀一般是化学腐蚀和电化学腐蚀,它们都是因为金属失去了电子而被氧化的过程,因此我们可以据此找到一些阻止金属失去电子的方法如电化学保护法和覆盖层法来防止金属的腐蚀。

当这些措施能够得到有效的实施的时候，金属腐蚀也是能够减缓的。

国家的经济损失也会减少很多。

参考文献：
《化工腐蚀与防护》张志宇邱小云主编化学工业出版社——金属腐蚀的基本原理《应用电化学基础》谢德明, 童少平, 曹江林主编化学工业出版社, 2013
《表面工程资讯》2010年第四期P49
《金属腐蚀及防护措施概述》顾浚祥主编
《悄悄进行的破坏——金属腐蚀》曹楚南主编清华大学出版社《电化学基础教程》高鹏，朱永明主编化学工业出版社。