金属的防腐蚀研究

西安理工大学

研究生课程论文/研究报告

课程名称：材料防腐及测试技术

课程代号：020136

任课教师：***

论文/研究报告题目：金属的防腐蚀研究

完成日期：2010 年07 月02 日

学科：材料物理与化学

学号：**********

*名：***

成绩：

金属的防腐蚀研究

摘要：本文论述了腐蚀的产生机理，从而探讨了防腐蚀的办法。文章介绍了金属腐蚀与腐蚀机理,详细综述了形成保护层、电化学保护法、缓蚀剂法等几种常见腐蚀防护方法的原理以及在金属腐蚀与防腐中的应用和研究进展。

关键词：金属腐蚀防护

1 金属腐蚀研究的意义和重要性

金属材料是现代社会中使用最广泛的工程材料，在人类的文明与发展方面起着十分重要的作用。人们不仅在工农业生产，科学研究方面用到金属材料，在日常生活中也随处可见，无时无刻不在使用金属材料。然而这些金属材料都会被破坏，其损坏的形式是多种多样的，最常见的是断裂，磨损和腐蚀三种形式。

断裂是在金属材料承受的负荷超过它的承载极限而发生的破坏；磨损是金属材料由于机械摩擦而引起的逐渐损坏；腐蚀是在周围环境介质的作用下逐渐产生的编制和破坏。这三种损坏形式经常是两种或三种同时作用，互相促进而加速腐蚀，其中磨损和腐蚀都是渐变的过程。在众多的损坏形式中，腐蚀的损坏已被广泛重视。其原因在于，现代社会中无论是大的工程结构件还是细小的零部件，都毁于周围的介质接触，不仅高温，高压，工业气体等可以使金属腐蚀，就是在完全自然的条件下，受气候的变化也会引起金属的腐蚀。

腐蚀给人类社会带来的直接损失是巨大的。20世纪70年代前后，许多工业发达国家相继进行了比较系统的腐蚀调查工作，并发表了调查报告。结果显示，腐蚀的损蚀占全国GNP的1%到5%。这次调查是各国政府关注腐蚀的危害，也对腐蚀科学的发展起到了重要的推动作用。在此后的30年间，人们在不同程度上进行了金属的保护工作。在以后的不同时间各国又进行了不同程度的调查工作，不同时期的损失情况也是不同的。有资料记载，美国1975年的腐蚀损失为820亿美元，占国民经济总产值的4.9%；1995年为3000亿美元，占国民经济总产值的4.21%。这些数据只是与腐蚀有关的直接损失数据，间接损失数据有时是难以统计的，甚至是一个惊人的数字。

我国的金属腐蚀情况也是很严重的，特别是我国对金属腐蚀的保护工作与发达的工业国家相比还有一段距离。据2003年出版的《中国腐蚀调查报告》中分析，中国石油工业的金属腐蚀损失每年约100亿人民币，汽车工业的金属腐蚀损

失约为300亿人民币，化学工业的金属腐蚀损失也约为300亿人民币，这些数字都属于直接损失。如该报告中调查某火电厂锅炉酸腐蚀脆爆的实例，累计损失约15亿千瓦·时的电量，折合人民币3亿元，而由于缺少供电量所带来的间接损失还没有计算在内。所以说，金属腐蚀的损失是很严重的，必须予以高度的重视。

金属腐蚀在造成经济损失的同时，也造成了资源和能源的浪费，由于所报废的设备或构件有少部分是不能再生的，可以重新也冶炼再生的部分在冶炼过程中也会耗费大量的能源。目前世界上的资源和能源日益紧张，因此由腐蚀所带来的问题不仅仅只是一个经济损失的问题了。腐蚀对金属的破坏，有时也会引发灾难性的后果，此方面的例子太多了，所以对金属腐蚀的研究是利国利民的选择。由于世界各国对于腐蚀的危害有了深刻的认识，因此利用各种技术开展了金属腐蚀学的研究，经过几十年代努力已经取得了显著的成绩。

2 腐蚀机理

一般腐蚀的定义是指由于环境作用引起的材料破坏。这个定义包含所有的自然存在的和人造的材料，含塑料、陶瓷和金属。本文的核心是金属的腐蚀，腐蚀的这个定义涉及到这样的问题：首先金属为什么会腐蚀?答案可用热力学解释，它告知我们腐蚀过程是否会发生。第二个问题是腐蚀速率是什么或者管道可使用多长时间?腐蚀动力学可以提供我们这个问题的答案。

从能量的意义上讲，当金属从矿石中提炼出以后就被置位于一个高的能量状态。这些矿石是典型的金属氧化物，例如钢对应的金属氧化物是三氧化二铁(Fe2O3)，铝对应的则是氧化铝(Al2O3·H2O)。热力学的原理之一就是物质总是寻求最低的能量状态。换句话，许多金属处于热力学不稳定状态而且趋向于寻求一种较低的能量状态，也就是说有形成氧化物或者一些其他化合物的趋势。金属转化成为低能量氧化物的过程称为腐蚀。许多普通工程材料在近室温时的腐蚀发生在有水(含水)的环境下而且在性质上是电化学性质的。以在地下管道上的碳钢和低合金钢的腐蚀为例，有水的环境也被称为电解质，在地下腐蚀情况下电解质就是潮湿的土壤。腐蚀的过程涉及金属失去电子(氧化作用)的过程（见方程式(1)）而失去的电子被另外的还原反应消耗掉，例如氧和水的还原反应（分别见方程式(2)和(3)）。

Fe-Fe2++2e (1)

O2+2H2O+4e--4OH-(2)

2H2O+2e—H2+2OH-(3)

氧化反应一般称为阳极反应，而还原反应一般被称为阴极反应。两个电化学反应对腐蚀的发生是必不可少的。氧化反应造成金属的实际损失，但还原反应必须消耗由氧化反应释放出的电子来维持电荷的中性。否则，大量的负电荷将会在金属和电解质间快速形成而且使腐蚀过程停止。

氧化反应和还原反应有时也被称为半电池反应，它们可以局部发生在金属的同一点或者分开发生。当这些电化学反应被分开的时候，这个过程称为差异腐蚀电池。金属被氧化的点被称为阳极或者阳极区。在这一区域，当金属离子离开金属表面时，直流电流(定义为正电荷的流向)从金属表面流到电解质中。该电流流经电解质到达另一点，在该点的氧气、水、或者另外的一些物质被还原，该点称为阴极或者阴极区。

一般腐蚀电极由四个必须的部分组成：

1．必须有一个阳极

2．必须有一个阴极

3．必须有一个连接阳极和阴极的导电通路。(通常这可能是管道自身)

4．阳极和阴极必须浸入导电的电解质中。(通常是潮湿的土壤)

管道和另外一些设备的地下腐蚀常常是由于存在不同类型的差异腐蚀电池。这些包括充气差异电池，此管道的不同部分暴露在土壤中不同的氧浓度下，电池因管道表面性质或者土壤化学物质的不同而产生。电偶腐蚀是差异电池腐蚀的一种形式，该形式中两种不同的金属在电性上成对而且置于腐蚀性的环境。

3 金属腐蚀的防护方法

（一）改善金属的本质

根据不同的用途选择不同的材料组成耐蚀合金，或在金属中添加合金元素，提高其耐腐蚀性，可以防止或减缓金属的腐蚀。例如，在钢中加入镍制成不锈钢可以增强防腐蚀能力。

（二）形成保护层

在金属表面覆盖各种保护层，把被保护金属与腐蚀性介质隔开，是防止金属腐蚀的有效方法。工业上普遍使用的保护层有非金属保护层和金属保护层两大类。它们是用化学方法、物理方法和电化学方法实现的。

(1)金属的磷化处理