金属腐蚀机理及防腐措施(金属的腐蚀性和保护措施)

金属腐蚀机理及防腐措施

金属腐蚀金属与周围环境介质发生的化学、电化学或物理作用而引起金属性能发生变化，并导致金属、环境或由它们作为组成部分的技术体系的功能受到损伤。钢铁的生锈、不锈钢的晶间腐蚀和高温氧化。

最常见的防腐措施有：表面涂覆、电镀或热镀其他金属、其他金属镶嵌。

金属的腐蚀性和保护措施

金属材料的腐蚀：是指金属材料和周围介质接触时发生化学或电化学作用而引起的一种破坏现象。由于金属材料的腐蚀可造成设备的跑、冒、滴、漏，污染环境，甚至发生中毒、火灾、爆炸等恶性事故以及资源和能源的严重浪费。因此，研究金属材料的腐蚀机理，弄清腐蚀发生的原因及采取有效的防护措施，对于延长设备寿命、降低成本、提高劳动生产力都具有十分重大的意义。
金属腐蚀的分类：按照金属的腐蚀机理可以将金属腐蚀分为化学腐蚀与电化学腐蚀两大类。不管是化学腐蚀还是电化学腐蚀，金属腐蚀的实质都是金属原子被氧化转化成金属阳离子的过程。
化学腐蚀
化学腐蚀是指金属与非电解质直接发生化学作用而引起的破坏其腐蚀过程是一种纯氧化和还原的纯化学反应，即腐蚀介质直接同金属表面的原子相互作用而形成腐蚀产物。反应进行过程中没有电流产生，其过程符合化学动力学规律。
电化学腐蚀
电化学腐蚀是金属与电解质溶液发生化学作用而引起的破坏。反应过程同时有阳极失去电子，阴极获得电子以及电子的流动，其历程服从电化学的基本规律。
电化学腐蚀又根据其电解质溶液酸碱性的不同分为吸氢腐蚀和析氢腐蚀。
金属材料的主要防腐措施
（1）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，提高其耐蚀性，可以防止或减缓金属的腐蚀。如，在钢中加入镍制成不锈钢可以增强防腐蚀的能力。
（2）形成保护层在金属表面覆盖各种保护层，把被保护金属气腐蚀性质隔开，是防止金属腐蚀的有效方法。工业窿辅使用的保护层有非金属保护层和金属保护层两大类，通常采用以下方法形成保护层：
1）金属的磷化处理：钢铁制品去油、除锈后，放入特定组成的磷酸盐溶液中浸泡，即可在金属表面形成一层不溶于水的磷酸盐薄膜，这种过程叫做磷化处理。磷化膜呈暗灰色至黑灰色，厚度一般为5至20微米，在大气中有较好的耐蚀性。膜是微孔结构，对油漆等的吸附能力强，如用作油漆底层，耐腐蚀性可进一步提高。
2）金属的氧化处理：将钢铁制品加到Na0H和NaN02，的混合溶液中，加热处理，其表面即可形成一层厚度约为0.51.5微米的蓝色氧化膜(主要成分Fe3O4)，以达到钢铁防腐蚀的目的，此过程称为发蓝处理，简称发蓝。这种氧化膜具有较大的弹性和润滑性，不影响零件的精度。故精密仪器和光学仪器的部件，弹簧钢、薄钢片、细钢丝等常用发蓝处理。
3)非金属涂层：用塑料喷涂金属表面，比喷漆效果更佳。塑料覆盖层致密光洁。色泽艳丽，兼具防蚀与装饰的双重功能。搪瓷是含SiO2量较高的玻璃瓷釉，有极好的耐腐蚀性能，因此作为耐腐蚀非金属涂层，广泛用于石油化工、医药、仪器等工业部门和日常生活用品中。
4)金属保护层：这是以一种金属镀在被保护的另一种金属制品表面上所形成的保护镀层，前一种金属称为镀层金属。金属镀层的形成，除电镀、化学镀外，还有热浸镀、热喷镀、渗镀、真空镀等方法。
（3）电化学保护
电化学保护是金属腐蚀防护的重要方法之一,其原理是利用外部电流使被腐蚀金属电位发生变化从而减缓或抑制金属腐蚀。电化学保护可分为阳极保护和阴极保护两种方法。
阳极保护
是向金属表面通入足够的阳极电流,使金属发生阳极极化即电位变正并处于钝化状态,金属
溶解大为减缓。
阴极保护是向腐蚀金属表面通入足够的阴极电流,使金属发生阴极极化,即电位变负以阻止金属溶解。
（4）缓蚀剂法
缓蚀剂法是一种常用的防腐蚀措施,在腐蚀环境中加入少量缓蚀剂就能和金属表面发生物理
化学作用,从而显著降低金属材料的腐蚀。由于缓蚀剂在使用过程中无须专门设备,无须改变金属构件的性质,因而具有经济、适应性强等优点,广泛应用于酸洗冷却水系统、油田注水等。

防止金属腐蚀的方法主要有哪些,各根据什么原理?

除金、铂等少数贵金属之外，绝大多数金属在空气和水中都会受到腐蚀。防止金属腐蚀的一个简单原理，就是把金属和腐蚀性的环境相隔离。防腐方法简单归纳如下：

（1）非金属保护层。将耐腐蚀的非金属物质，如油漆、喷漆、搪瓷、陶瓷、玻璃、沥青、高分子材料（如塑料、橡胶、聚酯）等，涂在要保护的金属表面上，使金属与腐蚀介质隔离。

（2）金属保护层。用耐腐蚀性较强的金属或合金，覆盖被保护的金属表面，覆盖的方法有电镀、热喷镀、真空镀等。按防腐蚀的电化学性质来说，保护层可分为阳极保护层和阴极保护层。阳极保护层金属的标准电极电位比基体金属低，例如镀锌铁板，锌为阳极，铁为阴极。阴极保护层金属的标准电极电位比基体金属为高，例如镀锡铁板，锡为阴极，铁为阳极。就保护层将金属和环境隔离的作用而言，两种保护层无原则区别。但当保护层受到损坏变得不完整时，情况就不同了。如前所述，阴极保护层将使基体金属成为阳极，造成孔蚀。阳极保护层，如镀锌铁板，此时锌为阳极，基体金属铁是阴极，受到腐蚀的是镀层锌，而非铁。直到镀层受到相当大的破坏，不能对基体金属起到保护作用时，基体金属才开始腐蚀。

（3）电化学保护。

①牺牲阳极保护：将标准电极电位较低的金属和需要保护的金属连接起来，构成电池。这时，需要保护的金属因电极电位较高成为阴极，不受腐蚀，得到保护。另一个电极电位较低的金属是阳极，被腐蚀。例如，海上航行的船舶，在船底四周镶嵌锌块。这时，船体是阴极，受到保护，锌块是阳极，代替船体被腐蚀。这种保护法是保护了阴极，牺牲了阳极，故称牺牲阳极保护法。

②阴极保护：这是利用外加电源来保护金属。把需要保护的金属接在负极上，成为阴极而免除腐蚀。另外取一些铁块接到正极上，使之成为阳极，让其腐蚀，实际上也是牺牲阳极。和上面的方法所不同的是，这里由外电源提供电流，而不是由电池本身提供电流。化工厂的一些酸性溶液贮槽或管道，以及地下水管、输油管等，常用这种方法防腐。

③阳极保护：这也是利用外加直流电源来保护金属。但把需要保护的金属接在正极上，成为阳极。按理这应该加速金属腐蚀。但对一些能形成保护性氧化膜的金属，并非一定加速金属腐蚀。相反，在适当正的电位范围内，由于阳极上氧化作用加剧，在金属表面上形成一个完整的氧化膜层，使金属得到保护，腐蚀电流明显下降。这种现象叫做金属的电化学钝化。阳极保护就是将能够钝化的金属，在外加阳极电流的作用下，使其钝化而得到保护。

（4）加缓蚀剂保护。

缓蚀剂是一种化学物质，将它少量地加入到腐蚀介质中，就可显著地减小金属腐蚀的速率。由于缓蚀剂用量少，简便而且经济，故是一种常用的防腐手段。缓蚀剂通常分为三类。

①钝化剂：一般是无机类的强氧化剂。例如，铬酸盐、硝酸盐、钼酸盐等。它们的作用就是使腐蚀介质具有更强的氧化性，使金属表面保持完整的氧化膜。其作用和电化学的阳极保护异曲同工。

②有机缓蚀剂：其中包括酸洗缓蚀剂和抗蚀油脂。钢铁的酸洗是许多加工过程的必不可少的预处理工序，目的是除去钢铁表面的氧化物，但这个过程必然也会使金属本身受到腐蚀。为了减少金属的腐蚀，在酸洗时必须加入缓蚀剂。这种缓蚀剂通常有：邻位和对位的甲苯硫脲、丙硫醚、二戊基胺、甲醛、对位硫甲酚等。其作用机理是：缓蚀剂被普遍地吸附于钢铁的表面，使得钢铁酸洗时引起腐蚀的电极反应受到阻化。有的缓蚀剂可以提高氢的超电压，使氢离子还原的阴极反应受阻；有的缓蚀剂可使铁氧化为二价铁离子的反应受阻，使阳极极化。但一般认为，缓蚀剂可以同时减慢阴极和阳极的反应，使钢铁的腐蚀速率明显降低。

抗蚀油脂用于金属材料和制件在运输和贮藏期间的暂时防腐，它主要由油、脂或蜡等加入少量有机添加剂组成。这种有机添加剂一般是极性化合物，可吸附于金属表面。其作用机理相似于酸洗缓蚀剂，所不同的是，要求抗蚀油脂中的添加剂在近中性的条件下发生作用，而酸洗缓蚀剂要求在酸性条件下发生作用。作为抗蚀油脂中的添加剂的有机物质通常为：有机胺类、环烷酸锌、各种石油产品氧化的产物、磺化油的碱金属和碱土金属的盐等。

③气相缓蚀剂：气相缓蚀剂是一种能挥发，但蒸气压较低且其蒸气具有防腐作用的物质。它主要用于重要机器零件（如轴承等）在贮藏和运输过程中的防腐。其防腐机理并不十分清楚，主要还是和气相缓蚀剂在金属表面的吸附有关。最有效也是使用最广的一种气相缓蚀剂是亚硝酸二环己烷基胺，这是一种无毒无气味的白色结晶，挥发较慢，在较好的封闭包装空间中，室温下对钢铁制件可以有一年的有效防腐期。它的缺点是，会加速一些有色金属如锌、锰、镉等的腐蚀，所以在使用时应特别注意制件中有无有色金属。

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