金属腐蚀与防护分解.doc

金属材料的腐蚀与防护 　　金属材料在周围介质作用下发生化学和电化学作用而引起的破坏称为金属材料的腐蚀，如铜发绿锈、铝生白斑点、铁生锈等。除少数贵金属（如金、铂）外，各种金属都有转变成离子的趋势，即金属腐蚀是自发的普遍存在的现象。 　　金属被腐蚀后，在外形、色泽以及机械性能方面都将发生变化，造成设备破坏、管道泄漏、产品污染，酿成燃烧或爆炸等恶性事故以及资源和能源的严重浪费，这些损失比设备的价值通常要大得多。世界上每年被完全腐蚀的钢铁约占当年钢产量的10%，就中国而言，每年被完全腐蚀的钢铁达1000多万吨，约相当于一个宝钢的年产量。据不完全统计，中国2000年腐蚀造成的损失为5000多亿元人民币，占中国当年国民生产总值的5%，比当年遭受的自然灾害的总和要大得多，大约为4倍左右。材料的腐蚀严重阻碍科学技术的发展，许多新工艺研制出来后，由于腐蚀问题得不到解决而迟迟不能大规模工业化生产，如由氨与二氧化碳合成尿素工艺早在1915年就试验成功，一直未能工业化生产，直到1953年，在发明了设备的耐蚀材料（316L不锈钢）后，才得以大规模生产。因此，研究腐蚀机理，采取防护措施，对经济建设有着十分重大的意义。 　　10．1．2腐蚀的类型 　　由于金属材料腐蚀机理较复杂，因此腐蚀的分类方法很多。 　　（1）按腐蚀反应的机理分类 　　○1化学腐蚀　化学腐蚀是指金属材料与干燥的气体或非电解质溶液发生化学作用而引起的腐蚀，如金属在铸造、锻造、热处理过程中发生的高温氧化，各种管式炉的炉管受高温氧化以及金属在苯、含硫石油、乙醇等非电解质中的腐蚀。化学腐蚀的特征是只有氧化－还原反应，无电流产生。化学腐蚀通常为干腐蚀，腐蚀速率较小。 　　化学腐蚀后若能形成致密、牢固的表面膜，则可阻止外部介质继续渗入，起到保护金属的作用。如铝与氧形成Al2O3、铬与氧形成Cr2O3等都属于这种表面膜。 　　○2电化学腐蚀　电化学腐蚀是指金属与电解质溶液发生电化学作用而引起的腐蚀，如金属在酸、碱、盐溶液、土壤、海水中的腐蚀。电化学腐蚀时，介质与金属的相互作用被分为阳极反应和阴极反应两个独立过程。阳极反应过程是金属原子直接转移到溶液中，形成水合金属离子或溶剂化金属离子；阴极反应过程是留在金属内的过量电子被溶液中的电子接受体或去极化剂接受而发生还原反应。电化学腐蚀的特征是腐蚀过程中有电流产生，腐蚀速率比化学腐蚀大得多。 　　（2）按腐蚀形态分类 　　○1全面腐蚀　全面腐蚀是材料表面较均匀地遭受腐蚀，如非合金钢在强酸、强碱中发生的腐蚀。这是一种质量损失较大而危险性相对较小的腐蚀，可按腐蚀前后质量变化或腐蚀深度变化来计算腐蚀率。 　　○2局部腐蚀　局部腐蚀是指金属的局部区域产生的腐蚀，由于这种腐蚀的分布、深度很不均匀，常在整个设备较好的情况下，发生局部穿孔或破裂，且不易发现，所以危害性很大。常见的局部腐蚀将于10．3节介绍。 　　（3）按腐蚀的环境分类 　　按腐蚀的环境分类可分为大气腐蚀、水和蒸汽腐蚀、土壤的腐蚀及化学介质腐蚀等。 　　10．2金属材料防护的基本措施 　　为了防止和减轻金属材料的腐蚀，应采取一定的防腐措施。常用的防腐基本措施有化学保护层、表面覆盖层、电化学保护、缓冲剂保护等。 　　10．2．1化学保护层 　　化学保护层是用化学或电化学方法使金属表面上生成一种具有耐腐蚀性能的化合物薄膜，以隔离腐蚀介质与金属接触来防止对金属的腐蚀。常用的方法有金属表面磷化处理、金属表面钝化处理和金属表面氧化处理等。 　　（1）金属表面磷化处理 　　金属表面磷化处理就是将金属制品去油、除锈后，放入锰、锌、镉的磷酸盐溶液中浸泡，即可在金属表面生成一层不溶于水的磷酸盐保护膜的过程。磷化膜厚度一般为5 μm～20 μm，在大气中有较好的耐蚀性和绝缘性。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）金属表面钝化处理 　　金属表面钝化处理是指将金属制品放入含铬酸盐的钝化液中浸泡，生成一层具有一定的防腐性能的三价或六价铬化层的过程。钝化液主要成分为铬酸盐及少量的磷酸、硫酸（或硝酸）等溶液，再加入氯化铁、硝酸银等控制膜的生成与厚度。有色金属如铝、镁、锌、锡等以及钢铁都能通过钝化处理生成钝化层。 　　（3）金属表面氧化处理 　　金属表面氧化处理是指金属表面与氧或氧化剂作用而形成致密的氧化膜，以防止金属腐蚀的方法，如钢铁的氧化（发兰）、铝的电化学氧化等，常用于机械、精密仪器、仪表、武器和日用品的防护和装饰。氧化处理方法有碱性氧化法、酸性氧化法等。 　　10．2．2表面覆盖层 　　用耐蚀性良好的金属或非金属材料覆盖在耐蚀性较差的被保护材料表面，将被保护材料与腐蚀性介质隔开，以达到控制腐蚀的目的，这种保护方法称为表面覆盖层保护法。该方法是应用最普通、最重要的防腐方法，它不仅能大