大气腐蚀性气体对金属材料的影响与防护

费敬媛

（中国第一汽车股份有限公司天津技术开发分公司）

所有金属材料以及制件在各种环境中加工、储存和使用时，不可避免地受到大气环境的作用，发生腐蚀、断裂，导致金属件的早期失效和损坏。在各类气体的有害物质中，SO2对金属的腐蚀影响最大。大多数专家认为：SO2很容易在金属表面催化作用下，被氧化成SO3，并在液膜中生成H2SO4，进一步加速金属腐蚀。基于此，文章阐述了如何提高金属材料的耐腐蚀性能。

1 大气中腐蚀性气体对金属产品的影响

大气中存在的腐蚀性气体对金属部件的影响最大。工业大气污染物中主要含有硫化物。由煤和其他矿物燃料的燃烧所释放的SO2被灰尘颗粒上的水分吸收，生成亚硫酸。此后又被尘粒上所进行的某种催化过程氧化为H2SO4，以极细微的小滴降落在暴露于大气中的金属表面上。其结果是大气中的污染物加上露水和雾的作用，在金属表面形成强腐蚀性的酸性水膜[1]。在实际大气环境中，腐蚀性气体种类很多，通常是多种气体相互作用，共同溶解在吸附水膜中，因此水膜是由多种化合物混合而成，例如在汽车零部件表面凝结出来的水膜。空气中的气体（N2，O2，CO2）、大气中的工业杂质（SO2、氨和氮的氧化物等）和盐等都会溶解在金属表面的水膜中，使之成为电解质溶液。因为汽车所在区域、环境不同，导致电解质浓度及pH值相差较大，潮态环境与湿态环境下形成的水膜pH值也相差较大，水膜pH值通常为5～9。

金属的腐蚀过程大多在金属表面发生，而高分子材料的腐蚀（气体、蒸汽和液体等）是向材料内部渗透、扩散，主要表现为老化、化学裂解、溶解和应力开裂等。高分子材料在一般大气环境中的老化是电子产品中最常见的腐蚀现象，电子电器产品因长时间使用发生的故障中，通常是因导电材料、电触点件、装配件中的金属发生腐蚀所致，而连接器在含有潮气和腐蚀性气体（如SO2，NO2）的环境工作时，其金属结构件、接触件表面有可能产生电化学腐蚀，影响连接器的电接触性能。通常在产品开发和质量控制上，要进行部件、材料在腐蚀性气体中的暴露试验，研究恶化程度是否符合耐环境性能的评价。

2 气体腐蚀的评价方式

传统的大气腐蚀评价是对产品腐蚀后状态的观察，是以产品质量和表面变化的观察及分析为主，直接测定腐蚀过程很难。目前针对腐蚀性气体可通过腐蚀试验对产品进行观测评价，例如：选用SO2腐蚀试验箱，按 GB/T 2423.19-81，GB/T 10125-97，GB/T 9789，IEC 60068-2-42/43以及其他相关标准进行适用于SO2和H2S的腐蚀试验。通过H2S对被测样品进行气体腐蚀，来考核对材料及其防护层的腐蚀能力，以及比较相似防护层的工艺质量，同时可考核某些产品抗腐蚀的能力。对金属材料的防护层以及工业产品进行加速腐蚀试验，可以迅速方便地重现喷涂与未处理过的金属表面的腐蚀过程。

3 加强和提高耐腐性能

3.1 改变锈层结构

用冶金或热处理的方法可以增强合金的耐腐性。在碳钢中加入适量的合金元素改变锈层的结构，能生成具有保护性的锈层，可提高金属的耐大气腐蚀性能。

3.2 涂覆层

采用覆盖防护层，把金属同促进金属腐蚀的外界条件（如水分、氧气等腐蚀性物质）尽可能地隔离开，这就要求覆盖层有一定的连续性和致密性，覆盖层可以分为金属喷镀层和非金属涂层2种。金属喷镀有电镀、复合镀及化学镀等；非金属涂层包括有机涂层（如塑料、电泳涂层、复合涂层等）和无机涂层（如陶瓷、搪瓷等）。覆盖层采用的工艺有渗镀、渗铬及渗铝等，也可采用电化学防蚀，即采用牺牲阳极来保护阴极，如利用镀锌或镀铝作为阳极，将被保护金属作为阴极，以牺牲阳极材料的方法使被保护金属不受腐蚀。在特殊情况下，有时也可以通过外加电源输入电流的方法，实现阴极保护，达到保护金属的目的。

3.3 改变金属构成

在炼钢时通过加入铬、镍、锰、硅、钒、钨、钛、钼、硼等元素，改变金属的组成，制成合金钢及不锈钢，可提高金属的抗蚀能力。也可以通过适当的热处理工艺和表面加工方法，改变金属表面的形态，适当提高金属表面的光洁度，来提高其耐腐蚀性[2]。

3.4 控制环境条件

一般环境的相对湿度低于35%时金属不易生锈；相对湿度在60%～70%时金属锈蚀缓慢。因此需降低金属所处环境的相对湿度，如使用降湿机降低库房湿度，或在密封的空间内，加入干燥剂。还可以采取充以惰性气体，如充氮封存或者进行真空处理。再有就是远离、清除腐蚀介质或降低其腐蚀性。

3.5 临时措施

临时性防锈措施包括使用防锈水、防锈油脂、气相缓蚀剂、可剥性塑料、防锈保护膜、防锈保护涂料、各种防锈纸和塑料薄膜包装等。

3.6 防腐设计

首先产品设计的形状、结构和连接方式要能够满足涂装工艺的要求，有利于空腔内溶液的顺利排出，尽可能地减少或消除腐蚀介质的渗入和滞留。对于涂装工艺无法保护的地方，应喷涂内腔防锈蜡等防锈材料。金属材料应选择耐腐蚀性较好的钢材，如镀锌钢板等，避免电化学腐蚀的发生。

4 结论

金属材料的腐蚀遵循着某些基本规律，掌握了这些规律，就可以预测某一具体金属在给定状态下会发生怎样的反应以及如何改善它的性能。因此，腐蚀试验才显得十分重要，腐蚀试验是产品质量控制中具有预测能力的一种有效手段。通过腐蚀试验考核金属的抗腐蚀能力，在此基础上加强和提高其耐腐蚀能力，有助于新合金的研究与开发，新合金会比正在使用的合金更便宜、更有效、更耐久和更安全。