金属材料腐蚀与防护机理研究述评

黄国亮，薛蔓凌，字映竹

（昆明理工大学材料科学与工程学院，云南 昆明650000）

1 金属腐蚀机理及分类

金属腐蚀是指，金属材料与所处的环境介质之间发生一定程度的化学、电化学或物理作用，从而引发的变质的现象。金属材料的腐蚀，本身是一个十分复杂的过程，因此在受到不同外力的作用下，会导致不同类型的腐蚀状态发生，相应地，会存在不同的分类方法。其中，宋海军在《浅谈金属材料的腐蚀与防护》一文中指出，“金属腐蚀的分类，按照金属的腐蚀机理，可以分为化学腐蚀和电化学腐蚀两大类，其实质都是因为被氧化，导致金属原子转化成金属阳离子的过程。”[1]而杨世伟，常铁军的《材料腐蚀与防护》一书在有关金属材料腐蚀分类的问题上阐述的很全面，除了指出化学腐蚀和电化学腐蚀的两种金属腐蚀的机理，又补充了两种——物理腐蚀和生物腐蚀。同时，又按照腐蚀的环境、形态进行分类。它指出，根据腐蚀的环境，腐蚀可以分为干腐蚀和湿腐蚀两大类，干腐蚀可以细分为失泽和高温氧化两种；湿腐蚀可以细分为大气腐蚀、土壤腐蚀、海水腐蚀、微生物腐蚀以及工业介质中的酸碱盐溶液的腐蚀、工业水中的腐蚀及高温高压水中的腐蚀。按照形态分为全面腐蚀（或均匀腐蚀）以及局部腐蚀两种。他认为，局部腐蚀包含的破坏形态较多，相较于均匀腐蚀，它对金属的危害也大很多，又将局部腐蚀分为：电偶腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、剥蚀、丝状腐蚀和选择性腐蚀等七种[2]。

2 影响金属腐蚀的因素

除了上述机理之外，影响金属材料腐蚀的因素还有很多。例如空气的湿度、空气的温度、空气中污染物、酸碱盐以及氧气、雾特性和ph值等等。例如，冯宁宁在《浅谈金属腐蚀与防护方式》中分析，“腐蚀反应的速率重点是基于水分的产生，假如到达或者超越特定的相对湿度，腐蚀就会以较快的速度出现和恶化。”[3]同时指出，“环境温度以及环境温度变化的规律影响金属表面的水份凝聚，进而加快电化学腐蚀的反应速度”[4]。另外，空气中的常见的污染物多为酸性气体，这类气体在腐蚀的速度上同样起到加速作用。而任圣凯、王金红通过《金属材料的腐蚀和防护》一文，从海水对金属腐蚀的角度出发，分析了几点影响腐蚀的环境因素。他认为，盐水溶液的组成、盐水的浓度以及盐雾形成的特性可以决定金属材料腐蚀的速度。指出，“不同成分和不同浓度的盐水喷雾对金属材料的腐蚀速度有所不同，浓度过高，湿度相对降低，固体盐分结晶析出反而降低腐蚀强度。”[5]另外，“当海水流量加大时，供氧加快，腐蚀速度也相应提高。而海水中的PH值愈小，腐蚀速度也愈快。”[6]

3 金属腐蚀的危害

金属材料的腐蚀所带来的危害是巨大的，不仅仅表现在经济危害层面上，对于资源和环境，甚至社会公共安全方面都产生严重影响。张玉玺的《浅谈金属腐蚀与防护》从经济层面对金属腐蚀的危害进行探讨，“金属腐蚀一方面会造成金属器械的直接损耗，另一方面因为金属腐蚀而导致机械在生产操作过程中经济效益不达标，”[7]因此带来的经济损耗不可估计。

据资料显示，我国每年因金属材料腐蚀造成的损失占GDP的5%，每年约造成的经济损失达5000亿元[8]。此外，从资源浪费和环境污染的角度上分析，《金属腐蚀学》一书中提供了一组调查数据，该数据指出，“每年由于金属材料的腐蚀大约使10%～20%的金属损失掉了，如果按照每年产钢一亿吨来计算的话，那么每年就会有1000万吨的钢材被腐蚀掉”[9]。而这组数字，可以说是相当于一个大型钢铁企业的一年的钢产量，因此，由金属腐蚀造成的资源消耗的严重性可见一斑。

不仅如此，因为金属材料的腐蚀，在石油化工、农业、造纸等工业中，造成该设备的损害、有害物质泄露的现象时有发生，严重污染周边环境，威胁周边人们的健康。同时，因为金属材料腐蚀造成的灾难性事故，从而破坏公共安全的现象屡见不鲜，如《材料腐蚀与防护概论》一文中记载：“天然气井的套管因应力腐蚀裂开，造成井喷和爆炸；化工厂乙烯原料储蓄罐因为硫化物质腐蚀而引发大火，造成人员伤亡；波音747客气由于应力腐蚀断裂坠毁等等”[10]。而这些因金属腐蚀造成的经济财产损失以及人员伤亡现象并非不可以避免。

只要做好金属材料腐蚀的防护和控制，就可以避免上述这些现象发生，在减少经济损失的同时能增加经济效益，保护生态环境不被破坏。

4 金属材料的防腐方法

除了研究金属材料腐蚀的机理、危害之外，目前的国内外学者更多会把研究重点放在金属材料的防腐方法上，让其更有针对性的应用在日常生产生活中。目前学术界在防护的手段和方法上的研究日益丰富，见解不一，但在本质上基本保持一致。

因为金属材料腐蚀的机理及影响腐蚀的因素有所不同，因此在防腐技术上除了要兼顾材料本身之外，还要兼顾环境因素两个方面。《现代材料腐蚀与防护》一书中指出，防护技术要从两方面入手，“第一，要改变材料的成分、表面处理工艺和工程结构设计；第二，要改变周围环境，包括对介质的处理，使用缓蚀剂或者是能将环境隔离的涂层。”[11]

具体来说，以姚乐等人的《金属材料的腐蚀与防腐的研究进展》一文为例，他提出了三种比较常见的方法，即“金属和非金属覆盖法”、“电化保护法”、“缓蚀剂保护法”。首先指出，非金属材料涂层可以采用喷漆、玻璃、聚酯和搪瓷等方式，来达到隔离金属与媒介的目的，提高金属材料耐腐蚀性能。而金属覆盖一般采用电镀的方式，按照电镀金属的电势，对阴极保护层或阳极保护层进行破坏，从而保护金属本身。其次，介绍了电化保护法，阐述电化保护法的机理是利用点解池原理转化要保护的金属的电位，促使金属“钝化”或者起到抑制金属腐蚀的作用。最后对缓蚀剂保护法进行说明，指出缓蚀剂的操作原理是，在金属周围产生有害介质中加入少量的减缓腐蚀速度的物质，来达到防止金属腐蚀的目的。作者认为，缓蚀剂用量较少，而且方便经济，利用的比较广泛[12]。

石生泰、徐克薰、顾里之在《金属腐蚀和防护的研究发展概况》一文中更为详细的阐述了三种防腐方式。首先介绍了表面保护的8种方法，如涂层、电镀、热喷漆、表面合金化、机械镀、离子气相沉积、离子注入、激光非晶态处理法等；其次，对电化学保护法的阴极保护和阳极保护进行系统分析；最后简单介绍了缓蚀剂的发展动态，如水系统、酸系统、石油天然气系统和大气系统中的缓蚀剂使用成分，[13]在金属材料防腐方式上的研究中价值较高。此外，张秀荷等人在《金属材料的防护与腐蚀》一文，从井下腐蚀和海洋腐蚀两个角度，对金属材料腐蚀的防护进行探析，并指出今后金属腐蚀防护的发展方向，他认为，“高温、高压、强腐蚀性介质、高负荷应力或高热流、高质流等高参数条件下的强化操作，对材料保护提出愈来愈高的要求。因此，要不断促进腐蚀科学与保护技术的研究和发展，来切实解决腐蚀问题。”[14]

5 结语

由上观之，金属材料腐蚀与防护已经成为一门重要的学科。它涉及到我国经济发展过程中重要的经济领域，因此获得正确的、有效的防腐技术，可以遏制或防止腐蚀的产生，可以最大限度的减少由金属材料腐蚀造成的经济损失和其他危害。

就目前的研究成果来看，国内有关金属材料腐蚀和防护的研究日益丰富，研究范围不断扩大，内容和角度也更加多元，研究也日趋向实用性发展[15,16]。

本文通过对金属腐蚀和防护的研究成果进行综述，希望对今后这一课题研究的有所助益。以此作述，有不当之处，敬请指正。

参考文献

[1]杨德钧，沈卓身.金属腐蚀学.冶金工业出版社,1999.05.

[2]梁永纯，聂铭，马元泰，林介东.电力设备金属材料腐蚀与防护技术.中国电力出版社,2017.11.

[3]孔小东，胡会娥，苏小红.金属腐蚀与防护导论.科学出版社,2016.12.

[4]何业东，齐慧滨.材料腐蚀与防护概论.机械工业出版社,2005.04.

[5]杨世伟，常铁军.材料腐蚀与防护.哈尔滨工程大学出版社,2003.10.

[6]黄永昌，张建旗.现代材料腐蚀与防护.上海交通大学出版社,2012.09.

[7]吴雄利.浅谈金属材料腐蚀及防护对策.中国化工贸易.2017.第6期.

[8]程佳；孙锦辉；杜猛.对金属材料的腐蚀与防护分析.中国科技投资.2016.第9期.

[9]王德勇.金属材料的腐蚀与防护.民营科技.2015.第7期.

[10]张建鑫.金属材料的腐蚀与防护.黑龙江科技信息.2014.第21期.

[11]张秀荷；杨莲慧；王海涛；张志春.金属材料的腐蚀与防护.2014.第36期.

[12]宋海军.浅谈金属材料的腐蚀与防护.中小企业管理与科技.2008.第18期.

[13]郭玉环.浅谈金属材料的腐蚀因素与防护.广东化工.2013.第10期.

[14]郭淮政.金属的腐蚀问题与有效防护思考.中国科技纵横.2018.第2期.

[15]张玉玺.浅谈金属腐蚀危害与防护.科技展望.2017.第27卷第7期.

[16]隽佳.浅谈金属防腐蚀的特点及应用.城市建设理论研究.2016.第10期.