金属材料的腐蚀与防护措施研究

王亚健

前言

随着我国经济快速发展，钢铁等金属材料的产量和消耗量日益增大，这些金属材料在长期使用过程中，面临的一个主要问题就是腐蚀问题，腐蚀会造成材料损坏，影响其性能作用的有效实现。为确保金属材料的使用性能，明确金属材料腐蚀的原因，采取科学的防腐措施，实现金属材料性能的优化，延长金属材料使用寿命已成为相关领域研究的重点。

1 金属材料的腐蚀及其危害

1.1 金属材料的腐蚀

金属材料的腐蚀是指金属材料与其周围介质接触时发生化学或电化学反应而引起的一种破坏金属材料自身的现象。自然界中，大部分金属以其各种化合物形式存在，而金属元素的化学活性通常高于其化合物，因此这些金属会自发地演变成它们在自然界中的本身存在状态，所以金属腐蚀是自发的、普遍存在的一种现象，是不可避免的。

根据金属材料腐蚀发生的机理，通常可将腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀。化学腐蚀是指金属材料与周围介质中存在的非电解质发生接触后，发生了氧化还原化学反应，是金属表面的原子与腐蚀介质产生直接作用而形成的腐蚀现象，如金属材料在有机溶液（芳香烃、原油等）中所发生的腐蚀。电化学腐蚀主要是指金属材料与电解质进行接触后，金属表面与电解质溶液发生化学反应，进而形成吸氢腐蚀或析氢腐蚀的腐蚀现象，如碳钢与空气中的氧气、二氧化碳以及水等发生吸氧或析氢作用，最后变成铁锈。

1.2 腐蚀的危害

腐蚀会弱化金属材料的强度和机械性能，缩短其使用寿命，甚至造成金属材料无效化，造成经济损失。据报道，我国2014年由腐蚀造成的经济损失就已超过2万亿人民币。在世界范围内，腐蚀引起的经济损失超出想象。腐蚀引起的损失还包括金属冶炼与回收金属时消耗的能源[1]。同时腐蚀也会引起土地资源和水资源的污染。腐蚀还会造成工业设备、桥梁建筑和船舶等设备设施的损坏，轻则造成经济损失，重则会危害人身安全，许多的事故就是由腐蚀直接或者间接导致的。因此，金属材料的防腐蚀研究意义重大。

2 金属材料的腐蚀防护措施

2.1 科学合理的选材

科学合理的选材是金属材料防腐措施中的基础措施。①应对材料的应用环境及潜在的腐蚀因素进行调研分析，根据分析结果选择。②建立模拟环境进行测试实验或进行数值模拟预测研究[2]，根据模拟测试结果合理选用满足使用需求的材料。此外，应综合衡量材料的经济性和耐腐蚀性，选用不同层次的耐蚀合金，如304、316型等通用不锈钢、奥氏体不锈钢（20号合金）和钛、钛合金及锆材等。

2.2 改善金属材料构成

基于现代科学技术与制造工艺技术高速发展的基础上，对不同性能的金属材料进行优化设计，或在原金属材料的基础上适当添加其他材料或合金元素进行整体性能的提升，从而增强材料的抗腐蚀性，防止或减缓腐蚀，如在普通的碳钢中加入镍铬等元素制成不锈钢可以增强防腐蚀能力。

2.3 控制和改善腐蚀环境

通过控制和改善腐蚀环境对减缓和防止腐蚀现象的发生同样具有重要意义。例如减少腐蚀介质的浓度、除去介质中的氧、控制环境温度和湿度等因素都可以减缓和防止金属的腐蚀。此外，也可向腐蚀介质中添加能降低腐蚀速率的物质（缓蚀剂）来减缓和防止腐蚀现象的发生[3]。

2.4 电化学保护

电化学保护法是根据电化学原理在金属材料上采取相应的措施，使之成为腐蚀电池中的阴极，进而防止或减缓材料腐蚀的发生。一种是通过外加电流，使要被保护的金属成为阴极，而另外一极则为阳极，从而使得阴极金属被保护免于遭受腐蚀。另一种方法则是牺牲阳极保护法，即将还原性较强的金属作为保护极，与被保护金属相连构成原电池，还原性较强的金属将作为负极发生氧化反应而消耗，被保护的金属作为正极就可以避免腐蚀。电化学保护法通常用于海水、河流中的船舶、设备或土壤中管道设备的腐蚀防护工作，常用的牺牲阳极材料有镁阳极、锌阳极和铝阳极等。

2.5 表面涂层防护

通过在金属表面涂装保护性覆盖层，隔绝金属与腐蚀介质之间直接接触，或者利用涂装层对基本金属的电化学保护或缓蚀作用，从而达到防止金属腐蚀的目的。金属的表面处理方法有很多种，保护性覆盖层的形成主要以金属镀层、非金属涂层为主，处理工艺主要有电镀、化学镀、机械镀、表面涂覆等工艺方法。其中电镀技术具有工艺简单，工艺参数易于控制，成本低等优点，在金属防腐中被广泛应用[4]。

3 结束语

综上所述，金属材料具有重要的应用价值，金属材料的腐蚀防护工作也是科技工作者研究的重要课题。目前，随着对金属材料腐蚀工作的深入研究，金属材料防腐技术与工艺已取得了一定的成效，但部分具备强抗腐蚀能力的新材料由于成本原因在推广使用过程中受到限制，一些防腐工艺方法也面临危害环境、工艺成本高、操作条件复杂等问题。因此，进一步开展金属材料的腐蚀防护措施研究具仍有重要研究价值与现实意义。

[1]王彩云.金属腐蚀的危害及防护[J].机械管理开发，2012（5）：111～112.

[2]吴海鹏，王正曦，梁钊源，等.数值模拟在金属腐蚀与防护领域的应用研究现状[J].重庆理工大学学报（自然科学），2018（3）：142～148.

[3]白煜磊，王潇，张志向.电化学法研究金属防腐的新进展[J].天津化工，2018（1）：3～5.

[4]喻济兵.电镀锌技术在工业中的发展和应用[J].船电技术，2018（2）：35，49.