金属材料的腐蚀与防护方法分析

王 曦

（海南大学材料科学与工程学院，海南 海口 570228）

1 金属材料腐蚀的原因

1.1 均匀腐蚀

均匀腐蚀的特征是腐蚀在整个金属表面上均匀发生。与其他形式的腐蚀相比，这种腐蚀危害最小。在设计中，可以根据经验考虑腐蚀裕度或选择合适的防腐材料来确保设备的强度要求和使用寿命。在石化工厂中，根据介质的腐蚀性，设备的预期使用寿命，耐腐蚀性和结构材料的成本来测量适当的腐蚀速率和腐蚀裕度。

1.2 电化腐蚀

电化腐蚀是由于金属和电解质溶液的电化学作用而导致的金属材料腐蚀。压力容器在用于形成电化学电池的同时可以以多种方式形成阴极区域。阴极区域可以是其他金属材料，腐蚀产物，杂质（例如金属中包含的炉渣），溶胀区域，低浓度区域等。其他变形区域等会形成腐蚀过程。在设计中，无论是在材料选择还是在结构上，都应尽可能减少上述面积[1]。

1.3 点蚀

点蚀是一种非常局部的腐蚀，会在金属表面形成孔。当形成形式腐蚀时，可能导致材料渗透腐蚀速率的经验数据将不再用于估计设备的使用寿命。许多因素会导致形成点蚀，凹坑的存在会加速腐蚀，加工良好的表面可以减少孔的腐蚀。

1.4 晶间腐蚀

晶间腐蚀发生在晶界处，并沿晶界的边缘深处发生，破坏了晶界的连接，从而大大降低了材料的机械性能。不容易看到金属损坏是突然的。

尽管材料损失很小，但这种腐蚀对设备非常有害。一个典型的例子是不稳定的不锈钢焊接接头的晶间腐蚀。在焊接过程中，由于焊缝附近的温度达到500℃至800℃，碳化铬沉淀在晶界处。为了防止这种腐蚀，可以采用焊接后的热处理，或者可以使用低碳（0.3%C）不锈钢或添加了钛或铌而稳定化的不锈钢[2]。

2 金属材料防护方法

2.1 改善金属环境

在减少和防止腐蚀方面，改善环境非常重要。例如，降低腐蚀性介质的浓度，从介质中除去氧气以及控制环境的温度和湿度可以减少并防止金属腐蚀。您还可以添加可以降低腐蚀性介质腐蚀速率的物质（称为防腐蚀剂），以减少和防止金属腐蚀。

2.2 在金属表面形成保护层

通过用各种保护装置覆盖金属表面，将被保护金属与腐蚀性介质分开是防止金属腐蚀的有效方法。工业上通常使用两种类型的保护层：非金属保护层和金属保护层。它们是通过化学，物理和电化学方法实现的。通过在金属表面上形成转化层并在金属表面上添加坚固的保护层，该方法达到了从大气中分离金属的目的，例如电镀，化学镀，氧化和磷酸盐。从而保护金属表面，可以被一层覆盖，甚至可以在金属表面上被氮化。合金金属表面，例如铅的渗透，铬的渗透等也可以使用油漆保护方法，用防锈材料涂覆金属，例如油漆、防锈油脂、塑料、橡胶、搪瓷、陶瓷等，该方法在国内外广泛使用[3]。

（1）金属磷化，通过在脱脂和脱灰后将钢制品浸入某种组成的磷酸盐溶液中在金属表面上形成水不溶性磷酸盐膜的过程称为磷酸盐处理。磷酸盐膜为深灰色至黑灰色，其厚度通常为5m至20m，并且具有出色的耐空气性和耐腐蚀性。该膜具有微孔结构，其具有强的涂料吸附性，并且当用作涂料底漆时，可以进一步提高耐腐蚀性。

（2）对于金属氧化处理，通过将钢产品添加到NaOH和NaNO2的混合溶液中以在表面上形成0.5m至1.5m厚的蓝色氧化膜（主要成分为FeO）来进行热处理，以达到目的。对于耐腐蚀钢，此过程称为上蓝或缩短上蓝。由于氧化膜具有优异的弹性和润滑性，因此不会影响零件的精度，因此精密仪器和光学仪器的零件，弹簧钢，薄钢板，细钢丝等通常以蓝色显示。

（3）非金属涂层，形成称为非金属涂层的保护层，可以通过在金属表面上涂覆非金属材料（油漆，塑料，搪瓷，矿物油脂等）来达到防腐蚀的目的。例如，船体，货车，水桶等经常被涂漆，车壳经常被涂漆，枪，机器经常被涂上矿物油脂。在金属表面上喷涂塑料（例如聚乙烯，聚氯乙烯，聚氨酯等）比喷涂要好。塑料覆层致密，清洁，色泽鲜艳，具有防腐和装饰双重作用。瓷釉是一种具有高SiO2含量和优异的耐腐蚀性的玻璃搪瓷，作为耐腐蚀的非金属涂料，广泛用于石油化工，制药，仪器仪表等工业领域和家庭用品中。

（4）金属保护层，一种保护涂层，通过在另一个要保护的金属产品的表面上镀金属而形成。旧金属通常称为涂层金属。除了电镀和化学镀之外，金属涂层的形成还包括诸如热浸，热喷涂，渗透和与真空电镀相同的方法。热浸镀是将金属部件浸入熔融金属中以形成金属涂层的方法，并且用作热浸涂层的金属是低熔点金属，例如Zn，Sn，Pb，Al。热浸镀锌主要用于钢管，钢板，钢带和钢丝，使用最广泛。热浸镀锌用于薄钢板和食品加工的存储容器。热浸镀锌主要用于化学腐蚀防护和涂层电缆，热浸镀锌铝主要用于钢部件的抗高温氧化性。金属表面保护层所需的油漆薄层不能提供屏蔽效果。由于聚合物具有一定程度的透气性，因此结合孔的直径大于水和氧分子的直径，如果涂层较薄，则可以自由通过。除了选择透气性低的成膜材料和阻隔性低的固体膜外材料以改善涂层的不渗透性之外，还必须同时增加涂层的数量以使涂层能够达到。即使成分相同，干燥后，表面和内部也必须完美地匹配为一层，因此每一层都必须完全附着以形成均匀而坚实的整体。通过改善涂层对非金属的附着力，可以防止金属长时间腐蚀。

2.3 电化学保护方法

电化学保护是一种通过基于电化学原理对金属设备进行作用而腐蚀电池阴极以防止或减少金属腐蚀的方法。

（1）牺牲阳极保护方法。在牺牲阳极保护方法中，具有比保护金属的电极电位低的电极电位的金属或合金用作正极，并固定到保护金属上以形成腐蚀性电池，并且保护金属用作负极。通常用于牺牲阳极的材料是铝，锌及其合金。此方法通常用于保护海水，各种金属设备和零件的船体，并防止大型设备（例如储油罐）和管道的腐蚀。

（2）阳极保护方法。所谓的阳极保护法是指电解质中的金属，并提供一定量的阳极电流。在金属表面上形成具有高耐腐蚀性的钝化膜，并且可以用少量的阳极电流来保持该钝化膜。类似于该防止电解质中的金属腐蚀的方法，钝化膜层的存在是阳极保护方法。阳极保护法是一种新的防锈技术，自1960年代以来仅在国外使用，目前主要用于硫酸和磷酸等简单设备的防锈。自1970年代以来，我国也应用这种方法取得了一定的成果。例如，福建化工厂小氨分厂的碳化塔冷却液箱实现了阳极保护，使冷却液箱的寿命延长了3倍以上。由于阳极保护，难以控制金属电极的电势。某些限制仍然适用于该技术在媒体中的推广和应用。

3 结语

腐蚀破坏正在蔓延到国民经济和国防建设的各个领域。随着工业的发展，在高参数的条件下密集的生产过程已被广泛采用。这些生产过程通常涉及在诸如高温，高压，强腐蚀性介质，高负荷应力或高热流和高质量流的高参数条件下的硬化操作，这增加了对材料保护的需求。如果不能可靠地解决腐蚀问题，将导致突然和恶意的事故，巨大的经济损失以及严重的社会后果。腐蚀损坏不仅导致设备过早失效，而且还导致突发和恶意事故，巨大的经济损失和严重的社会后果。腐蚀防护不仅是安全生产的要求，对于建立某些新兴产业也是必要的，也是使用新技术的先决条件。因此，腐蚀科学与防护技术的研究与开发将直接影响国民经济以及国民经济和国防建设各部门的安全，经济利益和发展水平。随着我国科学技术的发展，防止空气污染腐蚀金属的方法越来越多。效果将会越来越好，受到越来越多人的欢迎。这些方法也会对自然环境更加和谐，减少对环境的污染以及生态环境的破坏。