為金屬材料披上“防護(hù)衣”

朱彥錦

近年來(lái)，人們對(duì)金屬腐蝕的危害關(guān)注度越來(lái)越高，如金屬構(gòu)件在大氣中生銹，船舶遭受海水和微生物的腐蝕，埋藏在地下的輸油、輸氣管線因土壤和細(xì)菌的腐蝕而發(fā)生穿孔，化工機(jī)械由于常與強(qiáng)腐蝕性酸、堿、鹽介質(zhì)接觸而使用壽命縮短等。

據(jù)報(bào)道，每年我國(guó)因金屬腐蝕造成的損失約占國(guó)民生產(chǎn)總值的4%，因此采取有效的防腐蝕措施來(lái)減緩金屬材料的腐蝕速度，對(duì)延長(zhǎng)設(shè)備壽命、降低成本、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率都具有十分重要的意義。

一、金屬材料的腐蝕機(jī)理

1.金屬腐蝕的發(fā)生

金屬受周?chē)橘|(zhì)的化學(xué)及電化學(xué)作用而被破壞，這種現(xiàn)象叫金屬的腐蝕。由于腐蝕導(dǎo)致的金屬破壞都是先從表面開(kāi)始，所以金屬表面的破壞程度最大。

2.金屬腐蝕的分類(lèi)

按腐蝕機(jī)理可以將金屬腐蝕分為化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕兩大類(lèi)。化學(xué)腐蝕就是金屬與接觸到的物質(zhì)直接發(fā)生氧化還原反應(yīng)而被氧化損耗。電化學(xué)腐蝕則是金屬表面與離子導(dǎo)電的介質(zhì)因發(fā)生電化學(xué)作用而產(chǎn)生破壞。不論是化學(xué)腐蝕還是電化學(xué)腐蝕，金屬腐蝕的實(shí)質(zhì)都是金屬原子被氧化成金屬陽(yáng)離子的過(guò)程。

二、金屬的防護(hù)方法

1.改變金屬的組成

根據(jù)不同的用途選擇不同的材料組成耐腐蝕合金，或在金屬中添加合金元素，提高產(chǎn)品的耐腐蝕性。如不銹鋼材料，就是通過(guò)在鋼鐵中加入12%至30%的金屬鉻而改變鋼鐵原有的組成，使其不易被腐蝕。

2.改善金屬所在的環(huán)境

如減少腐蝕介質(zhì)的濃度、去除介質(zhì)中的氧、控制環(huán)境溫度、濕度等都可以減少或防止金屬被腐蝕。

3.在金屬表面形成保護(hù)層

在金屬表面覆蓋各種保護(hù)層，把被保護(hù)金屬與腐蝕性介質(zhì)隔開(kāi)，是防止金屬腐蝕的有效方法。目前主要有以下幾種保護(hù)層的防護(hù)方法。

（1）磷化處理

鋼鐵制品去油、除銹后，放入特殊配制的磷酸溶液中浸泡，即可在金屬表面形成一層不溶于水的磷酸鹽薄膜，這一過(guò)程叫磷化處理。磷化膜呈暗灰色或黑灰色，厚度一般為5um至20um，在大氣中有較好的耐腐蝕性。

（2）氧化處理

將鋼鐵制品置于NaOH的混合溶液中加熱處理，其表面即可形成一層厚度約為0.5um至1.5um的藍(lán)色氧化膜（主要成分為Fe3O4），此過(guò)程稱(chēng)為發(fā)藍(lán)處理。這種藍(lán)色氧化膜具有較大的彈性和潤(rùn)滑性，不會(huì)影響零件的精度，故精密儀器和光學(xué)儀器的部件、彈簧鋼、薄鋼片、細(xì)鋼絲等常用這種防腐蝕方式。

（3）非金屬涂層

將非金屬物質(zhì)如油漆、塑料、搪瓷、礦物性油脂等涂在金屬表面上形成的保護(hù)層，稱(chēng)為非金屬涂層。如船身、車(chē)廂常被涂上油漆等。

（4）金屬保護(hù)層

金屬保護(hù)層是將一種金屬鍍?cè)诒槐Ｗo(hù)的金屬制品表面上而形成的保護(hù)鍍層。金屬鍍層的形成有電鍍、化學(xué)鍍、熱浸鍍、熱噴鍍、滲鍍、真空鍍等方法。

4.電化學(xué)保護(hù)法

電化學(xué)保護(hù)法是根據(jù)電化學(xué)原理在金屬設(shè)備上采取措施，使之成為腐蝕電池中的陰極，防止或減輕金屬腐蝕。

（1）犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法

犧牲陽(yáng)極保護(hù)法是用電極電勢(shì)比被保護(hù)金屬更低的金屬或合金做陽(yáng)極，固定在被保護(hù)金屬上，形成腐蝕電池，被保護(hù)金屬作為陰極而得到保護(hù)。犧牲陽(yáng)極一般常用的材料有鋁、鋅及其合金。此法常用于保護(hù)海輪外殼、海水中的各種金屬設(shè)備、構(gòu)件和防止巨型設(shè)備以及石油管路的腐蝕。

（2）外加電流的陰極保護(hù)法

將需要保護(hù)的金屬接在負(fù)極上，使之成為陰極而免除被腐蝕。另外取一些石墨接到正極上，使之成為輔助陽(yáng)極，實(shí)際上也是犧牲陽(yáng)極。與犧牲陽(yáng)極保護(hù)法不同的是，這種方法是由外電源提供電流。

盡管現(xiàn)在人類(lèi)已經(jīng)掌握了多種金屬防腐蝕的方法，但金屬材料腐蝕原因的多樣性對(duì)我們提出了更高的要求。隨著科技的發(fā)展，金屬腐蝕與防護(hù)科學(xué)也將呈現(xiàn)跨學(xué)科、多方向發(fā)展趨勢(shì)，我們需要為此進(jìn)行更深入的研究。（指導(dǎo)老師：李銀秀）