金屬的腐蝕與防護之我見

曉華

我國有色金屬工業近30年來發展迅速，產量連年來居世界首位，有色金屬科技在國民經濟建設和現代化國防建設中發揮著越來越重要的作用。人類文明的發展和社會的進步同金屬材料關系十分密切。繼石器時代之后出現的銅器時代、鐵器時代，均以金屬材料的應用為其時代的顯著標志。現代，種類繁多的金屬材料已成為人類社會發展的重要物質基礎。金屬已經滲透到我們生活的各個方面，我們隨處可見金屬。工業上更少不了它，幾乎所有機械設備都用到了金屬。但是金屬容易被腐蝕，據報道，全世界每年因金屬腐蝕造成的直接經濟損失約達7000億美元，我國因金屬腐蝕造成的損失占國民生產總值（GNP）的4%，由此可見，金屬的防護顯得尤為重要。

一、金屬腐蝕的種類

在金屬的腐蝕中，常見的有物理腐蝕、化學腐蝕和電化學腐蝕，但是電化學腐蝕是最主要也是最嚴重的的一類腐蝕。

物理腐蝕是指金屬由于單純的物理溶解作用所引起的破壞。許多金屬在高溫熔鹽、熔堿及液態金屬中可發生這類腐蝕。例如用來盛放熔融鋅的鋼容器，由于鐵被液態鋅所溶解，鋼容器逐漸被腐蝕而變薄。

化學腐蝕，如金屬鐵與干燥的高溫水蒸氣發生的反應，Fe直接將電子傳遞給作為氧化劑的水蒸氣，沒有電流產生，而且腐蝕產物FeO覆蓋在鐵的表面氣態的水要穿過該覆蓋層與鐵繼續反應就存在相當的阻礙，化學腐蝕難以繼續進行，FeO薄膜在一定程度上能對鐵基體起到保護作用。

電化學腐蝕則不同，例如鐵片同銀片接觸后比單純的鐵片在硫酸中的腐蝕速率要快的多，這是因為腐蝕介質是導電的，氫在銀表面析出的過電位比在鐵表面小得多，陰極析氫反應選擇在活化能較低的銀表面進行。而陽極反應Fe→Fe2+失去的電子自發地轉移到銀片上，H+從銀表面獲得電子形成氫氣析出。一般來講，一旦介質為離子導體時，腐蝕過程通常按電化學腐蝕的途徑進行。

電化學腐蝕的顯著特征是在被腐蝕的金屬表面形成了腐蝕原電池。這種腐蝕原電池的正極（陰極）和負極（陽極）出現在同一塊被腐蝕金屬的表面，形成一種特殊的短路原電池，這種原電池只會導致金屬材料的溶解、破壞，腐蝕反應釋放出來的化學能全部以熱能的形式耗散掉，沒有任何利用價值。

二、金屬的電化學防腐蝕

金屬的腐蝕包括陽極過程（即金屬溶解）陰極過程（即去極化劑接受陽極流過來的電子）電流的流動。以上任何一個環節受到抑制，腐蝕過程都會減緩。因此針對上述過程，我們可以采取比較有效的抑制措施實現對金屬保護的防護。

1、電化學保護

分為陰極保護法和陽極保護法。陰極保護法是最常用的保護方法，又分為外加電流和犧牲陽極。其原理是向被保護金屬補充大量的電子，使其產生陰極極化，以消除局部的陽極溶解。適用于能導電的、易發生陰極極化且結構不太復雜的體系，廣泛用于地下管道、港灣碼頭設施和海上平臺等金屬構件的防護。陽極保護法的原理是利用外加陽極極化電流使金屬處于穩定的鈍態。陽極保護法只適用于具有活化-鈍化轉變的金屬在氧化性介質（如硫酸、有機酸）中的腐蝕防護。在含有吸附性鹵素離子的介質環境中，陽極保護法是一種危險的保護方法，容易引起點蝕。在建筑工程中，地溝內的金屬管道在進出建筑物處應與防雷電感應的接地裝置相連，不僅可實現防雷保護，而且通過外加正極電源，實現陽極保護而防腐。

2、研制開發新的耐腐蝕材料

解決金屬腐蝕問題最根本的出路需大膽創新的第五大對策，即研制開發新的耐腐蝕材料如特種合金、新型陶瓷、復合材料等來取代易腐蝕的金屬。方法差別較大，但其宗旨是改變金屬內部結構，提高材料本身的耐蝕性.例如，在某些活性金屬中摻入微量析氫過電位較低的鈀、鉑等，利用電偶腐蝕可以加速基體金屬表面鈍化，使合金耐蝕性增強.化工廠的反應罐、輸液管道，用鈦鋼復合材料來替代不銹鋼，使用壽命可大大延長。

3、緩蝕劑法

向介質中添加少量能夠降低腐蝕速率的物質以保護金屬。其原理是改變易被腐蝕的金屬表面狀態或者起負催化劑的作用，使陽極（或陰極）反應的活化能壘增高。由于使用方便、投資少、收效快，緩蝕劑防腐蝕已廣泛用于石油、化工、鋼鐵、機械等行業，成為十分重要的腐蝕防護手段。

4、金屬表面處理

于金屬接觸環境使用之前先經表面預處理，用以提高材料的耐腐蝕能力.例如，鋼鐵部件先用鈍化劑或成膜劑（鉻酸鹽、磷酸鹽等）處理后，其表面生成了穩定、致密的鈍化膜，抗蝕性能因而顯著增加。

5、金屬表面覆蓋層

包含無機涂層和金屬鍍層，其目的是將金屬基體與腐蝕介質隔離開，阻止去極化劑氧化金屬的作用，達到防腐蝕效果.常見的非金屬涂層有油漆、塑料、搪瓷、礦物性油脂等等.搪瓷涂層因有極好的耐腐蝕性能而廣泛用于石油化工、醫藥、儀器等工業部門和日常生活用品中。

當前，盡管各種新材料大量涌現。但展望未來，金屬的使用量也將大幅度增加，因而面對金屬腐蝕與防護科學仍處于可持續發展階段，并隨其相關學科（如材料的斷裂力學、電化學、有機化學、物理化學等學科）相關技術（無機填料表面處理技術、原位多相聚合處理技術、激光表面合金化、激光熔覆等技術）的發展呈跨學科、多方向性發展趨勢。