大氣腐蝕性氣體對金屬材料的影響與防護(hù)

費(fèi)敬媛

（中國第一汽車股份有限公司天津技術(shù)開發(fā)分公司）

所有金屬材料以及制件在各種環(huán)境中加工、儲存和使用時，不可避免地受到大氣環(huán)境的作用，發(fā)生腐蝕、斷裂，導(dǎo)致金屬件的早期失效和損壞。在各類氣體的有害物質(zhì)中，SO2對金屬的腐蝕影響最大。大多數(shù)專家認(rèn)為：SO2很容易在金屬表面催化作用下，被氧化成SO3，并在液膜中生成H2SO4，進(jìn)一步加速金屬腐蝕?；诖?，文章闡述了如何提高金屬材料的耐腐蝕性能。

1 大氣中腐蝕性氣體對金屬產(chǎn)品的影響

大氣中存在的腐蝕性氣體對金屬部件的影響最大。工業(yè)大氣污染物中主要含有硫化物。由煤和其他礦物燃料的燃燒所釋放的SO2被灰塵顆粒上的水分吸收，生成亞硫酸。此后又被塵粒上所進(jìn)行的某種催化過程氧化為H2SO4，以極細(xì)微的小滴降落在暴露于大氣中的金屬表面上。其結(jié)果是大氣中的污染物加上露水和霧的作用，在金屬表面形成強(qiáng)腐蝕性的酸性水膜[1]。在實(shí)際大氣環(huán)境中，腐蝕性氣體種類很多，通常是多種氣體相互作用，共同溶解在吸附水膜中，因此水膜是由多種化合物混合而成，例如在汽車零部件表面凝結(jié)出來的水膜?？諝庵械臍怏w（N2，O2，CO2）、大氣中的工業(yè)雜質(zhì)（SO2、氨和氮的氧化物等）和鹽等都會溶解在金屬表面的水膜中，使之成為電解質(zhì)溶液。因?yàn)槠囁趨^(qū)域、環(huán)境不同，導(dǎo)致電解質(zhì)濃度及pH值相差較大，潮態(tài)環(huán)境與濕態(tài)環(huán)境下形成的水膜pH值也相差較大，水膜pH值通常為5～9。

金屬的腐蝕過程大多在金屬表面發(fā)生，而高分子材料的腐蝕（氣體、蒸汽和液體等）是向材料內(nèi)部滲透、擴(kuò)散，主要表現(xiàn)為老化、化學(xué)裂解、溶解和應(yīng)力開裂等。高分子材料在一般大氣環(huán)境中的老化是電子產(chǎn)品中最常見的腐蝕現(xiàn)象，電子電器產(chǎn)品因長時間使用發(fā)生的故障中，通常是因?qū)щ姴牧?、電觸點(diǎn)件、裝配件中的金屬發(fā)生腐蝕所致，而連接器在含有潮氣和腐蝕性氣體（如SO2，NO2）的環(huán)境工作時，其金屬結(jié)構(gòu)件、接觸件表面有可能產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，影響連接器的電接觸性能。通常在產(chǎn)品開發(fā)和質(zhì)量控制上，要進(jìn)行部件、材料在腐蝕性氣體中的暴露試驗(yàn)，研究惡化程度是否符合耐環(huán)境性能的評價。

2 氣體腐蝕的評價方式

傳統(tǒng)的大氣腐蝕評價是對產(chǎn)品腐蝕后狀態(tài)的觀察，是以產(chǎn)品質(zhì)量和表面變化的觀察及分析為主，直接測定腐蝕過程很難。目前針對腐蝕性氣體可通過腐蝕試驗(yàn)對產(chǎn)品進(jìn)行觀測評價，例如：選用SO2腐蝕試驗(yàn)箱，按 GB/T 2423.19-81，GB/T 10125-97，GB/T 9789，IEC 60068-2-42/43以及其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行適用于SO2和H2S的腐蝕試驗(yàn)。通過H2S對被測樣品進(jìn)行氣體腐蝕，來考核對材料及其防護(hù)層的腐蝕能力，以及比較相似防護(hù)層的工藝質(zhì)量，同時可考核某些產(chǎn)品抗腐蝕的能力。對金屬材料的防護(hù)層以及工業(yè)產(chǎn)品進(jìn)行加速腐蝕試驗(yàn)，可以迅速方便地重現(xiàn)噴涂與未處理過的金屬表面的腐蝕過程。

3 加強(qiáng)和提高耐腐性能

3.1 改變銹層結(jié)構(gòu)

用冶金或熱處理的方法可以增強(qiáng)合金的耐腐性。在碳鋼中加入適量的合金元素改變銹層的結(jié)構(gòu)，能生成具有保護(hù)性的銹層，可提高金屬的耐大氣腐蝕性能。

3.2 涂覆層

采用覆蓋防護(hù)層，把金屬同促進(jìn)金屬腐蝕的外界條件（如水分、氧氣等腐蝕性物質(zhì)）盡可能地隔離開，這就要求覆蓋層有一定的連續(xù)性和致密性，覆蓋層可以分為金屬噴鍍層和非金屬涂層2種。金屬噴鍍有電鍍、復(fù)合鍍及化學(xué)鍍等；非金屬涂層包括有機(jī)涂層（如塑料、電泳涂層、復(fù)合涂層等）和無機(jī)涂層（如陶瓷、搪瓷等）。覆蓋層采用的工藝有滲鍍、滲鉻及滲鋁等，也可采用電化學(xué)防蝕，即采用犧牲陽極來保護(hù)陰極，如利用鍍鋅或鍍鋁作為陽極，將被保護(hù)金屬作為陰極，以犧牲陽極材料的方法使被保護(hù)金屬不受腐蝕。在特殊情況下，有時也可以通過外加電源輸入電流的方法，實(shí)現(xiàn)陰極保護(hù)，達(dá)到保護(hù)金屬的目的。

3.3 改變金屬構(gòu)成

在煉鋼時通過加入鉻、鎳、錳、硅、釩、鎢、鈦、鉬、硼等元素，改變金屬的組成，制成合金鋼及不銹鋼，可提高金屬的抗蝕能力。也可以通過適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に嚭捅砻婕庸し椒?，改變金屬表面的形態(tài)，適當(dāng)提高金屬表面的光潔度，來提高其耐腐蝕性[2]。

3.4 控制環(huán)境條件

一般環(huán)境的相對濕度低于35%時金屬不易生銹；相對濕度在60%～70%時金屬銹蝕緩慢。因此需降低金屬所處環(huán)境的相對濕度，如使用降濕機(jī)降低庫房濕度，或在密封的空間內(nèi)，加入干燥劑。還可以采取充以惰性氣體，如充氮封存或者進(jìn)行真空處理。再有就是遠(yuǎn)離、清除腐蝕介質(zhì)或降低其腐蝕性。

3.5 臨時措施

臨時性防銹措施包括使用防銹水、防銹油脂、氣相緩蝕劑、可剝性塑料、防銹保護(hù)膜、防銹保護(hù)涂料、各種防銹紙和塑料薄膜包裝等。

3.6 防腐設(shè)計

首先產(chǎn)品設(shè)計的形狀、結(jié)構(gòu)和連接方式要能夠滿足涂裝工藝的要求，有利于空腔內(nèi)溶液的順利排出，盡可能地減少或消除腐蝕介質(zhì)的滲入和滯留。對于涂裝工藝無法保護(hù)的地方，應(yīng)噴涂內(nèi)腔防銹蠟等防銹材料。金屬材料應(yīng)選擇耐腐蝕性較好的鋼材，如鍍鋅鋼板等，避免電化學(xué)腐蝕的發(fā)生。

4 結(jié)論

金屬材料的腐蝕遵循著某些基本規(guī)律，掌握了這些規(guī)律，就可以預(yù)測某一具體金屬在給定狀態(tài)下會發(fā)生怎樣的反應(yīng)以及如何改善它的性能。因此，腐蝕試驗(yàn)才顯得十分重要，腐蝕試驗(yàn)是產(chǎn)品質(zhì)量控制中具有預(yù)測能力的一種有效手段。通過腐蝕試驗(yàn)考核金屬的抗腐蝕能力，在此基礎(chǔ)上加強(qiáng)和提高其耐腐蝕能力，有助于新合金的研究與開發(fā)，新合金會比正在使用的合金更便宜、更有效、更耐久和更安全。