金屬材料腐蝕與防護機理研究述評

黃國亮，薛蔓凌，字映竹

（昆明理工大學材料科學與工程學院，云南 昆明650000）

1 金屬腐蝕機理及分類

金屬腐蝕是指，金屬材料與所處的環境介質之間發生一定程度的化學、電化學或物理作用，從而引發的變質的現象。金屬材料的腐蝕，本身是一個十分復雜的過程，因此在受到不同外力的作用下，會導致不同類型的腐蝕狀態發生，相應地，會存在不同的分類方法。其中，宋海軍在《淺談金屬材料的腐蝕與防護》一文中指出，“金屬腐蝕的分類，按照金屬的腐蝕機理，可以分為化學腐蝕和電化學腐蝕兩大類，其實質都是因為被氧化，導致金屬原子轉化成金屬陽離子的過程?！盵1]而楊世偉，常鐵軍的《材料腐蝕與防護》一書在有關金屬材料腐蝕分類的問題上闡述的很全面，除了指出化學腐蝕和電化學腐蝕的兩種金屬腐蝕的機理，又補充了兩種——物理腐蝕和生物腐蝕。同時，又按照腐蝕的環境、形態進行分類。它指出，根據腐蝕的環境，腐蝕可以分為干腐蝕和濕腐蝕兩大類，干腐蝕可以細分為失澤和高溫氧化兩種；濕腐蝕可以細分為大氣腐蝕、土壤腐蝕、海水腐蝕、微生物腐蝕以及工業介質中的酸堿鹽溶液的腐蝕、工業水中的腐蝕及高溫高壓水中的腐蝕。按照形態分為全面腐蝕（或均勻腐蝕）以及局部腐蝕兩種。他認為，局部腐蝕包含的破壞形態較多，相較于均勻腐蝕，它對金屬的危害也大很多，又將局部腐蝕分為：電偶腐蝕、點蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕、剝蝕、絲狀腐蝕和選擇性腐蝕等七種[2]。

2 影響金屬腐蝕的因素

除了上述機理之外，影響金屬材料腐蝕的因素還有很多。例如空氣的濕度、空氣的溫度、空氣中污染物、酸堿鹽以及氧氣、霧特性和ph值等等。例如，馮寧寧在《淺談金屬腐蝕與防護方式》中分析，“腐蝕反應的速率重點是基于水分的產生，假如到達或者超越特定的相對濕度，腐蝕就會以較快的速度出現和惡化?！盵3]同時指出，“環境溫度以及環境溫度變化的規律影響金屬表面的水份凝聚，進而加快電化學腐蝕的反應速度”[4]。另外，空氣中的常見的污染物多為酸性氣體，這類氣體在腐蝕的速度上同樣起到加速作用。而任圣凱、王金紅通過《金屬材料的腐蝕和防護》一文，從海水對金屬腐蝕的角度出發，分析了幾點影響腐蝕的環境因素。他認為，鹽水溶液的組成、鹽水的濃度以及鹽霧形成的特性可以決定金屬材料腐蝕的速度。指出，“不同成分和不同濃度的鹽水噴霧對金屬材料的腐蝕速度有所不同，濃度過高，濕度相對降低，固體鹽分結晶析出反而降低腐蝕強度?！盵5]另外，“當海水流量加大時，供氧加快，腐蝕速度也相應提高。而海水中的PH值愈小，腐蝕速度也愈快?！盵6]

3 金屬腐蝕的危害

金屬材料的腐蝕所帶來的危害是巨大的，不僅僅表現在經濟危害層面上，對于資源和環境，甚至社會公共安全方面都產生嚴重影響。張玉璽的《淺談金屬腐蝕與防護》從經濟層面對金屬腐蝕的危害進行探討，“金屬腐蝕一方面會造成金屬器械的直接損耗，另一方面因為金屬腐蝕而導致機械在生產操作過程中經濟效益不達標，”[7]因此帶來的經濟損耗不可估計。

據資料顯示，我國每年因金屬材料腐蝕造成的損失占GDP的5%，每年約造成的經濟損失達5000億元[8]。此外，從資源浪費和環境污染的角度上分析，《金屬腐蝕學》一書中提供了一組調查數據，該數據指出，“每年由于金屬材料的腐蝕大約使10%～20%的金屬損失掉了，如果按照每年產鋼一億噸來計算的話，那么每年就會有1000萬噸的鋼材被腐蝕掉”[9]。而這組數字，可以說是相當于一個大型鋼鐵企業的一年的鋼產量，因此，由金屬腐蝕造成的資源消耗的嚴重性可見一斑。

不僅如此，因為金屬材料的腐蝕，在石油化工、農業、造紙等工業中，造成該設備的損害、有害物質泄露的現象時有發生，嚴重污染周邊環境，威脅周邊人們的健康。同時，因為金屬材料腐蝕造成的災難性事故，從而破壞公共安全的現象屢見不鮮，如《材料腐蝕與防護概論》一文中記載：“天然氣井的套管因應力腐蝕裂開，造成井噴和爆炸；化工廠乙烯原料儲蓄罐因為硫化物質腐蝕而引發大火，造成人員傷亡；波音747客氣由于應力腐蝕斷裂墜毀等等”[10]。而這些因金屬腐蝕造成的經濟財產損失以及人員傷亡現象并非不可以避免。

只要做好金屬材料腐蝕的防護和控制，就可以避免上述這些現象發生，在減少經濟損失的同時能增加經濟效益，保護生態環境不被破壞。

4 金屬材料的防腐方法

除了研究金屬材料腐蝕的機理、危害之外，目前的國內外學者更多會把研究重點放在金屬材料的防腐方法上，讓其更有針對性的應用在日常生產生活中。目前學術界在防護的手段和方法上的研究日益豐富，見解不一，但在本質上基本保持一致。

因為金屬材料腐蝕的機理及影響腐蝕的因素有所不同，因此在防腐技術上除了要兼顧材料本身之外，還要兼顧環境因素兩個方面?！冬F代材料腐蝕與防護》一書中指出，防護技術要從兩方面入手，“第一，要改變材料的成分、表面處理工藝和工程結構設計；第二，要改變周圍環境，包括對介質的處理，使用緩蝕劑或者是能將環境隔離的涂層。”[11]

具體來說，以姚樂等人的《金屬材料的腐蝕與防腐的研究進展》一文為例，他提出了三種比較常見的方法，即“金屬和非金屬覆蓋法”、“電化保護法”、“緩蝕劑保護法”。首先指出，非金屬材料涂層可以采用噴漆、玻璃、聚酯和搪瓷等方式，來達到隔離金屬與媒介的目的，提高金屬材料耐腐蝕性能。而金屬覆蓋一般采用電鍍的方式，按照電鍍金屬的電勢，對陰極保護層或陽極保護層進行破壞，從而保護金屬本身。其次，介紹了電化保護法，闡述電化保護法的機理是利用點解池原理轉化要保護的金屬的電位，促使金屬“鈍化”或者起到抑制金屬腐蝕的作用。最后對緩蝕劑保護法進行說明，指出緩蝕劑的操作原理是，在金屬周圍產生有害介質中加入少量的減緩腐蝕速度的物質，來達到防止金屬腐蝕的目的。作者認為，緩蝕劑用量較少，而且方便經濟，利用的比較廣泛[12]。

石生泰、徐克薰、顧里之在《金屬腐蝕和防護的研究發展概況》一文中更為詳細的闡述了三種防腐方式。首先介紹了表面保護的8種方法，如涂層、電鍍、熱噴漆、表面合金化、機械鍍、離子氣相沉積、離子注入、激光非晶態處理法等；其次，對電化學保護法的陰極保護和陽極保護進行系統分析；最后簡單介紹了緩蝕劑的發展動態，如水系統、酸系統、石油天然氣系統和大氣系統中的緩蝕劑使用成分，[13]在金屬材料防腐方式上的研究中價值較高。此外，張秀荷等人在《金屬材料的防護與腐蝕》一文，從井下腐蝕和海洋腐蝕兩個角度，對金屬材料腐蝕的防護進行探析，并指出今后金屬腐蝕防護的發展方向，他認為，“高溫、高壓、強腐蝕性介質、高負荷應力或高熱流、高質流等高參數條件下的強化操作，對材料保護提出愈來愈高的要求。因此，要不斷促進腐蝕科學與保護技術的研究和發展，來切實解決腐蝕問題?！盵14]

5 結語

由上觀之，金屬材料腐蝕與防護已經成為一門重要的學科。它涉及到我國經濟發展過程中重要的經濟領域，因此獲得正確的、有效的防腐技術，可以遏制或防止腐蝕的產生，可以最大限度的減少由金屬材料腐蝕造成的經濟損失和其他危害。

就目前的研究成果來看，國內有關金屬材料腐蝕和防護的研究日益豐富，研究范圍不斷擴大，內容和角度也更加多元，研究也日趨向實用性發展[15,16]。

本文通過對金屬腐蝕和防護的研究成果進行綜述，希望對今后這一課題研究的有所助益。以此作述，有不當之處，敬請指正。

參考文獻

[1]楊德鈞，沈卓身.金屬腐蝕學.冶金工業出版社,1999.05.

[2]梁永純，聶銘，馬元泰，林介東.電力設備金屬材料腐蝕與防護技術.中國電力出版社,2017.11.

[3]孔小東，胡會娥，蘇小紅.金屬腐蝕與防護導論.科學出版社,2016.12.

[4]何業東，齊慧濱.材料腐蝕與防護概論.機械工業出版社,2005.04.

[5]楊世偉，常鐵軍.材料腐蝕與防護.哈爾濱工程大學出版社,2003.10.

[6]黃永昌，張建旗.現代材料腐蝕與防護.上海交通大學出版社,2012.09.

[7]吳雄利.淺談金屬材料腐蝕及防護對策.中國化工貿易.2017.第6期.

[8]程佳；孫錦輝；杜猛.對金屬材料的腐蝕與防護分析.中國科技投資.2016.第9期.

[9]王德勇.金屬材料的腐蝕與防護.民營科技.2015.第7期.

[10]張建鑫.金屬材料的腐蝕與防護.黑龍江科技信息.2014.第21期.

[11]張秀荷；楊蓮慧；王海濤；張志春.金屬材料的腐蝕與防護.2014.第36期.

[12]宋海軍.淺談金屬材料的腐蝕與防護.中小企業管理與科技.2008.第18期.

[13]郭玉環.淺談金屬材料的腐蝕因素與防護.廣東化工.2013.第10期.

[14]郭淮政.金屬的腐蝕問題與有效防護思考.中國科技縱橫.2018.第2期.

[15]張玉璽.淺談金屬腐蝕危害與防護.科技展望.2017.第27卷第7期.

[16]雋佳.淺談金屬防腐蝕的特點及應用.城市建設理論研究.2016.第10期.