金屬的腐蝕問題與有效防護思考

郭淮政

(東北育才雙語學(xué)校,遼寧沈陽 110164)

一般來說,金屬腐蝕可按照機理情況劃分為兩類,分別是化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕。化學(xué)腐蝕主要指金與物質(zhì)進行直接接觸,并發(fā)生了氧化還原反應(yīng),這是一個氧化損耗的過程。電化學(xué)腐蝕,是鐵與氧形成兩個電極,組合成了腐蝕性原電池而產(chǎn)生的。與氧相比,鐵的電極電位要低,因此鐵成為陽極。不論是化學(xué)腐蝕還是電化學(xué)腐蝕,金屬原子處于氧化狀態(tài)下,轉(zhuǎn)化成為金屬陽離子,這個過程才是金屬腐蝕的實質(zhì)。金屬材料腐蝕是具有很強破壞性的,對于生產(chǎn)生活來說,都對造成不可估量的損失,所以,應(yīng)掌握金屬材料腐蝕的發(fā)生過程,并且積極尋求有效的防護措施。

1 金屬腐蝕的主要危害

金屬腐蝕帶來的危害是巨大的,這主要表現(xiàn)在經(jīng)濟發(fā)展、資源與環(huán)境、社會安全等層面。從經(jīng)濟角度看,金屬腐蝕可以直接損害金屬材料構(gòu)成的機器,據(jù)估計全球每年因腐蝕報廢的鋼鐵設(shè)備占年產(chǎn)量30%,而且造成的機械故障降低了生產(chǎn)效率,造成了經(jīng)濟效益無法實現(xiàn)。我國每年腐蝕損失占GDP的5%,每年約5000億元的經(jīng)濟損失;從資源與環(huán)境角度看,金屬腐蝕使得資源利用效率降低,浪費了寶貴的金屬資源,據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示,全球每年約1億噸的腐蝕報廢金屬,占年產(chǎn)量20%～40%。金屬容器的銹蝕,更是觸目驚心,帶來了工業(yè)氣(液)體的泄漏,帶來了嚴重的環(huán)境污染,這突出表現(xiàn)在水污染和土壤污染方面。從社會公共安全角度看,重大的社會安全事故,其中很多原因都與金屬腐蝕有關(guān),其中石油化工行業(yè)發(fā)生的爆炸事故,有七成是因為相應(yīng)設(shè)備受到腐蝕、影響了安全系數(shù)、沒有及時更換導(dǎo)致的。在產(chǎn)生領(lǐng)域,因為器械受到金屬腐蝕,導(dǎo)致了很多施工方面的事故,而且人們在日常生活中也會因為金屬物件的腐蝕而面臨安全威脅。所以說,金屬腐蝕危害造成的損失是觸目驚心的,金屬腐蝕,是社會發(fā)展面臨的瓶頸問題。

2 金屬腐蝕的發(fā)生機理分析

了解金屬材料腐蝕的基本發(fā)生過程,把握其發(fā)生腐蝕現(xiàn)象的本質(zhì)原理,對于我們在生產(chǎn)生活中防護金屬腐蝕具有重要的作用。氧化態(tài)是大部分金屬的穩(wěn)定狀態(tài),可是從礦石之中,提煉出來成為金屬態(tài)之后,在熱力學(xué)上,氧化態(tài)轉(zhuǎn)變是自發(fā)過程,金屬材料會在環(huán)境的影響下,產(chǎn)生相應(yīng)的化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)。金屬處于電解質(zhì)溶液之中,產(chǎn)生的電化學(xué)腐蝕,可以視為氧化還原反應(yīng)。環(huán)境是腐蝕產(chǎn)生的外部因素,這些環(huán)境因素主要有：一是介質(zhì),導(dǎo)致腐蝕發(fā)生的有氫離子、氯離子等,由于這些物質(zhì)的濃度不同,那么腐蝕的速度和程度也會不同;二是溫度,在一般情況下,環(huán)境的溫度回影響腐蝕的速度加快還是減慢;三是流速,流速較大的情況下,產(chǎn)生的沖刷腐蝕較為嚴重,無論快慢,流速都會增加腐蝕速度;四是應(yīng)力,在一定的介質(zhì)之中,許多金屬材料當(dāng)應(yīng)力超過某一數(shù)值時,應(yīng)力腐蝕破壞就會出現(xiàn)。

3 金屬材料腐蝕的防護辦法思考

在掌握了金屬材料腐蝕發(fā)生的機理情況之后,那么就要思考如何防護金屬腐蝕問題了,只有有效的防護金屬腐蝕,才能更好的避免因為金屬腐蝕帶來的經(jīng)濟損失,資源與環(huán)境破壞、社會安全隱患等問題,那么才能更好的建設(shè)我們的國家。

3.1 改善金屬本質(zhì)與優(yōu)化金屬結(jié)構(gòu)

當(dāng)今社會,隨著化學(xué)工業(yè)發(fā)展,材料領(lǐng)域的創(chuàng)新,使得金屬產(chǎn)品的設(shè)計與制造過程中,誕生了耐蝕合金,由于工藝的日漸成熟,越來越多種類的合金被產(chǎn)生出來,并且廣泛應(yīng)用于產(chǎn)生與生活之中,因為金屬中添加了合金元素,使得耐腐蝕的強度更大,使用壽命更長,這可以大幅度的降低因為金屬腐蝕帶來的各種損失。如不銹鋼價廉,是一種普遍的耐腐蝕合金,鈦的耐蝕性超強,在不銹鋼中加入鈦,能夠有效防止晶間腐蝕的發(fā)生。化工廠的輸液管道、反應(yīng)罐,可以使用鈦鋼復(fù)合材料替換不銹鋼,那么可延長使用壽命。在科技領(lǐng)域,科學(xué)家研制成功了“金屬玻璃”,這是一種貌似玻璃的透明金屬,具有強大的抵抗外界酸堿侵蝕性能,隨著科技的發(fā)展,新的耐腐蝕材料會層出不窮。所以說,要想防護金屬材料腐蝕,那么改善金屬本質(zhì)與優(yōu)化金屬結(jié)構(gòu),促使其更加耐腐蝕,這是科技的力量,同時也是金屬腐蝕防護的有效解決辦法。

3.2 表面覆蓋抗金屬腐蝕涂裝層

直接阻斷金屬表面與介質(zhì)之間的接觸,這是抗腐蝕的重要方法,如將油漆、搪瓷、玻璃、橡膠等耐腐蝕物質(zhì)直接涂在被保護金屬表面,那么就斷絕了化學(xué)反應(yīng),達成防腐的效果。這些方式中,最常見的是油漆,油漆涂層由中間漆與面漆構(gòu)成,采取的方式是機械屏蔽,促使金屬與腐蝕介質(zhì)隔離開來,來減緩或者阻止金屬受到腐蝕,非金屬油漆涂層,會因為時間延長、環(huán)境的變化,導(dǎo)致有機物老化,那么防腐性能就會降低,需要進行定期防腐涂裝,如我國的第一艘航母遼寧艦,就需要定期進行金屬防腐涂裝,以此來防止腐蝕發(fā)生,才能確保遼寧艦?zāi)軌虬l(fā)揮更好的性能,使用的壽命更長一些。

3.3 電化學(xué)金屬腐蝕保護法

電化學(xué)金屬腐蝕保護法,主要是借助原電池電化反應(yīng)原理,促使化學(xué)反應(yīng)在金屬表層形成,并生成高密度保護膜,致使金屬與介質(zhì)之間接觸阻斷,進而防止金屬內(nèi)部腐蝕的保護辦法。電化學(xué)保護主要有兩種,一種是陰極保護法,另一種是陽極保護法。在易受腐蝕的金屬器械上外加陽極,保護金屬成為陰極。最實用、也最經(jīng)濟的是外加電流法,即將直流電源負極與被保護金屬直接相連,同時引用另一個輔助陽極,使外電源的電流進入局部電池的陽(陰)兩個極區(qū),當(dāng)電流回到直流電源時,所有金屬表面都處于同一電勢,腐蝕電池的局部電流消失,那么也就實現(xiàn)了金屬保護的效果。陽極保護法,也就是金屬鈍化法,運用陽極極化方法,使得電流維持鈍態(tài),從而使得金屬腐蝕速度顯著降低。如在濃硝酸中,鐵鋁的溶解速度很慢,那么鐵就維持于鈍態(tài),相應(yīng)減緩了腐蝕速度。所以,在氧化劑的處理下,金屬中的很多種都能夠?qū)崿F(xiàn)鈍態(tài)轉(zhuǎn)化,從而使得被保護金屬的腐蝕速度大幅降低。

3.4 有效使用金屬緩蝕劑

對于金屬腐蝕防護來說,緩蝕劑的使用是十分常見的方式,顧名思義,緩蝕劑也就是為了減緩金屬受到腐蝕的速度,在被保護易腐蝕性介質(zhì)中加入少量物質(zhì),從而達到減緩金屬腐蝕速度的目的。緩蝕劑保護的優(yōu)點是用量很小、成本低廉,操作起來更加便捷,防腐作用顯著,所以深受人們的歡迎。一般來說,緩蝕劑有很多種類,大體包括無機鹽類與有機物類。無機鹽類的緩蝕劑(如硅酸鹽、亞硝酸鹽、正磷酸鹽、鉻酸鹽等),其緩蝕原理是通過加入少量無機緩蝕劑在被保護金屬表面,從而形成保護層進行保護。有機類緩蝕劑(一般是含N、S、O和三鍵的化合物如胺類、硫脲類、甲醛、丙炔醇等),其原理是利用相應(yīng)物質(zhì)使處于酸性介質(zhì)中金屬腐蝕速度減緩,從而達到金屬防腐的目的。

4 結(jié)語

總之,金屬腐蝕問題,是化學(xué)問題,更是國家發(fā)展面臨的大問題,在民族偉大復(fù)興之路上,是實現(xiàn)中國夢的過程中,離不開各行各業(yè)經(jīng)濟建設(shè),而這又離不開金屬的使用,金屬腐蝕的有效防護,可以降低資源損耗、經(jīng)濟損失與生產(chǎn)生活安全隱患的發(fā)生,因此值得進行深入的探討,無論是化學(xué)類型還是電化學(xué)類型的金屬材料腐蝕,都應(yīng)該深入的思考防護辦法,從而讓金屬發(fā)揮更大的價值,讓社會更加美好、經(jīng)濟更加繁榮、祖國更加強大。

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