沿海地區(qū)電子鎖腐蝕的因素分析

國(guó)家日用金屬制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（沈陽(yáng)） 李婉嫕 夏 威

隨著電子鎖行業(yè)的快速發(fā)展，大量?jī)?yōu)秀的產(chǎn)品走入大家視野。這些產(chǎn)品大多宣稱10年或者更長(zhǎng)時(shí)間的壽命，但這些產(chǎn)品在沿海地區(qū)使用時(shí)，由于海洋大氣腐蝕的作用經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間使用后普通鎖體很難保證和內(nèi)陸地區(qū)相同的性能，很多采用304不銹鋼為鎖體的鎖具也會(huì)出現(xiàn)開鎖不順暢，電磁壽命低等問題。我國(guó)海岸線長(zhǎng)達(dá)18000多公里，并且擁有不計(jì)其數(shù)的島嶼，提高產(chǎn)品對(duì)海洋氣候的適應(yīng)性有著重要的意義。

1 腐蝕的影響因素

1.1 水膜的形成

由于沿海地區(qū)空氣及其潮濕，雨量又非常豐富。年平均濕度在80%～90%之間，某些地區(qū)常年濕度在93%左右。潮濕的氣候中夾帶的大量的NaCl、MgCl等氯化物。因此這一環(huán)境中鎖體的腐蝕主要表現(xiàn)為大氣腐蝕。大氣腐蝕是一種普遍存在的腐蝕現(xiàn)象。在內(nèi)地空氣較干燥的地區(qū)，大氣腐蝕非常輕微，所以在正常使用環(huán)境下能到達(dá)5年、10年的鎖具在沿海地區(qū)尤其是靠近海邊這一潮濕含鹽的環(huán)境中，鋼制件腐蝕明顯，壽命明顯減少。影響大氣腐蝕過程的因素主要有以下幾點(diǎn)：

當(dāng)空氣中水分的含量超過飽和濃度，水就會(huì)冷凝出來，也就是說在無外力的情況下只有在空氣中的相對(duì)濕度大于100%時(shí)，水蒸氣才會(huì)在物體表面凝聚，形成水膜。但是若在物體表面存在雜質(zhì)，特別是存有可以同水結(jié)合的鹽類或可溶性的腐蝕產(chǎn)物時(shí)將會(huì)使水分在相對(duì)濕度大大低于100%時(shí)發(fā)生凝聚。在沿海地區(qū)空氣中夾雜的大量鹽類顆粒及氯化物，很容易粘附在金屬表面，氯化物具有很強(qiáng)的吸濕性，在空氣濕度較大的情況下，極易在金屬表面形成水膜，并且是一層含有溶解鹽的電解液膜。同時(shí)，由于鹽溶液上的蒸氣壓力低于純?nèi)軇┥系恼魵鈮毫Γ}溶液在金屬表面上存在，會(huì)使水汽的凝聚變得更加容易。再加上當(dāng)環(huán)境溫度較高時(shí)人們會(huì)開冷氣減低室內(nèi)溫度，這更加速了水膜的形成。金屬的腐蝕速度和其表面形成的液膜的厚度有著很大的關(guān)系：理論上認(rèn)為其厚度越薄氧越容易到達(dá)金屬表面，就越容易進(jìn)行氧的去極化反應(yīng)，但薄到一定程度時(shí)又起不到電解液的作用。它們之間的相互關(guān)系可以定性地用圖1曲線表示。

圖1 大氣腐蝕速度與金屬表面水膜厚度之間的關(guān)系

區(qū)域Ⅱ，液膜厚度增大，開始具有電解液的特性，腐蝕速度迅速加快，其腐蝕過程基本上和電解質(zhì)中的金屬的腐蝕相同，若這層水膜酸性很弱或顯中性，則發(fā)生吸氧腐蝕，其正極反應(yīng)式為O2+4e-+2H2O=4OH-，電池總反應(yīng)式為2Fe+O2+2H2O=2Fe（OH）2。屬于電化學(xué)腐蝕。金屬在潮濕大氣中的腐蝕即相當(dāng)于這個(gè)過程。在沿海地區(qū)鎖具使用過程中，由于潮濕和室內(nèi)外空氣的溫差，很容易在鎖具內(nèi)部零件上形成含有鹽份的水膜，大大影響鎖具壽命。

1.2 氧擴(kuò)散的影響

任何金屬在溶液中發(fā)生電化學(xué)腐蝕的根本原因都是溶液中含有能使該種金屬氧化的物質(zhì)，即腐蝕過程的去極化劑。在多數(shù)的中性和堿性溶液中，氧氣是作為主要的去極化劑而存在的。碳鋼在溶液中腐蝕速度和溶氧量的相互關(guān)系如圖2所示。從圖上可以看出金屬的腐蝕速度與溶氧量成正比。因此，在有水的情況下氧越容易到達(dá)金屬表面，金屬的腐蝕速度越快。氧對(duì)金屬的去極化過程可用以下反應(yīng)式簡(jiǎn)要表示：

陽(yáng)極反應(yīng)：Fe→Fe2++2e-

陰極反應(yīng)：1/202+H2O+2e-→2OH-

總反應(yīng)：Fe+1/202+H2O→Fe(OH)2

進(jìn)一步氫化：4Fe(OH)2+O2+2H2O→4Fe(OH)3：

脫水生成鐵銹：2Fe(OH)3→Fe2O3·H2O+2H2O

圖2 碳鋼的腐蝕速度和溶氧量的關(guān)系

從以上的反應(yīng)式可以看出，氧在反應(yīng)過程中起著決定性的作用，但是和全浸在溶液中的金屬相比，氫氣通過這層電解質(zhì)膜到達(dá)金屬表面要比通過完全浸沒時(shí)的液層容易得多。因此處于潮濕環(huán)境中的鎖體中的鋼制零部件的腐蝕速度是很快的。

1.3 Cl-鹽的影響

受海水含氯鹽量較高的影響，海岸邊風(fēng)中夾雜著相對(duì)于純凈空氣而言大量的Cl-鹽類粉末。這些小顆粒吸附在零件表面，而氯化物就是引起金屬發(fā)生點(diǎn)蝕的主要因素之一。金屬表面所形成的液膜的腐蝕性，和其中溶解的Cl-鹽的濃度具有很大關(guān)系。以NaCl為例，開始時(shí)，腐蝕速度隨濃度的增大而增加，當(dāng)濃度達(dá)到一定值時(shí)，腐蝕速度達(dá)到最大這是因?yàn)椋谶@種情況下金屬的腐蝕主要是氧的去極化反應(yīng)，當(dāng)鹽濃度較小時(shí)，液膜的導(dǎo)電性隨濃度的增加而增大，使腐蝕速度加快：但當(dāng)濃度達(dá)到一定值時(shí)，隨濃度的繼續(xù)增加將使氧的溶解度和擴(kuò)散速度下降，從而導(dǎo)致腐蝕速度下降。所以，并不是鹽濃度越大，對(duì)金屬的腐蝕性越強(qiáng)。在金屬表面形成的這層水膜雖然濃度較低，但它的腐蝕性也是不容忽視的。海風(fēng)中所夾雜的氯化物，是使金屬發(fā)生點(diǎn)蝕的重要因素。在金屬表面具有傷痕或性質(zhì)不均勻的區(qū)域，氯離子首先會(huì)在這些部位和金屬作用形成點(diǎn)蝕的蝕核。在富氧的條件下，會(huì)發(fā)生“自催化酸化作用”使蝕坑不斷加深，直到腐蝕穿孔，破壞所具功能為止。

1.4 腐蝕產(chǎn)物自身的影響

在一定的條件下，腐蝕產(chǎn)物也會(huì)影響大氣腐蝕的電極反應(yīng)，由于沿海地區(qū)的氣候也是在不斷變化的，金屬表面處于干濕交替變化之中，這樣就會(huì)使到達(dá)金屬表面的氧量發(fā)生變化，伊文思認(rèn)為鋼鐵表面處于濕潤(rùn)的條件下，當(dāng)氧的通路被限制時(shí)，銹層可以作為氧化劑，即發(fā)生陰極的去極化反應(yīng)：

4Fe2O3+Fe2++2e-→8Fe3O4

而當(dāng)銹層干燥時(shí)是透氧的，這時(shí)Fe3O4又會(huì)被滲入的氧重新氧化成Fe2O3，即：

2Fe3O4+1/2O2→3Fe2O3

由此可見在干濕交替的條件下，帶有銹層的鋼制零件能加速其自身腐蝕的進(jìn)行。

2 防護(hù)措施

根據(jù)沿海地區(qū)的腐蝕特點(diǎn)及影響腐蝕的因素，可以有針對(duì)性地采取有效措施，以減少腐蝕所帶來的危害。

2.1 選用具有合金元素的金屬材料

研究表明，銅、磷、鉻、鋁、硅等都是提高鋼材耐大氣腐蝕性的有效元素。其中銅系應(yīng)用較多，對(duì)沿海大氣的耐蝕性也較好。目前國(guó)內(nèi)常用的主要有不銹鋼、16MnCu鋼、15MnVCu鋼等。

2.2 采用鈍化工藝

根據(jù)沿海地區(qū)金屬腐蝕的電化學(xué)特點(diǎn)可以應(yīng)用一些能夠鈍化底金屬，提高其電極電位。另外，適當(dāng)?shù)氖褂帽Ｗo(hù)油液可以很好的起到清除金屬腐蝕產(chǎn)物的作用。

總結(jié)：現(xiàn)有的電子鎖鎖體因?yàn)榇蟛糠侄际怯射撝萍?gòu)成，所以在耐沿海地區(qū)氣候腐蝕方面表現(xiàn)的并不理想，而要想解決沿海地區(qū)鎖具腐蝕問題，尤其是近海地區(qū)的腐蝕問題應(yīng)盡量采用耐Cl-腐蝕性優(yōu)秀的材料。