淺談鐵的腐蝕與防護(hù)

如今鋼鐵的應(yīng)用十分普遍，但由于鐵制品腐蝕的原因而造成的損失也是巨大的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界上冶煉得到的鐵中約有1/3由于生銹在工業(yè)中報(bào)廢.1984年12月，美國聯(lián)合碳化物公司開設(shè)在印度博帕爾邦的農(nóng)藥廠，就是因?yàn)樵O(shè)備腐蝕引起異氰酸甲酯泄露，造成2500多人死亡，幾萬人雙目失明。可見腐蝕給人類帶來的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)危害是巨大的。

一、鐵是怎樣被腐蝕的

1.鐵的電化學(xué)腐蝕

鐵的電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象是最普遍，造成的危害也是最為嚴(yán)重的。鐵發(fā)生電化學(xué)腐蝕的本質(zhì)是形成原電池，形成原電池的關(guān)鍵是兩個(gè)電極之間要存在電勢(shì)差。鐵的電化學(xué)腐蝕中的兩個(gè)電極反應(yīng)的電極電勢(shì)如下：

Fe-2e-=Fe2+， E(Fe2+/Fe)=-0.409V

在中性溶液中：2H2O+O2=4OH-，E(O2/H2O)=0.401V

在酸性溶液中：2H++2e-=H2↑，E(H+/H2)=0V

隨著環(huán)境pH的上升，在被腐蝕的鐵表面，就形成Fe（OH）2沉淀。但是在溶液為近中性或弱堿性，且溶液中有氧的話，二價(jià)的鐵會(huì)氧化為三價(jià)的氧化鐵，也就是常見的紅棕色鐵銹。反應(yīng)過程如下：

Fe2++2OH-=Fe（OH）2(白色或綠色沉淀)

4Fe（OH）2+O2=2Fe2O3+4H2O

假如溶液中沒有充足的氧，就會(huì)形成四氧化三鐵：

6Fe（OH）2+O2=2Fe3O4#8226;H2O（綠色）+4H2O

Fe3O4#8226;H2O=H2O+Fe3O4(黑色)

所以大部分的鐵銹是分層的。在最外層，由于有充足的氧，形成的是紅棕色的三氧化二鐵；里層由于缺氧而形成黑色的四氧化三鐵；中間是含水的四氧化三鐵。

另外，鐵的生物腐蝕屬于電化學(xué)腐蝕。據(jù)有關(guān)報(bào)道，在硫酸鹽還原菌的作用下，在土壤中9年能把10mm的鋼管穿孔，海水中兩年可腐蝕透8mm的船艙鋼板，由此可見在一定條件下鐵的腐蝕速率是驚人的。按腐蝕菌生長發(fā)育中對(duì)氧的需求，通常分為好氧腐蝕菌和厭氧腐蝕菌。好氧腐蝕菌包括硫氧化菌、鐵細(xì)菌及形成黏液的異氧菌。厭氧菌主要是硫酸鹽還原菌，是土壤中主要的細(xì)菌。

好氧腐蝕菌必須在游離氧的環(huán)境中生存，如好氧性氧化鐵桿菌，它依靠金屬腐蝕過程所生成的Fe2+氧化為Fe3+時(shí)釋放出的能量維持其新陳代謝，存在于中性含有有機(jī)物和可溶性鐵鹽的水、土壤及銹層中。厭氧菌必須在缺乏游離氧的條件下才能生存，如硫酸鹽還原菌是種常見的厭氧型菌，其種類繁多，廣泛存在于中性的土壤、河水、海水、油井、港灣及銹層中。這些不同性質(zhì)的細(xì)菌的聯(lián)合腐蝕常發(fā)生于水管的內(nèi)壁，在那里，首先是氧化鐵桿菌將水管腐蝕溶解下來的Fe2+氧化為Fe3+，并形成Fe(OH)3沉淀，附著在水管內(nèi)壁生成硬殼狀銹瘤。銹瘤下面的金屬表面缺氧，恰好為硫酸鹽還原菌提供生存和繁殖場(chǎng)所。這樣，兩類腐蝕菌相輔相成，更加快了瘤下金屬的溶解。取下銹瘤，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)其中的腐蝕產(chǎn)物含有1．5%～5%硫化物，每克腐蝕產(chǎn)物中含有近千條硫酸鹽還原菌。

2.鐵的化學(xué)腐蝕

單純有化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕叫做化學(xué)腐蝕。如鐵與干燥的氣體（O2、H2S、SO2、Cl2）接觸時(shí)，在鐵的表面生成相應(yīng)的化合物；溫度對(duì)鐵的化學(xué)腐蝕影響很大，如常溫下鋼材在干燥空氣中不易被腐蝕，但在高溫下很容易被氧化，生成一層氧化膜（由FeO、Fe2O3、Fe3O4組成）同時(shí)容易形成脫碳現(xiàn)象，使鐵中的含碳量逐漸減小，導(dǎo)致鐵的硬度減小。

二、防止鐵腐蝕的方法

1.改變鐵的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)

制造各種耐腐蝕的鐵合金，如在普通鋼鐵中加入10%以上的鉻和適量的鎳、鈦及其他元素制成不銹鋼。

2.保護(hù)層法

在鐵的表面覆蓋保護(hù)層，使鐵制品與周圍腐蝕介質(zhì)隔離，從而防止腐蝕。如在鐵制品表面涂上機(jī)油、凡士林、油漆或覆蓋搪瓷、塑料等非金屬材料；用電鍍、熱鍍、噴鍍等方法，在鐵制品表面鍍上一層不易被腐蝕的金屬，如鋅、錫、鉻、鎳等；用化學(xué)方法在鋼鐵制品表面進(jìn)行“烤藍(lán)”，就是先除掉鐵制品的油和銹，然后浸在氫氧化鈉與亞硝酸鈉的溶液中，加熱后急劇冷卻形成一層緊密的、藍(lán)黑色的四氧化三鐵保護(hù)膜。

3.化學(xué)保護(hù)

電化學(xué)保護(hù)法包括陽極保護(hù)法和陰極保護(hù)法兩種類型。陽極保護(hù)法就是利用外加直流電源，把鐵接在正極上，理論上這應(yīng)該加速鐵的腐蝕，但在適當(dāng)?shù)碾娢环秶鷥?nèi)使鐵制品發(fā)生鈍化現(xiàn)象，從而得到有效的保護(hù)。陰極保護(hù)法就是將鐵制品作為腐蝕電池的陰極，使其不受到腐蝕，這種方法應(yīng)用比較常見，它有以下兩種形式：

犧牲陽極保護(hù)法、外加電源的保護(hù)法。

4.對(duì)腐蝕介質(zhì)進(jìn)行處理

經(jīng)常擦拭鐵制品的表面，保持其表面潔凈和干燥，以消除腐蝕介質(zhì)。將緩蝕劑少量地加到腐蝕介質(zhì)中，可以顯著地減小腐蝕的速率。對(duì)于生物腐蝕主要對(duì)腐蝕介質(zhì)進(jìn)行電離射線、超聲波處理，也可利用殺菌劑和微生物控制法來抑制或殺死腐蝕菌。

5.離子注入技術(shù)

科學(xué)家在月球表面發(fā)現(xiàn)一種前所未有的、不生銹的鐵，被稱為月球鐵，據(jù)研究是太陽不斷發(fā)射各種離子，這些離子沒有大氣層的阻擋，順利地鉆進(jìn)月球鐵的內(nèi)部，在表面形成了一層無形的盔甲，保護(hù)了鐵。后來科學(xué)家將這種離子注入新技術(shù)成功地應(yīng)用于鐵及鐵制品，使鋼鐵耐磨、更堅(jiān)韌、更耐腐蝕。

總之，隨著物理、化學(xué)和生物等學(xué)科及其交叉學(xué)科的發(fā)展，控制鐵制品腐蝕的新興技術(shù)也會(huì)得以產(chǎn)生和深入發(fā)展。

(責(zé)任編輯 廖銀燕）