金屬腐蝕與防護教學研究

摘 要 本文主要闡述了金屬材料的化學腐蝕和電化學腐蝕的機理，從而自然而然地闡述了防止金屬材料化學腐蝕和電化學腐蝕的方法。在教學中收到了良好的效果。

關鍵詞 金屬腐蝕 化學腐蝕 電化學腐蝕 隔離

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A

Teaching Research about Corrosion and Protection of Metals

ZHANG Zhengguang

（College of Chemistry and Life Science， China Three Gorges University， Yichang， Hubei 443002）

Abstract This paper mainly expounds the mechanism of chemical corrosion and electrochemical corrosion of metal material， can come very naturally to the method of preventing chemical corrosion and electrochemical corrosion of metal materials. It received good results in teaching.

Key words metallic corrosion； chemical corrosion； electrochemical corrosion； insulate

腐蝕是金屬材料與周圍環境介質之間發生化學或電化學而導致材料的破壞或變質。每年腐蝕損失占國內生產總值的2%～4%，發達國家每年腐蝕損失高達7000億美元。

雖然金屬腐蝕有多種形式，但是，它們的腐蝕機理是共同的。

一般金屬，例如鐵，由于化學性質比較活潑，在自然界一般以化合態存在，通過金屬冶煉，將其從化合態轉變為游離態，例如，冶煉鋼鐵就是用一氧化碳將鐵礦石中的氧化鐵還原為鐵原子。而鐵的腐蝕與鐵的冶煉相反，是將鐵原子氧化為鐵離子，其它金屬的腐蝕都是這個過程，即 →

這個過程又分為兩種情況：

（1）化學腐蝕

金屬與其周圍的干燥氣體接觸，例如，、、等等；或者與非電解質溶液接觸，例如石油，這些非電解質溶液里含有硫的化合物。金屬與這些干燥氣體或非電解質溶液直接發生化學反應成為氧化態而被腐蝕了。

（2）電化學腐蝕

發生電化學腐蝕的必要條件是構成原電池，即有正極和負極，電解質溶液，這三者構成一個電路。金屬就會發生電化學腐蝕。一般可分為兩種情況：

①析氫腐蝕，以鐵為例。在酸性較強的電解質溶液中，鐵原子為負極，一個鐵原子失去兩個電子，成為亞鐵離子，即 2 =

電解質溶液中的兩個氫離子獲得兩個電子，成為一個氫氣分子，在正極上放出，即2 + 2 =

總反應為 + 2 = +

②吸氧腐蝕，仍然以鐵為例。電解質溶液呈弱酸性或中性，負極：24 = 2；正極： + 2 + 4 = 4。

總反應：2 + + 2 =

4 + + 2 = 4

2 = · + （）

理解了金屬腐蝕的機理，還要了解影響金屬腐蝕的主要因素。內部主要因素有：（1）金屬的性質，金屬標準電極電位越高，金屬越不容易腐蝕。（2）金屬含有雜質，會降低金屬耐蝕性，但是，加入某些合金元素，可以提高金屬耐蝕性能。（3）金屬組織結構不同，耐蝕性能也不同。（4）金屬受力時，拉應力引起應力腐蝕；交變載荷引起腐蝕疲勞。（5）在多數情況下，粗糙的金屬表面比光滑的表面容易腐蝕。

外在因素有：（1）介質的酸堿性對不同金屬有不同的影響。一般是酸性越強，金屬越容易腐蝕。兩性金屬，在酸或堿中都有腐蝕性。鋁在濃硝酸中，表面生成一層致密的氧化膜而耐腐蝕。鉛在稀硫酸中表面生成難溶的硫酸鉛而耐腐蝕。鐵、鎂、鎳、鎘等金屬，表面的保護膜難溶于堿而溶于酸，在酸中易腐蝕。（2）介質中的有害雜質，會加速金屬的腐蝕。（3）金屬在中性鹽溶液的腐蝕，一般是隨濃度增加而加快，達到一最高點后，又逐漸降低。（4）介質的溫度升高，使反應速度增加，促進溶液的對流和擴散，加快腐蝕速度。（5）壓力的增加，引起設備的應力增加，也會使氣相介質中的一些物質溶于液相中，都會使腐蝕加快。（6）介質的流速增加，沖刷金屬表面，破壞金屬表面膜，腐蝕產物脫落，不斷更新金屬表面溶液而使腐蝕加快。

在理解了金屬腐蝕的機理和了解了影響金屬腐蝕的主要因素基礎上，就容易理解防止金屬材料腐蝕方法了。

從外在因素方面主要方法如下：（1）通過對液體加熱除去水中溶解的氧。（2）調整酸性介質中的酸堿度，使溶液呈中性或弱堿性，以降低對金屬材料的腐蝕性。（3）用各種氣固、液固分離法，脫出介質中的固體顆粒，減少磨損腐蝕。（4）在腐蝕性介質中添加緩蝕劑。緩蝕劑因氧化作用，使金屬表面鈍化。緩蝕劑能與介質中的有關離子反應，并在金屬表面形成防腐蝕的沉淀膜，不過，該膜致密性較差。緩蝕劑被吸附在潔凈的金屬表面，可以改變金屬的表面性質而防止腐蝕。使用更多的是用覆蓋層把腐蝕性介質與金屬表面隔離開來。

涂料覆蓋于金屬表面并能形成牢固附著的連續薄膜物質，把腐蝕性介質與金屬表面隔離開來。其作用主要有三個：屏蔽作用，涂層將金屬與環境隔離開；緩蝕作用，涂料內部金屬氧化物與金屬反應，使金屬表面鈍化，同時一些油料在金屬皂催化作用下生成降解產物，起延緩金屬基體腐蝕的作用；電化學保護作用，涂料中摻入比鐵更活潑的金屬，一旦化學介質穿透涂層接觸金屬，發生電化學腐蝕，比鐵活潑金屬腐蝕，鐵被保護起來。

電鍍基于電解原理，將被電鍍金屬置于電解池中，被電鍍金屬與直流電源負極相連，電解池中含有鍍層金屬離子，在外電流作用下，在被電鍍金屬表面形成與金屬牢固結合的覆蓋層，可以有效地防止腐蝕。

電泳是把金屬材料浸入含有覆蓋金屬材料表面的金屬微粒的液體介質中，例如鎳，然后在金屬材料與液體中的另一電極之間通入直流電，鎳將沉積在金屬材料表面形成覆蓋層。

熱噴涂是將熔融狀態的金屬霧化，并連續噴射在金屬制品表面上，例如，將鋅霧化，噴涂在鐵制品表面，形成牢固而致密的覆蓋層。

化學熱處理是將金屬制品放入含有鍍層金屬或其化合物的粉末混合物或熔鹽浴或蒸汽中，鍍層金屬或其化合物熱分解或還原等析出的金屬原子和非金屬原子，在高溫下，擴散于金屬制品中，形成合金或化合物覆蓋層。

磚板襯里是在金屬設備內壁，以耐腐蝕膠泥襯砌磚板，將腐蝕性介質與金屬設備隔離開來。膠泥起粘接磚板的作用，要注意各種膠泥和各種磚板的性能特征以及具體的腐蝕介質的性質，將它們的優良性能組合起來，從而達到真正防止金屬腐蝕的目的。

橡膠耐化學腐蝕，具有高彈性、耐磨蝕、適應交替變形及溫度變化等優良特性。選取一定厚度的片狀耐蝕橡膠材料，貼合在金屬設備內壁上，形成連續完整的保護覆蓋層。

玻璃鋼襯里是將玻璃鋼糊在金屬設備的內壁上而隔離，其耐腐蝕性取決于該塑料中所用樹脂的耐腐蝕性和施工方法。

聚氯乙烯塑料襯里是將聚氯乙烯塑料固定在金屬設備內壁上而隔離。

用電化學防止金屬材料腐蝕的很多，只介紹兩種：（1）外加電源法：被保護設備接直流電源正極，輔助陰極浸入設備內的電解質溶液中，接直流電源負極。由于外加電源正極遠高于被保護設備材料的電極電位，使被保護設備電位升高，產生較大初始電流，迅速達到設備的致鈍電流，使被保護設備鈍化。（2）外加電流法：被保護金屬設備與直流電源負極相連，依靠外加陰極電流，使設備負電性提高，電極電位變負。設備上的陰極電流使原來的腐蝕平衡電流增加，而設備上的陽極電流則減小，即腐蝕速度降低。進一步減少陽極電流，則可以使設備終止腐蝕。