為金屬材料披上“防護衣”

朱彥錦

近年來，人們對金屬腐蝕的危害關注度越來越高，如金屬構件在大氣中生銹，船舶遭受海水和微生物的腐蝕，埋藏在地下的輸油、輸氣管線因土壤和細菌的腐蝕而發(fā)生穿孔，化工機械由于常與強腐蝕性酸、堿、鹽介質接觸而使用壽命縮短等。

據報道，每年我國因金屬腐蝕造成的損失約占國民生產總值的4%，因此采取有效的防腐蝕措施來減緩金屬材料的腐蝕速度，對延長設備壽命、降低成本、提高勞動生產率都具有十分重要的意義。

一、金屬材料的腐蝕機理

1.金屬腐蝕的發(fā)生

金屬受周圍介質的化學及電化學作用而被破壞，這種現象叫金屬的腐蝕。由于腐蝕導致的金屬破壞都是先從表面開始，所以金屬表面的破壞程度最大。

2.金屬腐蝕的分類

按腐蝕機理可以將金屬腐蝕分為化學腐蝕與電化學腐蝕兩大類。化學腐蝕就是金屬與接觸到的物質直接發(fā)生氧化還原反應而被氧化損耗。電化學腐蝕則是金屬表面與離子導電的介質因發(fā)生電化學作用而產生破壞。不論是化學腐蝕還是電化學腐蝕，金屬腐蝕的實質都是金屬原子被氧化成金屬陽離子的過程。

二、金屬的防護方法

1.改變金屬的組成

根據不同的用途選擇不同的材料組成耐腐蝕合金，或在金屬中添加合金元素，提高產品的耐腐蝕性。如不銹鋼材料，就是通過在鋼鐵中加入12%至30%的金屬鉻而改變鋼鐵原有的組成，使其不易被腐蝕。

2.改善金屬所在的環(huán)境

如減少腐蝕介質的濃度、去除介質中的氧、控制環(huán)境溫度、濕度等都可以減少或防止金屬被腐蝕。

3.在金屬表面形成保護層

在金屬表面覆蓋各種保護層，把被保護金屬與腐蝕性介質隔開，是防止金屬腐蝕的有效方法。目前主要有以下幾種保護層的防護方法。

（1）磷化處理

鋼鐵制品去油、除銹后，放入特殊配制的磷酸溶液中浸泡，即可在金屬表面形成一層不溶于水的磷酸鹽薄膜，這一過程叫磷化處理。磷化膜呈暗灰色或黑灰色，厚度一般為5um至20um，在大氣中有較好的耐腐蝕性。

（2）氧化處理

將鋼鐵制品置于NaOH的混合溶液中加熱處理，其表面即可形成一層厚度約為0.5um至1.5um的藍色氧化膜（主要成分為Fe3O4），此過程稱為發(fā)藍處理。這種藍色氧化膜具有較大的彈性和潤滑性，不會影響零件的精度，故精密儀器和光學儀器的部件、彈簧鋼、薄鋼片、細鋼絲等常用這種防腐蝕方式。

（3）非金屬涂層

將非金屬物質如油漆、塑料、搪瓷、礦物性油脂等涂在金屬表面上形成的保護層，稱為非金屬涂層。如船身、車廂常被涂上油漆等。

（4）金屬保護層

金屬保護層是將一種金屬鍍在被保護的金屬制品表面上而形成的保護鍍層。金屬鍍層的形成有電鍍、化學鍍、熱浸鍍、熱噴鍍、滲鍍、真空鍍等方法。

4.電化學保護法

電化學保護法是根據電化學原理在金屬設備上采取措施，使之成為腐蝕電池中的陰極，防止或減輕金屬腐蝕。

（1）犧牲陽極的陰極保護法

犧牲陽極保護法是用電極電勢比被保護金屬更低的金屬或合金做陽極，固定在被保護金屬上，形成腐蝕電池，被保護金屬作為陰極而得到保護。犧牲陽極一般常用的材料有鋁、鋅及其合金。此法常用于保護海輪外殼、海水中的各種金屬設備、構件和防止巨型設備以及石油管路的腐蝕。

（2）外加電流的陰極保護法

將需要保護的金屬接在負極上，使之成為陰極而免除被腐蝕。另外取一些石墨接到正極上，使之成為輔助陽極，實際上也是犧牲陽極。與犧牲陽極保護法不同的是，這種方法是由外電源提供電流。

盡管現在人類已經掌握了多種金屬防腐蝕的方法，但金屬材料腐蝕原因的多樣性對我們提出了更高的要求。隨著科技的發(fā)展，金屬腐蝕與防護科學也將呈現跨學科、多方向發(fā)展趨勢，我們需要為此進行更深入的研究。（指導老師：李銀秀）