沿海地區電子鎖腐蝕的因素分析

國家日用金屬制品質量監督檢驗中心（沈陽） 李婉嫕 夏 威

隨著電子鎖行業的快速發展，大量優秀的產品走入大家視野。這些產品大多宣稱10年或者更長時間的壽命，但這些產品在沿海地區使用時，由于海洋大氣腐蝕的作用經長時間使用后普通鎖體很難保證和內陸地區相同的性能，很多采用304不銹鋼為鎖體的鎖具也會出現開鎖不順暢，電磁壽命低等問題。我國海岸線長達18000多公里，并且擁有不計其數的島嶼，提高產品對海洋氣候的適應性有著重要的意義。

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。因此這一環境中鎖體的腐蝕主要表現為大氣腐蝕。大氣腐蝕是一種普遍存在的腐蝕現象。在內地空氣較干燥的地區，大氣腐蝕非常輕微，所以在正常使用環境下能到達5年、10年的鎖具在沿海地區尤其是靠近海邊這一潮濕含鹽的環境中，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：

當空氣中水分的含量超過飽和濃度，水就會冷凝出來，也就是說在無外力的情況下只有在空氣中的相對濕度大于100%時，水蒸氣才會在物體表面凝聚，形成水膜。但是若在物體表面存在雜質，特別是存有可以同水結合的鹽類或可溶性的腐蝕產物時將會使水分在相對濕度大大低于100%時發生凝聚。在沿海地區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，由于鹽溶液上的蒸氣壓力低于純溶劑上的蒸氣壓力，鹽溶液在金屬表面上存在，會使水汽的凝聚變得更加容易。再加上當環境溫度較高時人們會開冷氣減低室內溫度，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系：理論上認為其厚度越薄氧越容易到達金屬表面，就越容易進行氧的去極化反應，但薄到一定程度時又起不到電解液的作用。它們之間的相互關系可以定性地用圖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系

區域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中的金屬的腐蝕相同，若這層水膜酸性很弱或顯中性，則發生吸氧腐蝕，其正極反應式為O2+4e-+2H2O=4OH-，電池總反應式為2Fe+O2+2H2O=2Fe（OH）2。屬于電化學腐蝕。金屬在潮濕大氣中的腐蝕即相當于這個過程。在沿海地區鎖具使用過程中，由于潮濕和室內外空氣的溫差，很容易在鎖具內部零件上形成含有鹽份的水膜，大大影響鎖具壽命。

1.2 氧擴散的影響

任何金屬在溶液中發生電化學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，即腐蝕過程的去極化劑。在多數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金屬表面，金屬的腐蝕速度越快。氧對金屬的去極化過程可用以下反應式簡要表示：

陽極反應：Fe→Fe2++2e-

陰極反應：1/202+H2O+2e-→2OH-

總反應：Fe+1/202+H2O→Fe(OH)2

進一步氫化：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系

從以上的反應式可以看出，氧在反應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膜到達金屬表面要比通過完全浸沒時的液層容易得多。因此處于潮濕環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，海岸邊風中夾雜著相對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生點蝕的主要因素之一。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系。以NaCl為例，開始時，腐蝕速度隨濃度的增大而增加，當濃度達到一定值時，腐蝕速度達到最大這是因為，在這種情況下金屬的腐蝕主要是氧的去極化反應，當鹽濃度較小時，液膜的導電性隨濃度的增加而增大，使腐蝕速度加快：但當濃度達到一定值時，隨濃度的繼續增加將使氧的溶解度和擴散速度下降，從而導致腐蝕速度下降。所以，并不是鹽濃度越大，對金屬的腐蝕性越強。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。海風中所夾雜的氯化物，是使金屬發生點蝕的重要因素。在金屬表面具有傷痕或性質不均勻的區域，氯離子首先會在這些部位和金屬作用形成點蝕的蝕核。在富氧的條件下，會發生“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 腐蝕產物自身的影響

在一定的條件下，腐蝕產物也會影響大氣腐蝕的電極反應，由于沿海地區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，這樣就會使到達金屬表面的氧量發生變化，伊文思認為鋼鐵表面處于濕潤的條件下，當氧的通路被限制時，銹層可以作為氧化劑，即發生陰極的去極化反應：

4Fe2O3+Fe2++2e-→8Fe3O4

而當銹層干燥時是透氧的，這時Fe3O4又會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行。

2 防護措施

根據沿海地區的腐蝕特點及影響腐蝕的因素，可以有針對性地采取有效措施，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。其中銅系應用較多，對沿海大氣的耐蝕性也較好。目前國內常用的主要有不銹鋼、16MnCu鋼、15MnVCu鋼等。

2.2 采用鈍化工藝

根據沿海地區金屬腐蝕的電化學特點可以應用一些能夠鈍化底金屬，提高其電極電位。另外，適當的使用保護油液可以很好的起到清除金屬腐蝕產物的作用。

總結：現有的電子鎖鎖體因為大部分都是由鋼制件構成，所以在耐沿海地區氣候腐蝕方面表現的并不理想，而要想解決沿海地區鎖具腐蝕問題，尤其是近海地區的腐蝕問題應盡量采用耐Cl-腐蝕性優秀的材料。