金屬腐蝕與防護問題的若干探討

＊劉帥 王藝澎 王少峰

（1.陸軍裝備部駐太原地區第四軍事代表室 山西 030027 2.晉西工業集團有限責任公司 山西 030027）

化工生產過程中，金屬腐蝕現象時常發生，這不僅會對金屬器件本身造成傷害，也不利于金屬設備使用壽命的維持。據有關數據顯示，多數發達國家由于金屬腐蝕，每年會造成3%～4%的經濟損失。由此可見，金屬腐蝕對社會經濟發展也產生了重要影響。基于此，開展金屬腐蝕防護工作勢在必行。

1.金屬腐蝕的概念及類型

化工生產過程中，金屬容易與環境中的某種物質或成分發生反應，從而導致金屬表面基材被破壞，這一過程被稱為金屬腐蝕。化工生產過程中，金屬原子自由度較高，此時金屬單質與某種介質發生反應就容易造成腐蝕現象的發生。一般來說，由于物理原因導致金屬腐蝕現象發生的概率較低，而因為機械使用不當或機械本身造成的腐蝕現象也不歸屬于金屬腐蝕。金屬腐蝕多發生于化學反應條件下，除此以外，電化學反應的發生也會導致金屬腐蝕現象的出現。

化學反應下的金屬腐蝕通常是指，金屬原子與環境中的某種元素相遇，兩者發生氧化還原反應，如金屬與原油。電化學腐蝕是指金屬在使用過程中接觸到電解質。從而發生吸氫腐蝕，如碳鋼遇到水出現鐵銹等。

2.影響金屬腐蝕的因素

金屬腐蝕不僅與化學反應有關，電化學反應也是加劇金屬腐蝕的主要元素。因此，電化學穩定性對金屬腐蝕產生了影響。一般來說，點位值處于負值狀態時，金屬穩定性較低。若負值較大，金屬材料的穩定性也不會十分理想。此時，金屬離子化會增加金屬腐蝕現象的發生。

金屬材料的內部組成也是造成金屬腐蝕的重要元素。在金屬材料內部成分差異較大的情況下，金屬材料的整體質量也會出現一定問題?；诖?，多項合金材料相較于單相合金材料而言，更容易發生金屬腐蝕，其主要原因就是多項合金材料物化性質明顯。一旦多項合金材料與電解液相遇，就會產生電位差，且這一電位差較單項合金材料與電解液反應產生的電位差較大。

例如，在熱處理作用下，金屬材料經過系列反應與變化，會產生很多金相組織。淬火處理后，金相組織更加均勻。因此，該階段的金屬材料更具耐腐蝕性，但此后，隨著金屬材料碳物質的不斷沉淀，金屬材料的耐腐蝕性也會愈來愈弱。若該金屬表面不平整，也會進一步促進金屬腐蝕現象的發生。與此同時，化工生產過程中，金屬多處于極冷或極熱的極端環境，非氧化性酸性鹽類物質會對金屬材料的穩定性產生影響，導致金屬材料出現腐蝕現象。

除上述內容以外，空氣濕度、空氣溫度等因素也會對金屬腐蝕現象的發生產生影響。例如，水分是制約腐蝕反應發生的關鍵，假若水分達到相對濕度的臨界值，腐蝕速率就會大大增加。與此同時，環境溫度會對金屬表面水分的凝聚產生影響，從而導致電化學腐蝕反應速度出現變化。不僅如此，二氧化硫等是空氣中存在的常見污染物，此類氣體的出現同樣能夠加速金屬腐蝕。

3.金屬腐蝕的分類

結合前文所述可知，造成金屬腐蝕現象發生的原因多種多樣，基于上述內容，可對金屬腐蝕進行分類。

（1）按照金屬腐蝕環境進行分類。由于金屬腐蝕環境的不同，金屬腐蝕可分為以下幾種。首先，受到化學藥品、大氣濕度等因素的影響造成的腐蝕現象，被稱為濕蝕。氫腐蝕是干蝕的重要組成部分。除此以外，金屬還會受到藻類、真菌等的影響加劇金屬腐蝕，這一腐蝕現象可歸納為微生物腐蝕。

（2）按照金屬腐蝕形態進行分類?；诮饘俑g的不同形態，可對金屬腐蝕進行分類。在環境等多種元素的影響下，金屬表面會出現全面腐蝕，覆蓋度較高。在此過程中，通常會發生還原反應，但并不會發生較為明顯的還原現象，受金屬陽極溶解的影響較小，且金屬陽極腐蝕現象的發生是隨機的。因此，腐蝕現象較輕，且不會對金屬器具等產生嚴重影響。

局部腐蝕是在金屬器件或金屬設備表面發生的非均勻性腐蝕，通常聚集于金屬表面的某一或某些部位。局部腐蝕是陰陽兩極區分開的，且金屬陰極區占據較大位置。若金屬局部腐蝕較為嚴重，該位置的腐蝕強度也較大。在化工生產過程中，多數金屬設備出現的腐蝕現象都是局部腐蝕。相較于更加均勻的全面腐蝕來說，局部腐蝕的危害性更大。

具體來說，局部腐蝕也可以分為以下幾種類型。首先，點狀腐蝕和空穴類小面積腐蝕現象的發生可稱為點蝕現象，是局部腐蝕的一種，且腐蝕強度較高。但點蝕現象的發生并不一定是由于金屬腐蝕導致的，其他因素，如金屬器件穿孔，也會導致金屬表面出現點狀或空穴。其次，合金設備晶界區也是金屬腐蝕的高發區，但通過肉眼無法看到，只有在顯微鏡下才能顯示出來。因此，晶間腐蝕現象的發生對于金屬設備或器具內部產生的影響較重，如不銹鋼材料就容易出現晶間腐蝕。第三，在金屬器件或設備表面存在縫隙的情況下，也會發生腐蝕現象，被稱為縫隙腐蝕。最后，化工生產過程中，金屬設備等不可避免地會與含有研磨作用固體顆粒的溶液相接觸。久而久之，溶液的流動會增加金屬出現腐蝕的概率，同時也會加快金屬腐蝕的速率。目前來說，關于這種腐蝕現象的界定尚未明確，因此，既可以將其視為局部腐蝕的一種，也可以將其看做全面腐蝕現象。

4.金屬腐蝕的危害

金屬材料的腐蝕對社會經濟發展及社會資源建設、生態環境等產生的影響是不可估量的。從經濟層面來說，金屬腐蝕現象的出現會加劇金屬材料的損耗，與此同時，由于金屬腐蝕現象的發生，機械生產過程中也可能出現經濟效益不達標的情況。據有關資料顯示，由于金屬腐蝕造成的經濟損失占我國GDP的5%～6%，每年的經濟損失超5000億元。從資源浪費的角度來說，我國每年有10%～20%的金屬是由于金屬腐蝕損失掉的。如果按照每年產鋼一億噸的標準來計算的話，每年將會有上千萬鋼材由于腐蝕被浪費。而上千萬的產鋼量與大型鋼鐵企業一年的鋼產量相當。由此可見，金屬腐蝕會導致大量金屬浪費。

除此以外，由于金屬腐蝕，石油化工、造紙等企業在工業生產過程中，導致有害物質泄露，對周邊環境產生不利影響，甚至對周邊居民的生命安全產生威脅。

5.金屬腐蝕防護策略分析

（1）金屬表面處理，減緩腐蝕速度。對金屬進行表面處理更多的是通過物理手段或化學反應、電化學反應等在金屬表面生成保護層，從而減少電解質溶液與基材接觸的可能性，減緩金屬腐蝕的速度。

①涂層防護。涂層防護法在我國具有較長的應用歷史。最早，工業生產通常使用桐油、大漆等充當防護涂料，此后，可用來進行金屬防護的涂料種類愈來愈多，涂料涂層在工業生產中的應用十分常見。所謂涂層防護法，就是在金屬基材表面涂抹一層涂料，從而形成保護屏障。涂層防護法具有經濟、方便、有效性高等多重特點，與此同時，涂料防護法除能夠有效緩解金屬腐蝕以外，美觀性也更加突出，且不太容易受到涂裝設備大小等的限制，施工方式也十分簡便。目前來說，常用的涂料施工有刷涂、噴涂等多種工藝，聚氨酯漆、丙烯酸樹脂漆等是常用的涂料。

②金屬層防護。金屬層防護法主要是將金屬或合金覆蓋于金屬基材表面，減少保護對象與腐蝕介質的接觸，從而達到金屬保護的目的。此時，金屬基材表面被十幾微米的保護層覆蓋，金屬材料的腐蝕性顯著提升，有助于資源的節約。鍍層與保護金屬容易發生反應，并生成陽極性鍍層與陰極性鍍層。在受到破壞的情況下，陽極性鍍層依然能夠發揮保護作用，抵御金屬腐蝕現象的發生，而陰極性鍍層一旦受到破壞，其保護作用就會消失，甚至會加劇腐蝕情況的發生。

③陽極氧化處理。陽極氧化處理是將金屬材料與電源正極連接在一起，此時，外加電流與電解質溶液會共同作用于金屬表面，通過氧化膜的生產對金屬表面進行保護。陽極氧化工藝的應用依賴于鋁、鎂等合金材料。上述金屬材料表面本身存在一層薄薄的氧化膜，但這種天然生成的氧化膜性能較低，陽極氧化處理后，金屬表面的這一氧化膜能夠更加致密，耐蝕性也會更強。

④氧化處理。氧化處理是金屬腐蝕防護常用方法之一。在氧化劑的不斷作用下，金屬表面也會生成一層具有保護性的氧化膜，將金屬表面與腐蝕介質隔離開來。由于這種氧化處理后氧化膜的顏色多呈黑色或藍黑色，因此，學術界也以發黑處理命名這一過程。除膜層薄以外，所生成氧化膜的潤滑性也較為突出。因此，氧化處理并不會對零件精密度產生影響，這也是氧化處理多用于精密儀器金屬防腐的主要原因。

⑤磷化處理。磷化處理需要借助鐵、鋅等金屬及其合金，并將金屬材料在酸性磷酸鹽溶液中浸泡。此時，金屬表面會發生化學和電化學反應，磷酸鹽化學膜也在此過程中生成。磷化處理同樣能夠將金屬與腐蝕介質隔離開來。將此處理方法應用于生產過程中，涂層漆膜對基材的附著力大大提升，有助于金屬使用壽命的延長。

⑥合金化處理。合金化處理需要將其他元素摻入金屬中，通過碳、錳等其他元素的加入提高金屬的耐腐蝕性。例如，在對鋼鐵這一金屬進行防腐蝕處理時，可將碳氮元素滲透到鋼材表面，促進鋼材硬度的提升。日常生活中常用的不銹鋼材料就是通過碳、鎳等元素的滲透鑄造而成的。相較于普通鋼材，不銹鋼的耐腐蝕性大大提升。

（2）電化學保護法，加強金屬防護。電化學保護法需要借助外部電流，在外部電流的不斷驅使下，促使被腐蝕金屬電位發生變化，從而起到減緩金屬腐蝕現象的發生。對電化學保護法進行細分，可分為陰陽兩極保護法。其中，陽極保護法就是向金屬表面通入陽極電流，驅使金屬表面電位變正。此時，金屬溶解速度較慢，金屬腐蝕現象能夠得到抑制。與陽極保護法相同，陰極保護法也是向金屬表面通入電流，但是通入陰極電流。此時，金屬表面的電位會逐漸變為負，也能夠起到抑制作用。除此以外，陰極保護法根據電流來源的不同，又可以繼續劃分為外加電流法和犧牲陽極法。顧名思義，外加電流法就是將外加電源與被保護金屬連接起來，此時被連接的是外加電源的負極。與外加電流原理相同，犧牲陽極法是將被保護金屬與犧牲陽極進行連接，從而形成完整的電流回路。

采用犧牲陽極法防護金屬腐蝕時，犧牲陽極材料本身的性能會在一定程度上對最終的保護效果產生影響?；诖耍x擇的犧牲陽極材料應具有以下特性。首先，犧牲陽極材料本身要具有更負的電位，為陰極極化反應的發生提供動力。其次，工作過程中，犧牲陽極的電位變化要呈下降趨勢，不能受到輸出電流的影響逐漸增大。

（3）改善腐蝕環境，制約金屬腐蝕。腐蝕環境的改善需要借助緩蝕劑實現，即需要將緩蝕物質加入到金屬所處環境中，從而降低金屬腐蝕速度。盡管緩蝕劑使用量較少，但緩釋效果十分顯著，因此，這一方法通常被用于化工生產、運輸等領域。除此以外，干燥的砂石也是改善腐蝕環境的利器，將其填埋到管道周圍，管道與土壤的接觸機會大大減少，同樣能夠制約金屬腐蝕現象的發生。

（4）工業生產中的腐蝕防護措施。在對金屬材料進行切削時，可能會出現擾動的情況。此時，金屬保護層會受到破壞，零部件受到腐蝕的可能性也會隨之增加?；诖?，可將防腐蝕劑與冷卻潤滑劑融合在一起，增加內部鈍化膜的緊密程度。在此過程中需要對乳濁液濃度進行嚴格控制。工件處理完成后，也可以采用噴漆、浸泡等外部措施強化工件表面的保護層。除此以外，要全方位做好金屬防腐工作，還需要在法律建設、專業技術人員等等方面努力。具體措施內容如下：

①加強防腐相關法律建設。企業需要嚴格按照國家及地區制定的防腐法律法規實施，在化工生產過程中嚴格落實。在預算投資方面，企業應結合自身實際，對金屬腐蝕損失費用進行考量。②建立全面控制的發展觀念，從多環節開展金屬腐蝕防護工作，如涉及環節、加工制造環節、安裝運輸環節等。在不斷貫徹落實金屬腐蝕防護工作的同時，還要加強對金屬腐蝕防護的研究。③強化企業管理制度。企業工程人員應加強對化工生產的指導，并定期或不定期地對生產設備防腐蝕工作開展情況進行檢查。一旦出現落實不到位問題，馬上啟動整改流程，強化防腐管理制度。④綜合考慮企業生產環境。由于不同企業生產設備不同、生產環境之間存有差異，所需要使用的防腐工藝也要進行綜合考慮。不僅要對涂料的防腐效能進行思考，還要對涂料的施工特點進行考量。以合成氨的生產為例，此過程中會產生冷排系統，由于循環再生水的使用，生產環境較為復雜，對防腐涂料要求較高。由于除銹噴砂已經不能起到很好的防腐蝕作用，需要涂料具備低表面優良涂裝的性能。

6.結束語

綜上所述，金屬作為化工生產的重要材料，對我國經濟發展十分關鍵。因此，金屬質量的高低能夠直接對化工生產質量及化工生產過程的安全性等產生影響。而金屬材料容易受到環境及其他因素的影響，出現腐蝕情況。因此，在對金屬腐蝕現象進行處理時，應首先明確造成金屬腐蝕現象出現的原因，之后有針對性地選擇防護措施，最大程度上減少金屬表面與腐蝕介質的接觸，從而為化工生產的安全保障及經濟效益的進一步提升作出貢獻。值得注意的是，為進一步提升金屬腐蝕防護效果，相關工作人員需要具備較強的感知能力，能夠對生產環境及生產設備等發生的變化做出及時反應，并對上述防護措施進行適時調整。與此同時，金屬腐蝕防治也是現階段科學技術研究的重點話題，需要更多的相關人員投入到金屬材料腐蝕工作研究中，使更多具有強抗腐蝕能力的新材料得到推廣，最大程度上減少金屬腐蝕防護工藝成本高、操作條件復雜等問題。