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摘要：

由于金屬的化學(xué)特性，使得金屬材料很容易被腐蝕。目前金屬材料被廣泛的應(yīng)用于各行各業(yè)，腐蝕問題嚴(yán)重的影響了金屬材料的使用壽命，并且會(huì)帶來(lái)安全性問題，因此金屬的防腐是科學(xué)工作者重要的研究課題，本文從影響金屬腐蝕的因素分析，對(duì)金屬防腐的方法進(jìn)行探究。

關(guān)鍵詞：

金屬材料；防腐；探究

目前，金屬材料被廣泛的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，對(duì)人們的生活有些重要的作用。每年由于腐蝕造成的大量的金屬材料浪費(fèi)，這極大的浪費(fèi)了資源，也給人們?cè)斐闪撕艽蟮慕?jīng)濟(jì)損失，不利于社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。金屬的腐蝕是有金屬自身的化學(xué)性質(zhì)決定的，金屬的腐蝕是一種化學(xué)變化，是一種化學(xué)反應(yīng)，金屬的活動(dòng)性決定了金屬腐蝕的嚴(yán)重程度。我們要防止金屬發(fā)生腐蝕，就必然要求我們從金屬腐蝕的原理出發(fā)，采用物理隔離、化學(xué)防腐蝕等方面著手。隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，工業(yè)領(lǐng)域金屬的防腐能力也提出了越來(lái)越高的要求，需要研究人員對(duì)金屬防腐方法進(jìn)行深入的研究。眾所周知，在工業(yè)化初期，我們對(duì)金屬制品的防腐措施還很簡(jiǎn)單，還很不成體系。但是到今天，我們的工業(yè)社會(huì)高度發(fā)達(dá)，以鋼鐵制成品為主的多種金屬制品正在改變著我們的生活，這些金屬材料同樣也在工業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，而且對(duì)防腐蝕工作提出了更高的要求。

1金屬材料的腐蝕概念及類型

金屬由于外部介質(zhì)的化學(xué)作用或者電化學(xué)作用而引起的破壞稱為腐蝕。對(duì)于材料來(lái)講，沒有哪一種材料能夠絕對(duì)耐腐蝕，一定類型的材料只有在一定的壓力、溫度、操作介質(zhì)類型等因素的條件下，才具有耐腐蝕能力。不同的材料的耐腐蝕能力也存在差異，金屬材料的耐腐蝕性能跟金屬的種類有很大關(guān)系，一般人們通過(guò)金屬的腐蝕速度來(lái)判斷金屬的耐腐蝕能力。評(píng)定金屬材料是否受到腐蝕的方法有視覺觀察、質(zhì)量觀察、電阻變化等因素，根據(jù)造成金屬腐蝕的原因可以將金屬的腐蝕分為兩類，分別是化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕[1]，而電化學(xué)腐蝕造成的金屬腐蝕速度和嚴(yán)重程度都要高于化學(xué)腐蝕。

1.1化學(xué)腐蝕

化學(xué)腐蝕是一種不太普遍的腐蝕方式，一般是金屬和所接觸到的物質(zhì)直接發(fā)生氧化還原反應(yīng)的過(guò)程。化學(xué)腐蝕是金屬和非電解質(zhì)之間的發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而造成的破壞，例如鐵在干燥空氣下的腐蝕，這種化學(xué)反應(yīng)遵循多相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的基本規(guī)律，在化學(xué)腐蝕過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)電流。化學(xué)腐蝕通常在金屬和干燥的空氣或者非電解質(zhì)溶液接觸時(shí)發(fā)生，高溫下各種氣體和金屬的反應(yīng)也屬于化學(xué)腐蝕。在化學(xué)腐蝕過(guò)程中一般會(huì)出現(xiàn)不同厚度的膜，它是影響金屬腐蝕速度的重要因素。化學(xué)腐蝕對(duì)于金屬的破壞能力相對(duì)較低，腐蝕速度相較于電化學(xué)腐蝕也要慢。

1.2電化學(xué)腐蝕

電化學(xué)腐蝕一種普遍存在的、具有很強(qiáng)破壞力的金屬腐蝕方式。電化學(xué)腐蝕是金屬和和周圍的電解質(zhì)發(fā)生作用，形成腐蝕電池，并從熱力學(xué)的不穩(wěn)定狀態(tài)變到穩(wěn)定狀態(tài)，并對(duì)金屬結(jié)構(gòu)造成破壞的過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中金屬中會(huì)出現(xiàn)電流。生活中的電化學(xué)腐蝕有鋼鐵在潮濕的空氣中生銹和金屬在酸中的溶解等，一般來(lái)說(shuō)金屬腐蝕的主要因素是電化學(xué)腐蝕。金屬的腐蝕還可以根據(jù)腐蝕環(huán)境分為大氣腐蝕、水腐蝕、土壤腐蝕和化工介質(zhì)腐蝕。電化學(xué)腐蝕是我們?cè)诮饘俜栏ぷ髦械闹攸c(diǎn)。

2影響腐蝕的因素

2.1金屬本身因素的影響

金屬的腐蝕和自身的內(nèi)在條件有很大的關(guān)系，如金屬的表面狀態(tài)、應(yīng)力和自身內(nèi)部組織等因素都對(duì)金屬的腐蝕有影響。表面狀態(tài)良好的金屬相對(duì)于表面狀態(tài)不好的金屬來(lái)講就更耐腐蝕，應(yīng)力對(duì)金屬的腐蝕有加速作用，尤其是當(dāng)應(yīng)力集中時(shí)，其加速金屬腐蝕的同時(shí)還會(huì)破壞金屬的晶格機(jī)構(gòu)，危害更大。對(duì)于合金來(lái)說(shuō)，其內(nèi)部成分對(duì)于腐蝕的速度也有影響，例如鋼中的碳元素就會(huì)因?yàn)榕c鐵組成原電池為加速鋼鐵的腐蝕，而在鋼鐵中添加鉻元素則可以減緩鋼的腐蝕速度。

2.2外部條件的影響影響

鋼鐵腐蝕速度的外部條件有很多，例如操作介質(zhì)、溶液運(yùn)動(dòng)速度。溫度和壓強(qiáng)等因素都會(huì)影響金屬的腐蝕。操作介質(zhì)中對(duì)金屬腐蝕速率影響最大的因素是pH值，它是來(lái)判斷電解質(zhì)溶液性質(zhì)的重要指標(biāo)。pH對(duì)于金屬腐蝕的影響則比較復(fù)雜，在酸性條件下一般會(huì)加快金屬的腐蝕速率，但是在氧化性酸中，例如硝酸或者濃度大于百分之七十的硫酸中，部分金屬可以形成致密的氧化物薄膜來(lái)阻止其繼續(xù)被腐蝕，例如金屬鋁就可以在硝酸中形成致密的三氧化二鋁薄膜。在堿性溶液中電解質(zhì)內(nèi)形成不溶物時(shí)會(huì)減小腐蝕速度，反之則會(huì)增大腐蝕速度。介質(zhì)溶液中的氯離子等也會(huì)加大金屬的腐蝕速度。一般來(lái)說(shuō)溫度越高，對(duì)于金屬的腐蝕速度會(huì)增大。隨著壓強(qiáng)的增大會(huì)造成溶液中氣體的溶解度增大，從而加大金屬的腐蝕速度。在不少金屬設(shè)備中接觸運(yùn)動(dòng)溶液也會(huì)加速金屬的腐蝕。

3金屬材料防腐方法

3.1根據(jù)不同條件選擇金屬材料

金屬材料被廣泛的應(yīng)用于各種環(huán)境之中，但目前還沒有發(fā)現(xiàn)任何一種金屬在一切介質(zhì)之下都可以耐腐蝕，因此需要合理的選擇材料，是金屬材料避開那些對(duì)其有高腐蝕性的材料，將金屬材料更多的應(yīng)用于其耐腐蝕的介質(zhì)之中。例如盡量不能將鐵、銅直接接觸使用，這樣會(huì)加速鐵的腐蝕。這種方式并不需要對(duì)金屬材料進(jìn)行處理就可以較少金屬的腐蝕，防止不必要的資源浪費(fèi)。同時(shí)在一些環(huán)境中可以采用非金屬材料例如陶瓷、石墨等來(lái)代替金屬材料，這些材料都具有很好的化學(xué)穩(wěn)定性，比金屬材料更加耐腐蝕。

3.2基于電化學(xué)的保護(hù)方法

此前我們已經(jīng)介紹過(guò)了電化學(xué)腐蝕是金屬最主要的腐蝕方式，根據(jù)其腐蝕金屬的原理對(duì)金屬進(jìn)行保護(hù)。基于電化學(xué)的金屬防腐蝕主要由陽(yáng)極保護(hù)或者陰極保護(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。陽(yáng)極保護(hù)是通過(guò)電流使陽(yáng)極極化，提高陽(yáng)極的電極電位，此時(shí)陰陽(yáng)極之間的電位差減小，從而減緩金屬的腐蝕速度。陰極保護(hù)則是通過(guò)陰極的極化來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在導(dǎo)電介質(zhì)中將金屬接到直流電源的負(fù)極上，并且使電流通過(guò)，就可以使陰極極化，這種方法的能夠比較的阻止金屬被腐蝕，被廣泛的應(yīng)用于管道的防腐蝕之中。

3.3對(duì)金屬進(jìn)行覆蓋

在金屬表面上覆蓋一層保護(hù)層是一種常用的保護(hù)金屬不被腐蝕的方法，金屬表面被覆蓋后無(wú)法與介質(zhì)接觸，這樣金屬就不能和介質(zhì)形成腐蝕電池，能夠防止金屬背腐蝕。這種方式要求保護(hù)層和金屬能夠很好地粘合，同時(shí)可以有效的阻止金屬和介質(zhì)的接觸，同時(shí)不影響金屬的強(qiáng)度等性質(zhì)。金屬的保護(hù)層主要有非金屬保護(hù)層、金屬保護(hù)層、化學(xué)保護(hù)層等。非金屬保護(hù)層就是將非金屬的有機(jī)或者無(wú)機(jī)化合物涂抹在金屬的表面，例如人們通常用油漆覆蓋鋼鐵來(lái)保護(hù)其不受腐蝕。金屬保護(hù)層也是將金屬或者合金作為保護(hù)層覆蓋在受保護(hù)金屬之上，來(lái)減緩受保護(hù)金屬的腐蝕，像在金屬表面鍍銅等金屬的工藝已經(jīng)比較成熟。化學(xué)保護(hù)層是通過(guò)化學(xué)或電化學(xué)方法，在金屬的表面上形成一層非金屬膜，這種膜可以減少金屬的腐蝕，這種方法是有關(guān)人員目前研究的熱門方向。將金屬進(jìn)行磷化工藝處理是化學(xué)保護(hù)層方法的一種，其具體的操作方法是將表面清潔的鋼鐵放入磷酸鹽中浸泡，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間之后金屬表面就是形成一種不溶于水的磷化物膜，這層磷化物保護(hù)膜膜可以阻止金屬進(jìn)一步被腐蝕。同樣的還可以讓金屬表面生成一層氧化物保護(hù)膜來(lái)阻止金屬被腐蝕，其主要工藝是用強(qiáng)氧化劑和燒堿對(duì)鋼鐵進(jìn)行熱處理，是鋼條表面生成一種氧化物膜，這層膜也可以保護(hù)鋼鐵不受腐蝕。

3.4離子注入工藝

離子注入工藝主要是利用對(duì)金屬表面進(jìn)行改性來(lái)進(jìn)行金屬防腐的。經(jīng)過(guò)大量的研究和實(shí)驗(yàn)證明，離子注入工藝可以提高金屬材料的摩擦因素、抗腐蝕性和抗氧化性等性能，從而使金屬材料的使用性能得到提升。離子注入工藝和傳統(tǒng)的金屬防腐方法有很大的不同，它是利用高能量的離子的沖擊金屬表面來(lái)改變金屬的表面性質(zhì)，從而提高金屬材料的防腐能力。為了增強(qiáng)金屬的耐腐蝕能力，可以通過(guò)離子注入工藝在金屬材料中注入比其生成氧化物自由能高的元素，使金屬材料表面形成致密的金屬氧化物薄膜。通過(guò)離子注入工藝提升金屬表面耐腐蝕性能的方式主要有三種：第一，使金屬表面形成穩(wěn)定的合金，例如將Cr、Mn等金屬元素注入到Fe的表面來(lái)形成不銹鋼的表面。第二，使金屬表面生成有利于改進(jìn)金屬耐腐蝕能力的化合物，這種方法可以通過(guò)注入非金屬元素的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。第三，使金屬表面形成無(wú)序態(tài)來(lái)改變金屬的防腐蝕性能，可以通過(guò)注入B、S等元素來(lái)實(shí)現(xiàn)。離子注入工藝在金屬防腐方面在未來(lái)還有比較大的前景。

4結(jié)論

現(xiàn)在金屬材料被人們廣泛的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，在未來(lái)也會(huì)是一種重要的材料，但是金屬的腐蝕嚴(yán)重的影響了人們對(duì)金屬的使用，限制了金屬材料在人們生產(chǎn)生活中的作用，因此需要更多的研究金屬防腐蝕的方法，以更好的發(fā)揮金屬材料對(duì)人類的作用。目前金屬腐蝕原因主要化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕，其中電化學(xué)腐蝕的破壞能力更強(qiáng)，是金屬腐蝕的主要原因。目前金屬的防腐措施主要有電化學(xué)方法，和對(duì)金屬進(jìn)行包覆的方法，還需要研究人員不斷的努力研究金屬防腐的新方法。

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作者:謝中柱 許并社 樊建鋒 單位:太原學(xué)院機(jī)電工程系 太原理工大學(xué)新材料工程技術(shù)中心 太原理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院