學(xué)年論文《金屬材料的腐蝕與防護(hù)》.doc

結(jié)課 論 文題 目：金屬材料的腐蝕與防護(hù) 姓 名 馮 家 琪 學(xué) 院 稀 土 學(xué) 院 年 級(jí) 10 稀 土 工 程 完成日期： 2012 年 12 月 7 日金屬材料的腐蝕與防護(hù)XXX（瓊州學(xué)院理工學(xué)院09化本班，海南 三亞 572022）摘要：扼要介紹了金屬的腐蝕機(jī)理，腐蝕發(fā)生的原因。金屬的腐蝕現(xiàn)象和機(jī)理比較復(fù)雜，但可以通過合理地選用材料、有效地采取防腐蝕措施來減緩金屬材料的腐蝕速度，這對(duì)于延長(zhǎng)設(shè)備壽命、降低成本、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率都具有十分重要的意義。關(guān)鍵詞：金屬材料;腐蝕;防護(hù) 鋼鐵生銹、銅器泛綠、銀具變黑等都是材料(通常是指金屬)及其結(jié)構(gòu)物，制件與其所處環(huán)境介質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)所引起的破壞或變質(zhì)。這類破壞或變質(zhì)被稱之為材料的腐蝕。腐蝕科學(xué)則是一門涉及化學(xué)、物理、冶金學(xué)、表面科學(xué)、力學(xué)、機(jī)械學(xué)和生物學(xué)等多學(xué)科的應(yīng)用科學(xué)。金屬的腐蝕嚴(yán)重破壞了國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)，研究金屬的腐蝕這門科學(xué)對(duì)于提高國(guó)民經(jīng)濟(jì)和加強(qiáng)國(guó)防建設(shè)都有重要的意義。1 金屬材料的腐蝕機(jī)理1.1金屬腐蝕的分類 按照金屬的腐蝕機(jī)理可以將金屬腐蝕分為化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕兩大類?；瘜W(xué)腐蝕就是金屬與接觸到的物質(zhì)直接發(fā)生氧化還原反應(yīng)而被氧化損耗的過程；電化學(xué)腐蝕就是鐵和氧形成兩個(gè)電極，組成腐蝕原電池，因?yàn)殍F的電極電位總比氧的電極電位低，所以鐵是陽(yáng)極。遭到的腐蝕不管是化學(xué)腐蝕還是電化學(xué)腐蝕，金屬腐蝕的實(shí)質(zhì)都是金屬原子被氧化轉(zhuǎn)化成金屬陽(yáng)離子的過程1。1.2金屬腐蝕的發(fā)生自然界中只有極少數(shù)金屬（例如金、鉑等）能以游離狀態(tài)存在，而大多數(shù)金屬都需要從它們的礦石中用不同的能量冶煉出來。因此，從熱力學(xué)觀點(diǎn)來看，金屬的腐蝕是很自然的事。金屬受周圍介質(zhì)的化學(xué)及電化學(xué)作用而被破壞，這種現(xiàn)象叫做金屬的腐蝕。由于腐蝕導(dǎo)致的金屬破壞都從表面開始，而破壞的程度，一般來說也是表面最大。在液態(tài)和固態(tài)電解質(zhì)中腐蝕過程是電化學(xué)過程。因此，腐蝕能否進(jìn)行取決于金屬能否離子化，而金屬離子化的趨勢(shì)可以用電極電位（E）表示。 金屬在電解質(zhì)中的腐蝕是一種電化學(xué)變化2，它的進(jìn)行依照法拉第定律及歐姆定律， W=（EcEa）te/(96500AR) 式中，e為常數(shù)，如粗略地認(rèn)為R不變時(shí)，則腐蝕速率（W/t）與（EcEa）成正比，而與A成反比。（EcEa）因極化關(guān)系有所變化，因此腐蝕率也會(huì)隨時(shí)間變化；陽(yáng)極面積（A）較小時(shí)，腐蝕率將會(huì)隨著提高。 金屬腐蝕時(shí)，陽(yáng)極釋放電子的陽(yáng)極過程和陰極獲得電子的陰極過程是在同一金屬表面進(jìn)行的。 2 金屬防護(hù)的方法2.1改善金屬的環(huán)境改善環(huán)境對(duì)減少和防止腐蝕有重要意義。例如，減少腐蝕介質(zhì)的濃度，除去介質(zhì)中的氧，控制環(huán)境溫度、濕度等都可以減少和防止金屬腐蝕。也可以采用在腐蝕介質(zhì)中添加能降低腐蝕速率的物質(zhì)(稱緩蝕劑)來減少和防止金屬腐蝕。2.2在金屬表面形成保護(hù)層在金屬表面覆蓋各種保護(hù)，把被保護(hù)金屬與腐蝕性介質(zhì)隔開，是防止金屬腐蝕的有效方法3。工業(yè)上普遍使用的保護(hù)層有非金屬保護(hù)層和金屬保護(hù)層兩大類。它們是用化學(xué)方法、物理方法和電化學(xué)方法實(shí)現(xiàn)的。該法就是使金屬表面形成轉(zhuǎn)化層和加上一層堅(jiān)固的保護(hù)層，達(dá)到隔離大氣保護(hù)金屬的目的.如對(duì)金屬表面實(shí)施電鍍、化學(xué)鍍以及氧化、磷化處理等，可使金屬表面覆蓋一層耐腐蝕的保護(hù)層;也可以對(duì)金屬表面氮化。滲鉛、滲鉻等使金屬表面合金化；再有，可采用涂料保護(hù)法，即對(duì)金屬涂防銹材料如油漆，防銹油脂，塑料、橡膠、搪瓷、陶瓷等.這些方法在國(guó)內(nèi)外均廣泛有效地被使用著。2.2.1金屬的磷化處理鋼鐵制品去油、除銹后，放入特定組成的磷酸鹽溶液中浸泡，即可在金屬表面形成一層不溶于水的磷酸鹽薄膜，這種過程叫做磷化處理4。磷化膜呈暗灰色至黑灰色，厚度一般為520m，在大氣中有較好的耐腐蝕性。膜是微孔結(jié)構(gòu)，對(duì)油漆等的吸附能力強(qiáng)，如用作油漆底層，耐腐蝕性可進(jìn)一步提高。2.2.2金屬的氧化處理將 鋼 鐵 制 品 加 到 NaOH和NaNO2 的 混 合 溶 液 中 ， 加 熱 處理5，其表面即可形成一層厚度約為0.51.5 m的藍(lán)色氧化膜(主要成分為FeO )，以達(dá)到鋼鐵防腐蝕的目的，此過程稱為發(fā)藍(lán)處理，簡(jiǎn)稱發(fā)藍(lán)。這種氧化膜具有較大的彈性和潤(rùn)滑性，不影響零件的精度，故精密儀器和光學(xué)儀器的部件，彈簧鋼、薄鋼片、細(xì)鋼絲等常用發(fā)藍(lán)處理。2.2.3非金屬涂層用非金屬物質(zhì)如油漆、塑料、搪瓷、礦物性油脂等涂覆在金屬表面上形成保護(hù)層，稱為非金屬涂層，也可達(dá)到防腐蝕的目的。例如，船身、車廂、水桶等常涂油漆，汽車外殼常噴漆，槍炮、機(jī)器常涂礦物性油脂等。用塑料(如聚乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯等)噴涂金屬表面，比噴漆效果更佳。塑料這種覆蓋層致密光潔、色澤艷麗，兼具防腐蝕與裝飾的雙重功能。搪瓷是含SiO2量較高的玻璃瓷釉，有極好的耐腐蝕性能，因此作為耐腐蝕非金屬涂層，廣泛用于石油化工、醫(yī)藥、儀器等工業(yè)部門和日常生活用品中。2.2.4金屬保護(hù)層金屬保護(hù)層是以一種金屬鍍?cè)诒槐Ｗo(hù)的另一種金屬制品表面上所形成的保護(hù)鍍層。前一金屬常稱為鍍層金屬。金屬鍍層的形成，除電鍍、化學(xué)鍍外，還有熱浸鍍、熱噴鍍、滲鍍、真空鍍等方法。熱浸鍍是將金屬制件浸入熔融的金屬中以獲得金屬涂層的方法，作為浸涂層的金屬是低熔點(diǎn)金屬，如Zn、Sn、Pb和Al等。熱鍍鋅主要用于鋼管、鋼板、鋼帶和鋼絲，應(yīng)用最廣；熱鍍錫用于薄鋼板和食品加工等的貯存容器；熱鍍鉛主要用于化工防腐蝕和包覆電纜；熱鍍鋁則主要用于鋼鐵零件的抗高溫氧化等。金屬表面保護(hù)層的要求薄薄的一層涂料不可能起到絕對(duì)的屏蔽作用。因?yàn)楦呔畚锒季哂幸欢ǖ耐笟庑?，其結(jié)極氣孔比水和氧分子直徑大，所以涂層很薄時(shí)，它們可以自由通過。為了提高涂層的抗?jié)B性，除了選用透氣性小的成膜物質(zhì)和屏蔽性小的固體膜料，同時(shí)應(yīng)增加涂覆層數(shù)，以使涂層達(dá)到一定厚度且致密無孔，達(dá)到涂層硬度高，耐磨。即使組成相同，在一層之內(nèi)，干燥之后往往表面與內(nèi)部并不完全相同，因此每層之間必須充分附著，形成均勻密合的整體。增強(qiáng)涂層與基體金屬的附著力，可以長(zhǎng)時(shí)間維持金屬不受腐蝕。因此金屬表面保護(hù)層要求:(1)涂層(鍍層)致密、完整無孔，不透介質(zhì);(2)與基體金屬結(jié)合牢固，附著力強(qiáng);(3)硬度高，耐磨;(4)在金屬表面分布均勻。2.3電化學(xué)保護(hù)法電化學(xué)保護(hù)法是根據(jù)電化學(xué)原理在金屬設(shè)備上采取措施，使之成為腐蝕電池中的陰極，從而防止或減輕金屬腐蝕的方法。2.3.1犧牲陽(yáng)極保護(hù)法犧牲陽(yáng)極保護(hù)法是用電極電勢(shì)比被保護(hù)金屬更低的金屬或合金做陽(yáng)極，固定在被保護(hù)金屬上，形成腐蝕電池，被保護(hù)金屬作為陰極而得到保護(hù)。犧牲陽(yáng)極一般常用的材料有鋁、鋅及其合金。此法常用于保護(hù)海輪外殼，海水中的各種金屬設(shè)備、構(gòu)件和防止巨型設(shè)備(如貯油罐)以及石油管路的腐蝕。2.3.2陽(yáng)極保護(hù)法所謂陽(yáng)極保護(hù)法是指金屬在電解質(zhì)溶液中，給予一定量的陽(yáng)極電流.使在金屬表面形成一層耐腐蝕性能很高的鈍化膜，然后再通以較少量的陽(yáng)極電流就能維持這層鈍化膜的存在，像這種防止金屬在電解質(zhì)溶掖中腐蝕手段，稱為陽(yáng)極保護(hù).陽(yáng)極保護(hù)法是一門新型防腐蝕技術(shù)，國(guó)外從60年代才開始應(yīng)用，目前也主要用于硫酸、磷酸、有機(jī)酸、氨水等簡(jiǎn)單設(shè)備的防腐。我國(guó)從70年代開始也開展了這方面的應(yīng)用并取得了一定成果，如福建某化工廠小氨分廠的碳化塔冷卻水箱實(shí)施陽(yáng)極保護(hù)，冷卻水箱使用壽命延長(zhǎng)3倍以上.由于陽(yáng)極保護(hù)難以控制金屬在介質(zhì)中的電極電位，該技術(shù)的推廣應(yīng)用還受到一定限制.2.3.3 陰極保護(hù)法將被保護(hù)金屬與另一附加電極作為電解池的兩個(gè)極，使被保護(hù)的金屬作為陰極，在外加直流電的作用下使陰極得到保護(hù)6。金屬結(jié)構(gòu)上，使結(jié)構(gòu)上原來存在的腐蝕電池的陰極電位降至與陽(yáng)極電位相等，從而使金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕電池消失，達(dá)到完全保護(hù)結(jié)構(gòu)物的方法.近些年來，陰極保護(hù)法及其應(yīng)用發(fā)展很快7，如美國(guó)自70年代起，從事陰極保護(hù)的工程公司就有100多家，其涉及的應(yīng)用范圍滲透到工業(yè)各個(gè)部門，其中包括石油工業(yè)部門中遠(yuǎn)距離拾送石油、天然氣的海底管線和煤氣管道的防護(hù);海洋工程設(shè)施中的鋼浮碼頭;能源工業(yè)部門中的電廠熱交換器的防護(hù);城市建筑部門中的鋼制水塔，自來水管、污水排水管的防護(hù)等等.在國(guó)內(nèi).陰極保護(hù)的應(yīng)用雖然起步稍晚，但也得到了較快發(fā)展.。此法主要用于防止土壤、海水及河水中金屬設(shè)備的腐蝕 。3 結(jié)束語腐蝕破壞遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)的各個(gè)部門。隨著工業(yè)的發(fā)展,廣泛地采用在高參數(shù)條件下的強(qiáng)化生產(chǎn)工藝8。在這些生產(chǎn)工藝中,普遍涉及高溫、高壓、強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)、高負(fù)荷應(yīng)力或高熱流、高質(zhì)流等高參數(shù)條件下的強(qiáng)化操作,從而對(duì)材料保護(hù)提出愈來愈高的要求。如果不能切實(shí)可靠地解決腐蝕問題,它往往會(huì)引起突發(fā)的惡性事故,造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失,嚴(yán)重的社會(huì)后果和影響戰(zhàn)備。腐蝕破壞不僅會(huì)使設(shè)備早期失效,而且往往會(huì)引起突發(fā)的惡性事故,造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失,帶來嚴(yán)重的社會(huì)后果,而腐蝕保護(hù)不僅是安全生產(chǎn)的需要,而且往往是建立某些新型工業(yè),采用新工藝的先決條件。因此,腐蝕科學(xué)與保護(hù)技術(shù)的研究與發(fā)展,將直接影響到國(guó)民經(jīng)濟(jì)與國(guó)防建設(shè)所有部門的安全保障、經(jīng)濟(jì)效益和發(fā)展水平。隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)日益發(fā)展，防止大氣污染對(duì)金屬的腐蝕方法必將會(huì)愈來愈多，效果也會(huì)愈來愈好，這就像百花園中盛開的鮮花一樣愈來愈為眾多的人所青睞。參考文獻(xiàn)：1 陸致琛.我國(guó)水工金屬結(jié)構(gòu)防腐方法簡(jiǎn)介J.廣西水利水電，2002，26（10）：18-22.2 AA巴巴科夫.不銹鋼及其耐腐蝕性M.北京：中國(guó)工業(yè)出版社，1963:11-12.3 施利炳.金屬的腐蝕與防護(hù)J.物理測(cè)試,廣州市機(jī)電安裝有限公司,2003（