學(xué)年論文《金屬材料的腐蝕與防護》.doc

結(jié)課 論 文題 目：金屬材料的腐蝕與防護 姓 名 馮 家 琪 學(xué) 院 稀 土 學(xué) 院 年 級 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理，腐蝕發(fā)生的原因。金屬的腐蝕現(xiàn)象和機理比較復(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，這對于延長設(shè)備壽命、降低成本、提高勞動生產(chǎn)率都具有十分重要的意義。關(guān)鍵詞：金屬材料;腐蝕;防護 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)。金屬的腐蝕嚴重破壞了國民經(jīng)濟和國防建設(shè)，研究金屬的腐蝕這門科學(xué)對于提高國民經(jīng)濟和加強國防建設(shè)都有重要的意義。1 金屬材料的腐蝕機理1.1金屬腐蝕的分類 按照金屬的腐蝕機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。化學(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電極，組成腐蝕原電池，因為鐵的電極電位總比氧的電極電位低，所以鐵是陽極。遭到的腐蝕不管是化學(xué)腐蝕還是電化學(xué)腐蝕，金屬腐蝕的實質(zhì)都是金屬原子被氧化轉(zhuǎn)化成金屬陽離子的過程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，腐蝕能否進行取決于金屬能否離子化，而金屬離子化的趨勢可以用電極電位（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)，如粗略地認為R不變時，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，因此腐蝕率也會隨時間變化；陽極面積（A）較小時，腐蝕率將會隨著提高。 金屬腐蝕時，陽極釋放電子的陽極過程和陰極獲得電子的陰極過程是在同一金屬表面進行的。 2 金屬防護的方法2.1改善金屬的環(huán)境改善環(huán)境對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層在金屬表面覆蓋各種保護，把被保護金屬與腐蝕性介質(zhì)隔開，是防止金屬腐蝕的有效方法3。工業(yè)上普遍使用的保護層有非金屬保護層和金屬保護層兩大類。它們是用化學(xué)方法、物理方法和電化學(xué)方法實現(xiàn)的。該法就是使金屬表面形成轉(zhuǎn)化層和加上一層堅固的保護層，達到隔離大氣保護金屬的目的.如對金屬表面實施電鍍、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層;也可以對金屬表面氮化。滲鉛、滲鉻等使金屬表面合金化；再有，可采用涂料保護法，即對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)，對油漆等的吸附能力強，如用作油漆底層，耐腐蝕性可進一步提高。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的藍色氧化膜(主要成分為FeO )，以達到鋼鐵防腐蝕的目的，此過程稱為發(fā)藍處理，簡稱發(fā)藍。這種氧化膜具有較大的彈性和潤滑性，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、細鋼絲等常用發(fā)藍處理。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層，稱為非金屬涂層，也可達到防腐蝕的目的。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金屬保護層金屬保護層是以一種金屬鍍在被保護的另一種金屬制品表面上所形成的保護鍍層。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。金屬表面保護層的要求薄薄的一層涂料不可能起到絕對的屏蔽作用。因為高聚物都具有一定的透氣性，其結(jié)極氣孔比水和氧分子直徑大，所以涂層很薄時，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，同時應(yīng)增加涂覆層數(shù)，以使涂層達到一定厚度且致密無孔，達到涂層硬度高，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。增強涂層與基體金屬的附著力，可以長時間維持金屬不受腐蝕。因此金屬表面保護層要求:(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;(3)硬度高，耐磨;(4)在金屬表面分布均勻。2.3電化學(xué)保護法電化學(xué)保護法是根據(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(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陽極保護法所謂陽極保護法是指金屬在電解質(zhì)溶液中，給予一定量的陽極電流.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，稱為陽極保護.陽極保護法是一門新型防腐蝕技術(shù)，國外從60年代才開始應(yīng)用，目前也主要用于硫酸、磷酸、有機酸、氨水等簡單設(shè)備的防腐。我國從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施陽極保護，冷卻水箱使用壽命延長3倍以上.由于陽極保護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 陰極保護法將被保護金屬與另一附加電極作為電解池的兩個極，使被保護的金屬作為陰極，在外加直流電的作用下使陰極得到保護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極電位相等，從而使金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕電池消失，達到完全保護結(jié)構(gòu)物的方法.近些年來，陰極保護法及其應(yīng)用發(fā)展很快7，如美國自70年代起，從事陰極保護的工程公司就有100多家，其涉及的應(yīng)用范圍滲透到工業(yè)各個部門，其中包括石油工業(yè)部門中遠距離拾送石油、天然氣的海底管線和煤氣管道的防護;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;城市建筑部門中的鋼制水塔，自來水管、污水排水管的防護等等.在國內(nèi).陰極保護的應(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民經(jīng)濟和國防建設(shè)的各個部門。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、強腐蝕性介質(zhì)、高負荷應(yīng)力或高熱流、高質(zhì)流等高參數(shù)條件下的強化操作,從而對材料保護提出愈來愈高的要求。如果不能切實可靠地解決腐蝕問題,它往往會引起突發(fā)的惡性事故,造成巨大的經(jīng)濟損失,嚴重的社會后果和影響戰(zhàn)備。腐蝕破壞不僅會使設(shè)備早期失效,而且往往會引起突發(fā)的惡性事故,造成巨大的經(jīng)濟損失,帶來嚴重的社會后果,而腐蝕保護不僅是安全生產(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)與保護技術(shù)的研究與發(fā)展,將直接影響到國民經(jīng)濟與國防建設(shè)所有部門的安全保障、經(jīng)濟效益和發(fā)展水平。隨著我國科學(xué)技術(shù)日益發(fā)展，防止大氣污染對金屬的腐蝕方法必將會愈來愈多，效果也會愈來愈好，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：1 陸致琛.我國水工金屬結(jié)構(gòu)防腐方法簡介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：中國工業(yè)出版社，1963:11-12.3 施利炳.金屬的腐蝕與防護J.物理測試,廣州市機電安裝有限公司,2003（