金属的防锈、防护方法——表面工程在线服务网

在习惯上，对金属在大气中由于受到氧、水分及其他污染杂质引起的腐蚀或变色，称为生锈或锈蚀。金属制品生锈后，轻者影响外观质量，严重的则影响使用，甚至造成报废，所以金属制品在保管中，一定要妥善保管，注意防锈。
造成金属生锈的主要因素：
① 大气相对湿度在相同温度下，大气的水蒸气含量与其水蒸气饱和含量的百分比，叫做相对湿度。在某一相对湿度以下，金属锈蚀速度很小，而高于这一相对湿度后，锈蚀速度陡然增加。这一相对湿度称为临界湿度。很多金属的临界湿度在50％一80％之间，钢铁约是75％。大气相对湿度对金属锈蚀的影响最大。当大气湿度高于临界湿度后，金属表面便出现水膜或水珠，若是大气中含有的有害杂质溶解于水膜、水珠，即成电解液，加剧锈蚀。
② 气温与湿度大气温度与湿度两者关联影响金属锈蚀。这有以下一些主要情况：第一，大气的水蒸气含量，随气温升高而增大；第二，气温高促使锈蚀加剧，尤其在潮湿环境里，气温越高，锈蚀速度越快。在相对湿度低时，温度对锈蚀的影响还不太明显，但在高于临界湿度时，随着气温升高，锈蚀量急剧增大。另外，如果大气与金属间有温差，则在温度低的金属表面形成冷凝水、也导致金属生锈。
③ 腐蚀性气体污染空气中的腐蚀性气体，以二氧化硫对金属腐蚀影响最大，特别是对钢、铜及其合金的危害尤甚。大气中二氧化硫主要来源于煤的燃烧。同时，燃烧产物二氧化碳也有腐蚀作用。在厂周围的大气中混有腐蚀性气体。如硫化氢、氨气、盐酸气等都是促使金属锈蚀的因素.
④ 其他因素大气中含有大量尘埃，如烟雾、煤灰、氯化物和其他酸、碱、盐颗粒等，有的本身具有腐蚀性，或者是水珠的凝结核，也都是锈蚀因素，如氯化物被认为是腐蚀金属的"死敌"。
金属腐蚀的现象非常普遍，象金属制品、机器部件、海轮的船壳等保养不好，就会腐蚀，从而造成大量金属的损耗。至于因设备腐蚀损坏而引起停工减产、产品质量下降、污染环境、甚至造成严重的事故而造成的损失就更无法估量了。因此，了解金属腐蚀的原因，掌握防护的方法，是十分有必要的。
    金属防护之目的，在于控制构成金属制品的金属材料因腐蚀而引起的消耗，防止金属制品的破坏，从而延长其使用寿命。因此，除了防止金属腐蚀之外，还包含有保护金属的意义，所以称为金属的防护。为了达到防护目的而采取的综合的方法和手段叫做防护技术。
     既然金属腐蚀主要是由于金属跟周围物质发生氧化还原反应所引起的，那么，金属的防护也必须从金属和周围物质两方面来考虑。金属防护方法除应正确选用金属材料和合理进行设计外，可主要采用表面防护层、电化学保护及腐蚀介质的处理等方法。
一、改变金属内部结构
例如，把铬、镍等加入普通钢里制成的不锈钢，就大大增加了钢铁对各种侵蚀的抵抗力。
    二、表面防护层
    在金属表面覆盖致密的保护层，从而使金属制品跟周围物质隔离开，在金属表面上施用防护层是防止金属腐蚀最普遍而重要的方法。其作用在于将金属表面与外界介质，以阻碍金属表面层上微电池起作用，从而达到保护目的。
以钢铁的防护为例，根据保护层成分的不同，可分为如下几种：
① 在钢铁表面涂矿物性油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等。
② 用电镀等方法，在钢铁表面镀上一层不易被腐蚀的金属，如锌、锡、铬、镍等。这些金属都能被氧化而形成一层致密的薄膜，从而阻止水和空气等对钢铁的腐蚀。例如，常用的白铁皮就是在薄钢板的表面镀上一层锌；做罐头用的马口铁就是在薄钢板上镀上一层无毒而又耐腐蚀的锡；自行车钢圈就是用电镀的方法镀上一层既耐腐蚀又耐磨的铬或镍。
③ 用化学方法使钢铁表面生成一层致密而稳定的氧化膜。例如，在铁制品表面形成一层致密的四氧化三铁薄膜等。
在工业上应用最广泛的防护层有如下四类：即金属防护层、非金属防护层、用化学和电化学方法形成的转化膜层及暂时性防护层等。防护层的详细分类见表1-3-4。

    三、电化学保护
    用直流电将被保护的金属进行极化，从而使腐蚀减缓或停止的保护方法，叫做电化学保护。这类保护方法有外电源阴极保护法、保护器保护法和阳极保护法。
    利用直流电对被保护金属进行阴极极化，使其成为阴极，从而达到保护目的的方法，叫做外电源阴极保护法，例如地下石油管道和船舶外壳常采用这种保护方法。利用牺牲阳极对被保护金属进行阴极极化，从而达到保护目的的方法叫做保护器保护法（又叫牺牲阳极保护法）。往往用电极电位较负的锌合金和铝镁合金作为牺牲阳极，在保护过程中，作为保护器的阳极不断被腐蚀掉，所以叫做牺牲阳极。
    利用直流电对被保护金属进行阳极极化，使其由活化状态转变为钝化状态，从而达到保护目的的方法，叫做阳极保护法。例如在化肥生产中采用这种保护方法，效果较好。选用此法必须慎重，必须使被保护的金属处于稳定钝化状态，否则反而会加速腐蚀。
    与保护器保护作用原理相同，如果金属镀层的电极电位比基体金属电极电位负，当镀层表面不完整或具有孔隙而形成腐蚀电池时，镀层金属成为腐蚀电池的阳极。它以自己的腐蚀而保护了基体金属，这类镀层叫做阳极性镀层，如钢铁零件上的镀锌层是属于阳极性镀层。反之，镀层金属的电极电位较基体金属电极电位正，这类镀层叫做阴极性镀层，如钢铁零件上的镀铜层、镀镍层是属于阴极性镀层。阴极性镀层没有电化学保护的作用，因此这种镀层只有当其没有孔隙时，才能可靠地保护基体金属，否则反而会加速基体金属的腐蚀。在实际使用时，这类镀层要有足够的厚度，或者可采用多层镀层。
    四、腐蚀介质的处理——缓蚀剂的应用
    腐蚀介质的处理，其目的在于改变介质的性质，降低或消除介质对金属的腐蚀作用。这种方法，只能在腐蚀介质的体积量有限的条件下才能应用，一般可将腐蚀介质的处理分为两大类：
    1.除去介质中的有害成分，改变介质性质。其典型的例子是锅炉内用水的除氧，因为水中有氧会引起氧的去极化腐蚀，对锅炉是极其不利的。水中溶解的氧可采用加热或减压加热使其沸腾而除去氧。也可采用化学除氧法，在水中加入亚硫酸钠或联胺（NH₂·NH₂），发生的反应如下：

2Na₂SO₃+O₂=2Na₂SO₄
NH₂·NH₂+O₂=2H₂O+N₂

    采用联胺的优点在于反应的产物为H₂O及N₂，在锅炉内不会生成固体物质。
    2.应用缓蚀剂在腐蚀介质中加入少量某些物质，能使金属腐蚀速度大大地降低，这种物质叫做缓蚀剂或腐蚀抑制剂。
    由于金属在电解中的腐蚀是电化学的阳极过程和阴极过程同时进行的结果，加入缓蚀剂的作用在于使阳极过程或阴极过程减慢。缓蚀剂的种类如下：

在各种介质中使用的某些缓蚀剂列于表1-3-5。

表1-3-5 在各种介质中使用的某些缓蚀剂

适用范围	缓蚀剂名称	适用范围	缓蚀剂名称
酸性溶液	醛、炔醇、胺、季铵盐、杂环化合物（吡啶、喹啉、灭氨）、咪唑啉、亚砜、松香胺、乌洛托品、酰胺、若丁等	气相腐蚀介质	亚硝酸二环乙胺、碳酸环乙胺、亚硝酸二异丙胺等
酸性溶液	醛、炔醇、胺、季铵盐、杂环化合物（吡啶、喹啉、灭氨）、咪唑啉、亚砜、松香胺、乌洛托品、酰胺、若丁等	混凝土中	铬酸盐、硅酸盐、多磷酸盐
碱性溶液	硅酸钠、8-羟基喹啉、间苯二胺、铬酸盐	微生物环境	烷基胺、氯化酚盐，苄基季胺盐、2-硫醇苯骈噻唑
碱性溶液	硅酸钠、8-羟基喹啉、间苯二胺、铬酸盐	防冻液	铬酸盐、磷酸盐
中性水溶液	多磷酸盐、铬酸盐、硅酸盐、亚硝酸盐，苯骈三唑、2-硫醇苯骈噻唑、亚硫酸钠、氨水、肼、环已胺、烷基胺、苯甲酸钠	采油，炼油及化工厂	烷基胺、二胺、脂肪酸盐、松香胺、季胺盐、酰胺、氨水、氢氧化钠、咪唑啉、吗啉、磺酸盐、多磷酸盐等
盐水溶液	磷酸盐+铬酸盐、多磷酸盐、重铬酸盐等	油、气输送管线及油船	烷基胺、二胺、酰胺、亚硝酸盐、铬酸盐、有机重磷酸盐、氨水、碱等

来源：《化学家园》

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