淺析防腐蝕性材料的改進(jìn)

謝佳桃，王東霞

(重慶交通大學(xué)，重慶 400000)

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淺析防腐蝕性材料的改進(jìn)

謝佳桃，王東霞

(重慶交通大學(xué)，重慶 400000)

鋼材是當(dāng)今最重要的材料之一，用途包括范圍很廣。日常生活中我們離不開鋼材，鋼材優(yōu)勢很明顯，剛度強、韌性好、可塑性強，這讓鋼走進(jìn)了我們生活。建筑的用鋼量占我國總產(chǎn)量的，但是鋼的腐蝕卻一直是個難以很好解決的問題。每年的鋼腐蝕量占全年鋼產(chǎn)量的10%到20%，因鋼材腐蝕的損失占國民經(jīng)濟(jì)的左右，解決鋼材腐蝕問題，迫在眉睫。

鋼材腐蝕；腐蝕性材料；防腐方法；磁性材料

鋼筋腐蝕的原理：鋼鐵的腐蝕是一種自發(fā)的、不可避免的化學(xué)變化過程，但可以在認(rèn)為的影響下減緩鋼鐵生銹腐蝕過程，延長鋼鐵產(chǎn)物的使用壽命。

首先究其原因，鋼鐵的腐蝕絕大多數(shù)都是因為發(fā)生電化學(xué)腐蝕過程。電化學(xué)腐蝕是鋼與介質(zhì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕，可以分為陰極區(qū)和陽極區(qū)，電流在金屬的一定范圍內(nèi)流動。在金屬表面形成原電池是電化學(xué)腐蝕的必要的條件。把兩種不同的金屬放在電解質(zhì)溶液中，用導(dǎo)線連接后可以發(fā)現(xiàn)導(dǎo)線上有電流通過，稱這種裝置為原電池。

鋼鐵在大氣中，表面會吸附氧氣、水分等，加上一些氣他腐蝕性介質(zhì)就會形成電解溶液，再由于金屬表面的化學(xué)性不均性，就形成電化學(xué)腐蝕的陰、陽兩級。腐蝕電池的總反應(yīng)為：

反應(yīng)產(chǎn)生的就是人們常見的鐵銹的主要成分。

目前的防腐手段：現(xiàn)在主要的防腐方法有三種：涂層法，陰極保護(hù)法，電化學(xué)保護(hù)法。

涂層法：涂層法是指在鋼鐵表層涂抹一層防腐涂料，其隔絕原理是：通過隔絕空氣、水、電解質(zhì)等物質(zhì)，使其不具備形成原電池的條件，從而防止鋼鐵腐蝕。這種防腐涂料也是各種各樣，改性醇酸重防腐蝕涂料、環(huán)氧重防腐蝕涂料、富鋅涂料比比皆是。涂料的使用也是隨處可見的，但施工技術(shù)上不夠理想，通常只能用手工粉刷、熱噴涂技術(shù)等一些較為傳統(tǒng)的方式，這些方式在鋼材錨固處就捉襟見肘，不能完全覆蓋鋼材表面，使得鋼材銹蝕速度過快，即使用年限較短。

陰極保護(hù)法：通過對被保護(hù)的金屬施加外部電流進(jìn)行陰極化，讓金屬材料作為陰極，這樣金屬就不會因為失去電子而升階形成鐵銹化合物。該方法能夠靈活地根據(jù)環(huán)境的改變而控制陰極保護(hù)電流的輸出量；在惡性的腐蝕條件下也能夠使用；每個輔助電源的保護(hù)范圍大，當(dāng)條件允許時，一個陰極保護(hù)站的保護(hù)范圍可以達(dá)到幾十公里。但是該方法一次性投入很高，而且維護(hù)困難且費用高。

電化學(xué)保護(hù)法：這是用一種比所保護(hù)的金屬活性更高的金屬或者合金與被保護(hù)的金屬連接在一起，依靠活性更高的金屬作為負(fù)極失去電子來保護(hù)其它金屬。該方法一次投入低，且在運行過程中基本不需要維護(hù)費用；保護(hù)電流利用率較高，不會有過保護(hù)現(xiàn)象；對臨近的金屬設(shè)備沒有干擾，適用于廠區(qū)的長輸管道。但由于受陽極壽命的限制，需要定期更換電極，同時各種金屬的使用環(huán)境有所要求。

磁性材料的簡介：磁性是由于電子軌道磁矩和電子自旋磁矩共同作用，從而在宏觀上表現(xiàn)出磁性。以物質(zhì)能否被磁化來劃分，物質(zhì)可分為三種性質(zhì)的：抗磁性物質(zhì)(產(chǎn)生與外磁場相反的磁場)，順磁性物質(zhì)(能產(chǎn)生微弱的磁場)，鐵磁性物質(zhì)(自旋平行排列產(chǎn)生磁場)。有極少的一部分物質(zhì)具有天然的磁性，但大部分物質(zhì)因內(nèi)部磁疇之間自發(fā)的磁化方向不同(磁疇是指當(dāng)溫度低于居里溫度事，近鄰的原子的磁矩同向取向)，因此并不具有磁性，但通以強磁場可以使部分物質(zhì)磁化。

磁化狀態(tài)按外加磁場強度可分為四種：可逆疇壁位移磁化過程、不可逆疇壁位移磁化過程、可逆磁疇轉(zhuǎn)動磁化過程、不可逆磁疇轉(zhuǎn)動磁化過程。通過磁化可以讓物質(zhì)短暫時間內(nèi)或者長期都帶磁性，有利于一些特殊用途。利用這些方法可以生產(chǎn)出軟磁材料和永磁材料。

軟磁材料是指能夠迅速響應(yīng)外磁場的變化，且能低損耗的獲得高磁感應(yīng)強度的材料，它很容受外加磁場磁化又容易退磁。這類材料的制作價格低廉，且加工性好，電阻率低，是一種廣泛應(yīng)用于電力、電子、通信等領(lǐng)域的重要材料。

永磁材料是指被外加磁場磁化后，除去外磁場，仍然能保留較強磁性的一類材料。在世紀(jì)年代發(fā)現(xiàn)了鐵氧體永磁材料，其原材料便宜，工藝簡單，產(chǎn)量迅速躍居第一。在目前的“磁王”美譽之稱的稀土永磁材料的發(fā)展更是引導(dǎo)著磁性材料領(lǐng)域的發(fā)展。

磁性防腐材料：防腐涂料是目前最常用的防腐方法，在大面積的防腐工程中也是最廉價和施工最方便的措施。但由于噴涂過程中對于角落處鋼材的防腐措施不到位，造成的局部腐蝕嚴(yán)重，鋼材的使用壽命會急劇減短。難于噴涂是由于位置過于的狹隘，器具不方便噴涂，但當(dāng)涂料具有磁性時，涂料就能自動的與鋼材吸附，即便在角落里的部分也能得到充分的覆蓋，同時涂料有磁性也可以讓吸附更緊密和均勻，使得防腐能力得到大大提升。

對于傳統(tǒng)防腐蝕涂料來說，主要成分大多是有機質(zhì)涂料，如：瀝青、醇酸樹脂、酚醛樹脂等，還有大量的重防腐涂料就不在此討論。當(dāng)前有種許多種類的金屬有機材料，它是指烷基和芳香基的羥基與金屬原子結(jié)合形成的化合物，也就是說有機物能夠與鈉、鎂、鋁等金屬形成有機金屬化合物。同時在磁性分類上，鈉、鎂、鋁金屬都是順磁性材料，可以通過技術(shù)磁化來形成一類具有微弱磁性的有機物防腐涂料。這類材料可以利用對鋼材的磁性吸附力，讓其能夠自動吸附在鋼材錨固處，同時在鋼材表面分布的更均勻與密實，有利于隔絕外界條件，使得鋼材能夠經(jīng)受住時間的考驗。

總結(jié)：防腐工程一直是我國的重要工程，但是材料的限制讓這項工作受到很大的約束。利用磁性防腐材料可以讓防腐進(jìn)行的更徹底，既廉價又實用。但目前金屬有機物對環(huán)境的危害比較大，里面的危害物質(zhì)會通過食物鏈積累，造成生物中毒。如果解決了這個問題，磁性防腐涂料將能穩(wěn)居防腐材料首位，減少大量因腐蝕產(chǎn)生的大量經(jīng)濟(jì)損失。

[1] 安云岐，易春龍.鋼橋梁腐蝕防護(hù)與施工.

[2] 劉新，時虎.鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕和防火涂裝.

[3] 嚴(yán)密，彭曉領(lǐng).磁學(xué)基礎(chǔ)與磁性材料.

[4] 中國信息網(wǎng).2014-2019年中國建筑鋼材行業(yè)市場研究與投資戰(zhàn)略規(guī)劃報告.

謝佳桃，男，漢族，四川樂山人，本科在讀，重慶交通大學(xué)。 王東霞，女，漢族，四川瀘州人，本科在讀，重慶交通大學(xué)。

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1671-1602(2016)22-0015-01