金屬的腐蝕與防護之我見

曉華

我國有色金屬工業(yè)近30年來發(fā)展迅速，產(chǎn)量連年來居世界首位，有色金屬科技在國民經(jīng)濟建設(shè)和現(xiàn)代化國防建設(shè)中發(fā)揮著越來越重要的作用。人類文明的發(fā)展和社會的進步同金屬材料關(guān)系十分密切。繼石器時代之后出現(xiàn)的銅器時代、鐵器時代，均以金屬材料的應用為其時代的顯著標志?，F(xiàn)代，種類繁多的金屬材料已成為人類社會發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。金屬已經(jīng)滲透到我們生活的各個方面，我們隨處可見金屬。工業(yè)上更少不了它，幾乎所有機械設(shè)備都用到了金屬。但是金屬容易被腐蝕，據(jù)報道，全世界每年因金屬腐蝕造成的直接經(jīng)濟損失約達7000億美元，我國因金屬腐蝕造成的損失占國民生產(chǎn)總值（GNP）的4%，由此可見，金屬的防護顯得尤為重要。

一、金屬腐蝕的種類

在金屬的腐蝕中，常見的有物理腐蝕、化學腐蝕和電化學腐蝕，但是電化學腐蝕是最主要也是最嚴重的的一類腐蝕。

物理腐蝕是指金屬由于單純的物理溶解作用所引起的破壞。許多金屬在高溫熔鹽、熔堿及液態(tài)金屬中可發(fā)生這類腐蝕。例如用來盛放熔融鋅的鋼容器，由于鐵被液態(tài)鋅所溶解，鋼容器逐漸被腐蝕而變薄。

化學腐蝕，如金屬鐵與干燥的高溫水蒸氣發(fā)生的反應，F(xiàn)e直接將電子傳遞給作為氧化劑的水蒸氣，沒有電流產(chǎn)生，而且腐蝕產(chǎn)物FeO覆蓋在鐵的表面氣態(tài)的水要穿過該覆蓋層與鐵繼續(xù)反應就存在相當?shù)淖璧K，化學腐蝕難以繼續(xù)進行，F(xiàn)eO薄膜在一定程度上能對鐵基體起到保護作用。

電化學腐蝕則不同，例如鐵片同銀片接觸后比單純的鐵片在硫酸中的腐蝕速率要快的多，這是因為腐蝕介質(zhì)是導電的，氫在銀表面析出的過電位比在鐵表面小得多，陰極析氫反應選擇在活化能較低的銀表面進行。而陽極反應Fe→Fe2+失去的電子自發(fā)地轉(zhuǎn)移到銀片上，H+從銀表面獲得電子形成氫氣析出。一般來講，一旦介質(zhì)為離子導體時，腐蝕過程通常按電化學腐蝕的途徑進行。

電化學腐蝕的顯著特征是在被腐蝕的金屬表面形成了腐蝕原電池。這種腐蝕原電池的正極（陰極）和負極（陽極）出現(xiàn)在同一塊被腐蝕金屬的表面，形成一種特殊的短路原電池，這種原電池只會導致金屬材料的溶解、破壞，腐蝕反應釋放出來的化學能全部以熱能的形式耗散掉，沒有任何利用價值。

二、金屬的電化學防腐蝕

金屬的腐蝕包括陽極過程（即金屬溶解）陰極過程（即去極化劑接受陽極流過來的電子）電流的流動。以上任何一個環(huán)節(jié)受到抑制，腐蝕過程都會減緩。因此針對上述過程，我們可以采取比較有效的抑制措施實現(xiàn)對金屬保護的防護。

1、電化學保護

分為陰極保護法和陽極保護法。陰極保護法是最常用的保護方法，又分為外加電流和犧牲陽極。其原理是向被保護金屬補充大量的電子，使其產(chǎn)生陰極極化，以消除局部的陽極溶解。適用于能導電的、易發(fā)生陰極極化且結(jié)構(gòu)不太復雜的體系，廣泛用于地下管道、港灣碼頭設(shè)施和海上平臺等金屬構(gòu)件的防護。陽極保護法的原理是利用外加陽極極化電流使金屬處于穩(wěn)定的鈍態(tài)。陽極保護法只適用于具有活化-鈍化轉(zhuǎn)變的金屬在氧化性介質(zhì)（如硫酸、有機酸）中的腐蝕防護。在含有吸附性鹵素離子的介質(zhì)環(huán)境中，陽極保護法是一種危險的保護方法，容易引起點蝕。在建筑工程中，地溝內(nèi)的金屬管道在進出建筑物處應與防雷電感應的接地裝置相連，不僅可實現(xiàn)防雷保護，而且通過外加正極電源，實現(xiàn)陽極保護而防腐。

2、研制開發(fā)新的耐腐蝕材料

解決金屬腐蝕問題最根本的出路需大膽創(chuàng)新的第五大對策，即研制開發(fā)新的耐腐蝕材料如特種合金、新型陶瓷、復合材料等來取代易腐蝕的金屬。方法差別較大，但其宗旨是改變金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高材料本身的耐蝕性.例如，在某些活性金屬中摻入微量析氫過電位較低的鈀、鉑等，利用電偶腐蝕可以加速基體金屬表面鈍化，使合金耐蝕性增強.化工廠的反應罐、輸液管道，用鈦鋼復合材料來替代不銹鋼，使用壽命可大大延長。

3、緩蝕劑法

向介質(zhì)中添加少量能夠降低腐蝕速率的物質(zhì)以保護金屬。其原理是改變易被腐蝕的金屬表面狀態(tài)或者起負催化劑的作用，使陽極（或陰極）反應的活化能壘增高。由于使用方便、投資少、收效快，緩蝕劑防腐蝕已廣泛用于石油、化工、鋼鐵、機械等行業(yè)，成為十分重要的腐蝕防護手段。

4、金屬表面處理

于金屬接觸環(huán)境使用之前先經(jīng)表面預處理，用以提高材料的耐腐蝕能力.例如，鋼鐵部件先用鈍化劑或成膜劑（鉻酸鹽、磷酸鹽等）處理后，其表面生成了穩(wěn)定、致密的鈍化膜，抗蝕性能因而顯著增加。

5、金屬表面覆蓋層

包含無機涂層和金屬鍍層，其目的是將金屬基體與腐蝕介質(zhì)隔離開，阻止去極化劑氧化金屬的作用，達到防腐蝕效果.常見的非金屬涂層有油漆、塑料、搪瓷、礦物性油脂等等.搪瓷涂層因有極好的耐腐蝕性能而廣泛用于石油化工、醫(yī)藥、儀器等工業(yè)部門和日常生活用品中。

當前，盡管各種新材料大量涌現(xiàn)。但展望未來，金屬的使用量也將大幅度增加，因而面對金屬腐蝕與防護科學仍處于可持續(xù)發(fā)展階段，并隨其相關(guān)學科（如材料的斷裂力學、電化學、有機化學、物理化學等學科）相關(guān)技術(shù)（無機填料表面處理技術(shù)、原位多相聚合處理技術(shù)、激光表面合金化、激光熔覆等技術(shù)）的發(fā)展呈跨學科、多方向性發(fā)展趨勢。