大气腐蚀与防护论文_腐蚀与防护论文
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大气腐蚀与防护
摘要：金属材料是我们生产生活中运用最广泛的材料，它有着强度大，硬度高等优点，在实际应用过程中，人们逐渐发现金属材料容易被大气腐蚀，每年因为大气腐蚀人们要承受巨大经济损失，本文主要探究大气腐蚀的原理和原因，以及主要的防护措施。
关键字：金属材料，大气腐蚀，原因，防护措施。
前言：据统计，材料的大气腐蚀所造成的损失占全部腐蚀的一半以上，因此，材料的大气腐蚀与防护对策的研究在本世纪处成为一个重要的研究对象。美国试验与材料学会(ASTM)自1916年开始大气腐蚀研究，并进行大量的大气腐蚀数据积累，近年来的大气腐蚀试验研究项目主要集中在工程材料户外长期腐蚀暴露试验，我国材料环境腐蚀试验自1982年开始国产常用材料大气，海水，土壤环境长期系统的腐蚀试验研究，至今也取得了大量有价值的研究成果。那么究竟为甚么大气会腐蚀金属呢？其原理是怎么样的呢？
一、大气腐蚀的原理
金属腐蚀，是指金属材料与周围环境发生化学、电化学和物理等作用而引起的变质和破坏。大气腐蚀是金属腐蚀中最普遍的一种，在一定的相对湿度下，大气中的水气在金属表面上凝聚或吸附成水膜是造成金属大气腐蚀的主要原因之一。由于在大气环境中，金属表面存在着一层饱和了氧的电解液膜，所以在合适的湿环境中 大气腐蚀阴极过程优先以氧的去极化过程进行。
金属材料的大气腐蚀过程所涉及的体系是一个复杂的多相系统。影响大气腐蚀的因素复杂众多, 主要取决于金属材料种类及其表面状态,环境湿度，温度等气候条件的影响,以及大气中污染物质的影响。人们通过研究发现大气腐蚀与微滴的出现有着密切联系。微液滴现象是一种新发现的实验现象!当易被腐蚀的金属表面上预先形成有腐蚀性主液滴时!在合适的条件下!主液滴的周围有更小的微液滴出现并不断扩展“ 微液滴的形成和扩展遵循一定的规律!并与大气腐蚀起始过程密切相关” 电化学极化结果显示!大气腐蚀过程中的腐蚀电流是微液滴形成和发展的推动力“ 当大量的微液滴出现，诱导期的长短取决于由材料，主液滴及环境气氛所组成体系腐蚀性的强弱。体系的腐蚀性越强，腐蚀发生得越快，微液滴出现的诱导期越短。我们通过对微液滴的形成和扩展来探究大气腐蚀的影响因素。影响微液滴形成和扩展的因素 1.环境气氛
由前可知，微液滴现象与大气的腐蚀过程密切相关。而大气腐蚀过程是一种在饱和了氧的液膜下所发生的电化学腐蚀过程，其阴极过程优先以氧的去极化反应进行。因此气氛中有无氧化性气体必将影响微液滴的形成与扩展。实验结果表明： 当实验箱中的空气被惰性气体替代时，不管金属材料的耐腐蚀性好还是不好，也不管预先形成的主液滴是否具有腐蚀性，微液滴均不能形成，即微液滴的形成是以腐蚀过程的发生为前提。因此，在合适的条件下只要有腐蚀过程发生就能出现微液滴现象，这是微液滴现象与大气腐蚀过程密切相关论断的直接证据之一。
2.相对湿度
由于大气腐蚀是一种薄电解液膜下的电化学反应，空气中的水气分子在金属表面凝聚而生成水膜和空气中氧气通过水膜进入金属表面是发生大气腐蚀的基本条件。作为与大气腐蚀过程密切相关的微液滴现象肯定要受大气中的相对湿度的影响。
3.环境温度
材料所处的环境温度及其变化是影响大气腐蚀的又一重要因素。因为它能影响金属表面水蒸气的凝聚 水膜中各种腐蚀气体和盐类的溶解度，水膜电阻以及腐蚀电池中阴极和阳极过程的反应速度。当大气中的相对湿度超过临界值时，温度的影响更为明显。在微液滴的形成和扩展过程中，温度同样起着很重要的作用。在一定的相对湿度下，温度越高，气相中水分子密度越大，越有利于水蒸气的吸附和凝聚，微液滴也更容易形成和扩展。结论
微液滴的出现是一种与大气腐蚀密切相关的实验现象，其形成与扩展与环境气氛、相对湿度、温度及主液滴的浓度等环境参数密切相关。同时，微液滴的形成和扩展与主液滴的表面扩散有关。对于腐蚀性体系，由于主液滴中央与边缘之间的电势差而形成的腐蚀电流是微液滴形成和扩展的推动力。微液滴的形成机理及其在大气腐蚀过程中所起的作用仍在研究中。
二、各种金属的大气腐蚀对比
过总结各种金属材料在中国不同环境下的长期大气腐蚀试验结果，环境中包括了亚热带、温带，工业性、海洋性，干燥环境及湿热环境等各种典型环境。材料中包括了最常用的碳钢及低台金钢、不锈钢，铝及铝台金、铜及铜合金等典型材料。分析了环境对大气腐蚀的作用，碳钢、低合金钢在不同腐蚀环境中所显示的大气腐蚀性规律在初期与后期大不相同。环境对碳钢的影响极为明显，不同环境的腐蚀率可以相差三十倍。不锈钢随铬、镍含量和环境的不同，其大气腐蚀行为有较大差异。环境中的盐粒子含量是造成铝及铝合金腐蚀的主要因素；铜及铜合金中的其他合金元素对其大气腐蚀有较大的影响。
三、大气腐蚀的防护措施
1.金属腐蚀的危害：金属腐蚀的危害首先在于腐蚀造成了巨大的经济损失。这种损失可分为直接损失和间接损失。直接损失包括材料的损耗、设备的失效、能源的消耗以及为防止腐蚀所采取的涂层保护、电化学保护、选用耐蚀材料等的费用。由于腐蚀,使大量有用材料变为废料,估计全世界每年因腐蚀报废的钢铁设备约为其年产量的30% ,造成地球上的有限资源日益枯竭.全世界每90s就有1t钢被腐蚀成铁锈,而炼制1t钢所需的能源可供一个家庭使用3个月,因此,腐蚀造成了对自然资源的极大浪费。因腐蚀而造成的间接损失往往比直接损失更大,甚至难以估计。这些损失包括因腐蚀引起的停工停产,产品质量下降,大量有用有毒物质的泄漏、爆炸,以及大规模的环境污染等。一些腐蚀破坏事故还造成了人员伤亡,直接威胁着人民群众的生命安全。为了提高金属材料的使用寿命和使用性能，减少因为腐蚀带来的经济损失，我们需要对金属的腐蚀进行防护。2.金属腐蚀防护的方法
1.改变金属的组成这种方法最常见的是不锈钢材料。通过在钢铁中加入12-30%的金属铬而改变钢铁原有的组成从而改善性能不易腐蚀。如目前迅速发展起来的不锈钢炊具餐具等就是以此为材料的。2.形成保护层在金属表面覆盖各种保护层把被保护金属与腐蚀性介质隔开是防止金属腐蚀的有效方法。可以形成以下几种保护层来对金属腐蚀进行防护
（1）磷化处理: 钢铁制品去油、除锈后放入特定组成的磷酸盐溶液中浸泡即可在金属表面形成一层不溶于水的磷酸盐薄膜这种过程叫做磷化处理。磷化膜呈暗灰色至黑灰色厚度一般为520μm在大气中有较好的耐蚀性。
（2）氧化处理将钢铁制品加到NaOH的混合溶液中加热处理其表面即可形成一层厚度约为0.51.5μm 的蓝色氧化膜(主要成分为四氧化三铁)以达到钢铁防腐蚀的目的此过程称为发蓝处理。这种氧化膜具有较大的弹性和润滑性不影响零件的精度。故精密仪器和光学仪器的部件弹簧钢、薄钢片、细钢丝等常用发蓝处理。
（3非金属涂层用非金属物质如油漆、喷漆、搪瓷、陶瓷、玻璃、沥青、高分子材料(如塑料、橡胶、聚酯)等涂在金属表面上形成保护层称为非金属涂层也可达到防腐蚀的目的。例如船身、车厢、水桶等常涂油漆汽车外壳常喷漆枪炮、机器常涂矿物性油脂等。
（4）金属保护层它是以一种耐腐蚀性较强的金属或合金镀在被保护的另一种金属制品表面上所形成的保护镀层。金属镀层的形成除电镀、化学镀外还有热浸镀、热喷镀、渗镀、真空镀等方法阴极保护法金属的腐蚀是一阳极过程。因此,防治金属腐蚀的第三大对策就是将金属置于阴极,即阴极保护法。阴极保护法具体又分为两种。其一是将被保护的金属(阴极)和电极电势较低的金属(作为牺牲性阳极而溶解掉)接在一起,这也称为牺牲阳极保护法。比如海上航行的船只,在船底四周镶上锌块,此时,船体是阴极受到保护,锌块是阳极代替船体而受腐蚀。其二是将被保护的金属接在外加电源的负极上使之成为阴极,正极则接到一些废铁上作为牺牲性阳极或接到某些导体如石墨、高硅铸铁、铅银合金、镀铂钛等上面作为惰性阳极。在化工厂中一些装有酸性溶液的容器或管道以及地下的水管或输油管常用这种方法防腐。3.4 缓蚀剂法缓蚀剂是一类能够防止或减缓金属腐蚀的无机物或有机物目前应用范围较广,具有用量少、保护效能高、不改变金属制品性能,使用方便等优点。无机缓蚀剂如铬酸盐、钼酸盐、钨酸盐、亚硝酸盐等。有机缓蚀剂如炔醇类、羧酸盐类、杂环类、有机磷酸盐类、胺类、醛类等譬如医院中常用&解新洁尔灭和多亚硝酸钠溶液浸泡钢制器械, 以达到消毒和防腐蚀的双重目的。3.5 寻找新的耐腐蚀替代品上述四大对策只能防护不能根治。解决金属腐蚀问题的根本方法是研制开发新的耐腐蚀材料,如特种合金、新型陶瓷、复合材料等。比如实验室中常用铂作坩锅或惰性电极,防腐效果很好,但因其成本太高而不可能在工业上大规模使用。不锈钢则是便宜得多因而也用得较为普遍。钛也是一种很好的耐腐蚀金属。由爆炸焊接新技术制造出的一种钛钢复合材料,既不怕酸、碱、盐等的腐蚀,价格也较低。化工厂的反应罐、输液管道,用钛钢复合材料来替代不锈钢,使用寿命可大大延长。科学家研制成功的一种貌似玻璃的透明金属,称“金属玻璃”,它具有很高的抗张强度,还对外界酸碱的侵蚀显现出惊人的抵抗力。精密陶瓷,已开始在精密机械和化工领域取代金属材料和高分子材料。在宇航、核能等领域中,工程陶瓷可取代昂贵的耐蚀、耐热合金。随着科技的进步,新的耐腐蚀材料正层出不穷。
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