大氣腐蝕與防護(hù)論文 --

1、大氣腐蝕與防護(hù)論文 - - 大氣腐蝕與防護(hù) 摘要：金屬材料是我們生產(chǎn)生活中運(yùn)用最廣泛的材料，它有著強(qiáng)度大，硬度高等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，人們逐漸發(fā)現(xiàn)金屬材料容易被大氣腐蝕，每年因?yàn)榇髿飧g人們要承受巨大經(jīng)濟(jì)損失，本文主要探究大氣腐蝕的原理和原因，以及主要的防護(hù)措施。關(guān)鍵字：金屬材料，大氣腐蝕，原因，防護(hù)措施。前言：據(jù)統(tǒng)計(jì)，材料的大氣腐蝕所造成的損失占全部腐蝕的一半以上，因此，材料的大氣腐蝕與防護(hù)對(duì)策的研究在本世紀(jì)處成為一個(gè)重要的研究對(duì)象。美國(guó)試驗(yàn)與材料學(xué)會(huì)(ASTM)自1916年開始大氣腐蝕研究，并進(jìn)行大量的大氣腐蝕數(shù)據(jù)積累，近年來(lái)的大氣腐蝕試驗(yàn)研究項(xiàng)目主要集中在工程材料戶外長(zhǎng)期腐蝕暴露試驗(yàn)

2、，我國(guó)材料環(huán)境腐蝕試驗(yàn)自1982年開始國(guó)產(chǎn)常用材料大氣，海水，土壤環(huán)境長(zhǎng)期系統(tǒng)的腐蝕試驗(yàn)研究，至今也取得了大量有價(jià)值的研究成果。那么究竟為甚么大氣會(huì)腐蝕金屬呢？其原理是怎么樣的呢？一、大氣腐蝕的原理金屬腐蝕，是指金屬材料與周圍環(huán)境發(fā)生化學(xué)、電化學(xué)和物理等作用而引起的變質(zhì)和破壞。大氣腐蝕是金屬腐蝕中最普遍的一種，在一定的相對(duì)濕度下，大氣中的水氣在金屬表面上凝聚或吸附成水膜是造成金屬大氣腐蝕的主要原因之一。由于在大氣環(huán)境中，金屬表面存在著一層飽和了氧的電解液膜，所以在合適的濕環(huán)境中 大氣腐蝕陰極過(guò)程優(yōu)先以氧的去極化過(guò)程進(jìn)行。金屬材料的大氣腐蝕過(guò)程所涉及的體系是一個(gè)復(fù)雜的多相系統(tǒng)。影響大氣腐蝕的因素

3、復(fù)雜眾多, 主要取決于金屬材料種類及其表面狀態(tài),環(huán)境濕度，溫度等氣候條件的影響,以及大氣中污染物質(zhì)的影響。人們通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)大氣腐蝕與微滴的出現(xiàn)有著密切聯(lián)系。微液滴現(xiàn)象是一種新發(fā)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象!當(dāng)易被腐蝕的金屬表面上預(yù)先形成有腐蝕性主液滴時(shí)!在合適的條件下!主液滴的周圍有更小的微液滴出現(xiàn)并不斷擴(kuò)展 微液滴的形成和擴(kuò)展遵循一定的規(guī)律!并與大氣腐蝕起始過(guò)程密切相關(guān) 電化學(xué)極化結(jié)果顯示!大氣腐蝕過(guò)程中的腐蝕電流是微液滴形成和發(fā)展的推動(dòng)力當(dāng)大量的微液滴出現(xiàn)，誘導(dǎo)期的長(zhǎng)短取決于由材料，主液滴及環(huán)境氣氛所組成體系腐蝕性的強(qiáng)弱。體系的腐蝕性越強(qiáng)，腐蝕發(fā)生得越快，微液滴出現(xiàn)的誘導(dǎo)期越短。我們通過(guò)對(duì)微液滴的形成和擴(kuò)

4、展來(lái)探究大氣腐蝕的影響因素。影響微液滴形成和擴(kuò)展的因素1. 環(huán)境氣氛 由前可知，微液滴現(xiàn)象與大氣的腐蝕過(guò)程密切相關(guān)。而大氣腐蝕過(guò)程是一種在飽和了氧的液膜下所發(fā)生的電化學(xué)腐蝕過(guò)程，其陰極過(guò)程優(yōu)先以氧的去極化反應(yīng)進(jìn)行。因此氣氛中有無(wú)氧化性氣體必將影響微液滴的形成與擴(kuò)展。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明： 當(dāng)實(shí)驗(yàn)箱中的空氣被惰性氣體替代時(shí)，不管金屬材料的耐腐蝕性好還是不好，也不管預(yù)先形成的主液滴是否具有腐蝕性，微液滴均不能形成，即微液滴的形成是以腐蝕過(guò)程的發(fā)生為前提 。因此，在合適的條件下只要有腐蝕過(guò)程發(fā)生就能出現(xiàn)微液滴現(xiàn)象，這是微液滴現(xiàn)象與大氣腐蝕過(guò)程密切相關(guān)論斷的直接證據(jù)之一。 相對(duì)濕度由于大氣腐蝕是一種薄電解液膜

5、下的電化學(xué)反應(yīng)，空氣中的水氣分子在金屬表面凝聚而生成水膜和空氣中氧氣通過(guò)水膜進(jìn)入金屬表面是發(fā)生大氣腐蝕的基本條件。作為與大氣腐蝕過(guò)程密切相關(guān)的微液滴現(xiàn)象肯定要受大氣中的相對(duì)濕度的影響。3.環(huán)境溫度 材料所處的環(huán)境溫度及其變化是影響大氣腐蝕的又一重要因素。 因?yàn)樗苡绊懡饘俦砻嫠魵獾哪?水膜中各種腐蝕氣體和鹽類的溶解度，水膜電阻以及腐蝕電池中陰極和陽(yáng)極過(guò)程的反應(yīng)速度。當(dāng)大氣中的相對(duì)濕度超過(guò)臨界值時(shí)，溫度的影響更為明顯。在微液滴的形成和擴(kuò)展過(guò)程中，溫度同樣起著很重要的作用。在一定的相對(duì)濕度下，溫度越高，氣相中水分子密度越大，越有利于水蒸氣的吸附和凝聚，微液滴也更容易形成和擴(kuò)展。結(jié)論微液滴的出現(xiàn)

6、是一種與大氣腐蝕密切相關(guān)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，其形成與擴(kuò)展與環(huán)境氣氛、相對(duì)濕度、溫度及主液滴的濃度等環(huán)境參數(shù)密切相關(guān)。同時(shí)，微液滴的形成和擴(kuò)展與主液滴的表面擴(kuò)散有關(guān)。對(duì)于腐蝕性體系，由于主液滴中央與邊緣之間的電勢(shì)差而形成的腐蝕電流是微液滴形成和擴(kuò)展的推動(dòng)力。微液滴的形成機(jī)理及其在大氣腐蝕過(guò)程中所起的作用仍在研究中。各種金屬的大氣腐蝕對(duì)比過(guò)總結(jié)各種金屬材料在中國(guó)不同環(huán)境下的長(zhǎng)期大氣腐蝕試驗(yàn)結(jié)果，環(huán)境中包括了亞熱帶、溫帶，工業(yè)性、海洋性，干燥環(huán)境及濕熱環(huán)境等各種典型環(huán)境。材料中包括了最常用的碳鋼及低臺(tái)金鋼、不銹鋼，鋁及鋁臺(tái)金、銅及銅合金等典型材料。分析了環(huán)境對(duì)大氣腐蝕的作用，碳鋼、低合金鋼在不同腐蝕環(huán)境中所

7、顯示的大氣腐蝕性規(guī)律在初期與后期大不相同。環(huán)境對(duì)碳鋼的影響極為明顯，不同環(huán)境的腐蝕率可以相差三十倍。不銹鋼隨鉻、鎳含量和環(huán)境的不同，其大氣腐蝕行為有較大差異。環(huán)境中的鹽粒子含量是造成鋁及鋁合金腐蝕的主要因素；銅及銅合金中的其他合金元素對(duì)其大氣腐蝕有較大的影響。三、大氣腐蝕的防護(hù)措施1.金屬腐蝕的危害：金屬腐蝕的危害首先在于腐蝕造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。這種損失可分為直接損失和間接損失。直接損失包括材料的損耗、設(shè)備的失效、能源的消耗以及為防止腐蝕所采取的涂層保護(hù)、電化學(xué)保護(hù)、選用耐蝕材料等的費(fèi)用。由于腐蝕,使大量有用材料變?yōu)閺U料,估計(jì)全世界每年因腐蝕報(bào)廢的鋼鐵設(shè)備約為其年產(chǎn)量的30% ,造成地球上的

8、有限資源日益枯竭. 全世界每90s就有1t鋼被腐蝕成鐵銹,而煉制1t鋼所需的能源可供一個(gè)家庭使用3個(gè)月,因此,腐蝕造成了對(duì)自然資源的極大浪費(fèi)。因腐蝕而造成的間接損失往往比直接損失更大,甚至難以估計(jì)。這些損失包括因腐蝕引起的停工停產(chǎn),產(chǎn)品質(zhì)量下降,大量有用有毒物質(zhì)的泄漏、爆炸,以及大規(guī)模的環(huán)境污染等。一些腐蝕破壞事故還造成了人員傷亡,直接威脅著人民群眾的生命安全。為了提高金屬材料的使用壽命和使用性能，減少因?yàn)楦g帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失，我們需要對(duì)金屬的腐蝕進(jìn)行防護(hù)。2.金屬腐蝕防護(hù)的方法1.改變金屬的組成這種方法最常見(jiàn)的是不銹鋼材料。通過(guò)在鋼鐵中加入12-30%的金屬鉻而改變鋼鐵原有的組成從而改善性能不

9、易腐蝕。如目前迅速發(fā)展起來(lái)的不銹鋼炊具餐具等就是以此為材料的。2.形成保護(hù)層在金屬表面覆蓋各種保護(hù)層把被保護(hù)金屬與腐蝕性介質(zhì)隔開是防止金屬腐蝕的有效方法?？梢孕纬梢韵聨追N保護(hù)層來(lái)對(duì)金屬腐蝕進(jìn)行防護(hù)（1）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(guò)程叫做磷化處理。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蝕性。（2）氧化處理將鋼鐵制品加到NaOH的混合溶液中加熱處理其表面即可形成一層厚度約為0.51.5m 的藍(lán)色氧化膜(主要成分為四氧化三鐵)以達(dá)到鋼鐵防腐蝕的目的此過(guò)程稱為發(fā)藍(lán)處理。這種氧化膜具有較大的彈性和潤(rùn)滑性

10、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(xì)鋼絲等常用發(fā)藍(lán)處理。（3非金屬涂層用非金屬物質(zhì)如油漆、噴漆、搪瓷、陶瓷、玻璃、瀝青、高分子材料(如塑料、橡膠、聚酯)等涂在金屬表面上形成保護(hù)層稱為非金屬涂層也可達(dá)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(jī)器常涂礦物性油脂等。（4）金屬保護(hù)層它是以一種耐腐蝕性較強(qiáng)的金屬或合金鍍?cè)诒槐Ｗo(hù)的另一種金屬制品表面上所形成的保護(hù)鍍層。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3 陰極保護(hù)法金屬的腐蝕是一陽(yáng)極過(guò)程。因此,防治金屬腐蝕的第三大對(duì)策就是將金屬置于陰極,即陰極保護(hù)法。陰極保護(hù)法具體又分

11、為兩種。其一是將被保護(hù)的金屬(陰極) 和電極電勢(shì)較低的金屬(作為犧牲性陽(yáng)極而溶解掉) 接在一起,這也稱為犧牲陽(yáng)極保護(hù)法。比如海上航行的船只,在船底四周鑲上鋅塊,此時(shí),船體是陰極受到保護(hù),鋅塊是陽(yáng)極代替船體而受腐蝕。其二是將被保護(hù)的金屬接在外加電源的負(fù)極上使之成為陰極,正極則接到一些廢鐵上作為犧牲性陽(yáng)極或接到某些導(dǎo)體如石墨、高硅鑄鐵、鉛銀合金、鍍鉑鈦等上面作為惰性陽(yáng)極。在化工廠中一些裝有酸性溶液的容器或管道以及地下的水管或輸油管常用這種方法防腐。3.4 緩蝕劑法緩蝕劑是一類能夠防止或減緩金屬腐蝕的無(wú)機(jī)物或有機(jī)物目前應(yīng)用范圍較廣,具有用量少、保護(hù)效能高、不改變金屬制品性能,使用方便等優(yōu)點(diǎn)。無(wú)機(jī)緩蝕

12、劑如鉻酸鹽、鉬酸鹽、鎢酸鹽、亞硝酸鹽等。有機(jī)緩蝕劑如炔醇類、羧酸鹽類、雜環(huán)類、有機(jī)磷酸鹽類、胺類、醛類等譬如醫(yī)院中常用解新潔爾滅和多亞硝酸鈉溶液浸泡鋼制器械, 以達(dá)到消毒和防腐蝕的雙重目的。3.5 尋找新的耐腐蝕替代品上述四大對(duì)策只能防護(hù)不能根治。解決金屬腐蝕問(wèn)題的根本方法是研制開發(fā)新的耐腐蝕材料,如特種合金、新型陶瓷、復(fù)合材料等。比如實(shí)驗(yàn)室中常用鉑作坩鍋或惰性電極,防腐效果很好,但因其成本太高而不可能在工業(yè)上大規(guī)模使用。不銹鋼則是便宜得多因而也用得較為普遍。鈦也是一種很好的耐腐蝕金屬。由爆炸焊接新技術(shù)制造出的一種鈦鋼復(fù)合材料,既不怕酸、堿、鹽等的腐蝕,價(jià)格也較低?；S的反應(yīng)罐、輸液管道,用鈦鋼復(fù)合材料來(lái)替代不銹鋼,使用壽命可大大延長(zhǎng)。科學(xué)家研制成功的一種貌似玻璃的透明金屬,稱“金屬玻璃”,它具有很高的抗張強(qiáng)度,還對(duì)外界酸堿的侵蝕顯現(xiàn)出驚人的抵抗力。精密陶瓷,已開始在精密機(jī)械和化工領(lǐng)域取代金屬材料和高分子材料。在宇航、核能等領(lǐng)域中,工程陶瓷可取代昂貴的耐蝕、耐熱合金。隨著科技的進(jìn)步,新的耐腐蝕