金屬大氣腐蝕-防銹

1、金屬防銹知識(shí)1金屬的大氣腐蝕羅永秀（武漢材料保護(hù)研究所430030）1.1 金屬的腐蝕金屬腐蝕是一門專門的學(xué)科。金屬材料與周圍介質(zhì)接觸發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)作用而產(chǎn)生的破壞現(xiàn)象叫 金屬的腐蝕。腐蝕產(chǎn)物因金屬種類和接觸介質(zhì)的不同而異， 對(duì)于鋼鐵的腐蝕產(chǎn)物， 人們習(xí)慣稱其為銹，銹蝕的過程叫生銹。金屬的腐蝕是其在熱力學(xué)上不穩(wěn)定這一固有特性所決定的，是不需外力作用的自發(fā)過 程。以鐵為例：鐵從還原態(tài)到氧化態(tài)，其自由能是減小的，變化過程是自發(fā)的，即金屬鐵在 大氣條件下成為氧化鐵（銹）的過程是一種自然過程。T - -127.2 kJFe2O3 （鐵礦石）除了金、鉑等貴金屬在自然界中以原子態(tài)存在外，大多數(shù)工業(yè)上常用

2、的金屬如鐵、鋁、 鎂、鈉等均以離子態(tài)存在，它們的原子態(tài)不穩(wěn)定，在自然條件下會(huì)發(fā)生銹蝕。1.2 金屬的化學(xué)腐蝕金屬與周圍介質(zhì)直接的化學(xué)作用，不伴隨電流發(fā)生的腐蝕叫化學(xué)腐蝕。金屬制品在干燥的大氣中與空氣中的 。2、H2S等起化學(xué)作用，在金屬表面形成一層金屬氧化物：如FeFe 2QAl Al 2QCu CuS通常情況下，這是一層極薄的不可見的膜，若這層膜牢牢地吸附在金屬表面，并且是完整致密的，則它將減緩或阻止氧等的侵入，使腐蝕速度迅速降低， 如鋁在空氣中的氧化就屬于這一類。若空氣中有硫化物，由于金屬硫化物的導(dǎo)電性比其氧化物好，因此，形成的膜會(huì)較厚，但隨著膜層的變厚，腐蝕也很快就減慢，因此，化學(xué)腐蝕對(duì)

3、于金屬在大氣中的腐蝕而ii言并非主要的。1.3 金屬的電化學(xué)腐蝕金屬與周圍介質(zhì)作用，同時(shí)伴隨有電流發(fā)生的腐蝕叫金屬的電化學(xué)腐蝕。金屬的電化學(xué) 腐蝕過程與原電池的作用相似。在原電池模型中，由兩種不同的純金屬構(gòu)成電極對(duì)， 兩種金屬的電位差為電子的流動(dòng)提 供了動(dòng)力，而在現(xiàn)實(shí)中，金屬在大氣條件下的腐蝕大多是單金屬的， 它的腐蝕是怎樣進(jìn)行的？ 下面仍以鐵為例加以分析：鋼鐵并非純鐵，其中有滲碳體和石墨，不同的成分其電極電位不同，金屬材料晶格 缺陷和應(yīng)力分布不均等都會(huì)帶來電位的差別，這就為電子流動(dòng)提供了動(dòng)力。嵌在鋼鐵中的石墨、滲碳體、晶格缺陷等與本體緊密相連，為電子運(yùn)動(dòng)提供了通路。在大氣條件下，雨水、凝露和

4、霧霜及空氣中的水分等均會(huì)在鋼鐵制品表面形成一層 水膜，空氣中的氧、二氧化碳及其它物質(zhì)會(huì)溶入或混入其中，這就構(gòu)成了電解質(zhì)。分析表明：鋼鐵在大氣條件下，其表面具備構(gòu)成電池的條件，由于所含的滲碳體和石 墨等作為陰極的區(qū)域均很小，也稱為微陰極，構(gòu)成的腐蝕電池也叫微電池，因此，金屬在大氣條件下的腐蝕也叫金屬的微電池腐蝕，它是在大氣條件下，金屬腐蝕損壞的主要原因。阻止或減緩金屬腐蝕的微電池過程即可阻止或減緩金屬的大氣腐蝕。1.4金屬大氣腐蝕的特點(diǎn)在潮濕的大氣中，金屬表面會(huì)形成一層水膜，空氣中的C02、02、S02等氣體的溶入,使之成為電解液，為金屬的腐蝕提供了條件， 通常這層水膜極薄， 因此金屬在大氣條件

5、下的 腐蝕是在極薄液膜下的電化學(xué)腐蝕。由于這層液膜通常是接近中性的，氫離子濃度很低，在微電池的陰極通常是氧的還原 過程。陽(yáng)極： Fe - 2e ； Fe21陰極：02H2o 2e 20H -2陰極和陽(yáng)極產(chǎn)物結(jié)合：Fe - 2H0 Fe(0H)2“產(chǎn)物進(jìn)一步與氧作用： 4Fe(0H)202 2H204Fe(0H)3我們實(shí)際看到的鐵銹是鐵的各種氧化物和氫氧化物的混合物，呈褐色疏松狀態(tài)。1.5金屬大氣腐蝕的速度我們以圖1的銅鋅原電池為例，分析腐蝕速度與哪些因素有關(guān)。圖1.銅-鋅原電池簡(jiǎn)圖6當(dāng)合上K1時(shí)，可測(cè)得電位差約 0.7V。當(dāng)合上K2時(shí)，小燈炮會(huì)亮，即有電流通過。鋅為陽(yáng)極（負(fù)極）失去電子：鋅離子

6、進(jìn)入溶液中。氫氣析出。Zn - 2e Zn2銅為陰極（正極），電極附近的 H+得到電子：2H2e ； H2構(gòu)成上述電池的條件：不同的金屬（產(chǎn)生電位差）；導(dǎo)線（供電子流動(dòng)）；電解質(zhì)（供離子移動(dòng)）。原電池導(dǎo)通的結(jié)果：鋅電極漸漸溶入溶液中，即被腐蝕掉。不同的金屬構(gòu)成原電池時(shí)， 其得失電子的難易程度是不同的，通常用金屬的電極電位來衡量之。電極電位愈小的金屬愈易失去電子。金屬的標(biāo)準(zhǔn)電極電位可在相關(guān)資料上查到，在特定條件下的電極電位也可通過相應(yīng)的公式求得。進(jìn)一的試驗(yàn)表明：當(dāng)將 K2合上時(shí)，小燈泡點(diǎn)亮，但很快就變暗，若斷開 K2片刻再合 上，又會(huì)出現(xiàn)上述現(xiàn)象。小燈泡變暗，即電子流量減少，也即推動(dòng)電子前進(jìn)的電

7、位差減小， 或阻抗變大。下面從電池的組成來分析哪些因素影響電池電化學(xué)過程的進(jìn)行：表1.電池阻抗分解序號(hào)阻抗來源原電池腐蝕微電池對(duì)總阻抗的影響1導(dǎo)線外電路中的導(dǎo)線，不受時(shí)間影陰極和陽(yáng)極緊密相連取可不考慮響，隨溫度變化也不大代了外部電路中的導(dǎo)線2電解質(zhì)在電解質(zhì)中離子導(dǎo)電，阻力不在液膜中，離子導(dǎo)電阻力在大氣條件下，通常液膜的阻大不大抗不大。3陽(yáng)極隨電化學(xué)過程的進(jìn)行，由于雙微陽(yáng)極，電極電位正移陽(yáng)極電位升高，也叫陽(yáng)極極化電層中的正離子累積，使電極導(dǎo)致電池兩極間電位差下降電位升高（變正）4陰極由于雙電層中的離子擴(kuò)散受微陰極，電極電位負(fù)移陰極電位下降，也叫陰極極化阻，使電極中電子累積，導(dǎo)致電導(dǎo)致電池兩極間電位差下降位降低（變負(fù)）在大氣條件下，通常空氣中的水分足以在金屬表面形成完整的液膜，為金屬表面的微電池提供條件，因此，在大氣條件下的金屬腐蝕主要與微電池的陽(yáng)極和陰極過程有關(guān)。電極的極化導(dǎo)致兩極間的電位差下降，使腐蝕速度減慢，甚至停止。若這種極化是以陽(yáng)極過程為主， 則腐蝕速度就由陽(yáng)極控制，反之則由陰極控制， 當(dāng)陽(yáng)極和陰極極化程度相近時(shí)，金屬的腐蝕速度屬混合控制。任何能引起陽(yáng)極或陰極極化的方法，都能使金屬的腐蝕速度變慢或終止， 這就是人們能夠采用各種方法防銹的理論基礎(chǔ)。1.6防止金屬大氣腐蝕的常用方法防