1樓:小小雄
金屬腐蝕的防護主要方法有:①改變金屬的內部結構。例如,把鉻、鎳加入普通鋼中製成不鏽鋼。
②在金屬表面覆蓋保護層。例如,在金屬表面塗漆、電鍍或用化學方法形成緻密耐腐蝕的氧化膜等。③電化學保**。
因為金屬單質不能得電子,只要把被保護的金屬做電化學裝置發生還原反應的一極——陰極,就能使引起金屬電化腐蝕的原電池反應消除。具體方法有:a.
外加電流的陰極保**。利用電解裝置,使被保護的金屬與電源負極相連,另外用惰性電極做陽極,只要外加電壓足夠強,就可使被保護的金屬不被腐蝕。b.
犧牲陽極的陰極保**。利用原電池裝置,使被保護的金屬與另一種更易失電子的金屬組成新的原電池。發生原電池反應時,原金屬做正極(即陰極),被保護,被腐蝕的是外加活潑金屬——負極(即陽極)。
此外,還有加緩蝕劑等方法,減緩或防止金屬被腐蝕。
當金屬和周圍介質接觸時,由於發生化學和電化學作用而引起的破壞叫做金屬的腐蝕。從熱力學觀點看,除少數***(如au、pt)外,各種金屬都有轉變成離子的趨勢,就是說金屬腐蝕是自發的普遍存在的現象。金屬被腐蝕後,在外形、色澤以及機械效能方面都將發生變化,造成裝置破壞、管道洩漏、產品汙染,釀成燃燒或**等惡性事故以及資源和能源的嚴重浪費,使國民經濟受到巨大的損失。
據估計,世界各發達國家每年因金屬腐蝕而造成的經濟損失約佔其國民生產總值3.5%~4.2%,超過每年各項大災(火災、風災及**等)損失的總和。
有人甚至估計每年全世界腐蝕報廢和損耗的金屬約為1億噸!因此,研究腐蝕機理,採取防護措施,對經濟建設有著十分重大的意義。
金屬防腐蝕的方法很多,主要有改善金屬的本質,把被保護金屬與腐蝕介質隔開,或對金屬進行表面處理,改善腐蝕環境以及電化學保護等。
(1)改善金屬的本質
根據不同的用途選擇不同的材料組成耐蝕合金,或在金屬中新增合金元素,提高其耐蝕性,可以防止或減緩金屬的腐蝕。例如,在鋼中加入鎳製成不鏽鋼可以增強防腐蝕能力。
(2)形成保護層
在金屬表面覆蓋各種保護層,把被保護金屬與腐蝕性介質隔開,是防止金屬腐蝕的有效方法。工業上普遍使用的保護層有非金屬保護層和金屬保護層兩大類。它們是用化學方法,物理方法和電化學方法實現的。
①金屬的磷化處理
鋼鐵製品去油、除鏽後,放人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於水的磷酸鹽薄膜,這種過程叫做磷化處理。
磷化膜呈暗灰色至黑灰色,厚度一般為5 μm~20 μm,在大氣中有較好的耐蝕性。膜是微孔結構,對油漆等的吸附能力強,如用作油漆底層,耐腐蝕性可進一步提高。
②金屬的氧化處理
將鋼鐵製品加到naoh和nano2的混合溶液中,加熱處理,其表面即可形成一層厚度約為0.5 μm~1.5 μm的藍色氧化膜(主要成分為fe3o4),以達到鋼鐵防腐蝕的目的,此過程稱為發藍處理,簡稱發藍。
這種氧化膜具有較大的彈性和潤滑性,不影響零件的精度。故精密儀器和光學儀器的部件,彈簧鋼、薄鋼片、細鋼絲等常用發藍處理。
③非金屬塗層
用非金屬物質如油漆、塑料、搪瓷、礦物性油脂等塗覆在金屬表面上形成保護層,稱為非金屬塗層,也可達到防腐蝕的目的。例如,船身、車廂、水桶等常塗抽漆,汽車外殼常噴漆,槍炮、機器常塗礦物性油脂等。用塑料(如聚乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯等)噴塗金屬表面,比噴漆效果更佳。
塑料這種覆蓋層緻密光潔。色澤豔麗,兼具防蝕與裝飾的雙重功能。
搪瓷是含sio2量較高的玻璃瓷釉,有極好的耐腐蝕效能,因此作為耐腐蝕非金屬塗層,廣泛用於石油化工、醫藥、儀器等工業部門和日常生活用品中。
④金屬保護層
它是以一種金屬鍍在被保護的另一種金屬製品表面上所形成的保護鍍層。前一金屬常稱為鍍層金屬。金屬鍍層的形成,除電鍍、化學鍍外,還有熱浸鍍、熱噴鍍、滲鍍、真空鍍等方法。
熱浸鍍是將金屬製件浸入熔融的金屬中以獲得金屬塗層的方法,作為浸塗層的金屬是低熔點金屬,如zn、sn、pb和a1等,熱鍍鋅主要用於鋼管、鋼板、鋼帶和鋼絲,應用最廣;熱鍍錫用於薄鋼板和食品加工等的貯存容器;熱鍍鉛主要用於化工防蝕和包覆電纜;熱鍍鋁則主要用於鋼鐵零件的抗高溫氧化等。
(3)改善腐蝕環境
改善環境對減少和防止腐蝕有重要意義。例如,減少腐蝕介質的濃度,除去介質中的氧,控制環境溫度、溼度等都可以減少和防止金屬腐蝕。也可以採用在腐蝕介質中新增能降低腐蝕速率的物質(稱緩蝕劑)來減少和防止金屬腐蝕。
(4)電化學保**
電化學保**是根據電化學原理在金屬裝置上採取措施,使之成為腐蝕電池中的陰極,從而防止或減輕金屬腐蝕的方法。
①犧牲陽極保**
犧牲陽極保**是用電極電勢比被保護金屬更低的金屬或合金做陽極,固定在被保護金屬上,形成腐蝕電池,被保護金屬作為陰極而得到保護。
犧牲陽極一般常用的材料有鋁、鋅及其合金。此法常用於保護海輪外殼,海水中的各種金屬裝置、構件和防止巨型裝置(如貯油罐)以及石油管路的腐蝕。
②外加電流法
將被保護金屬與另一附加電極作為電解池的兩個極,使被保護的金屬作為陰極,在外加直流電的作用下使陰極得到保護。此法主要用於防止土壤、海水及河水中金屬裝置的腐蝕。
金屬的腐蝕雖然對生產帶來很大危害,但也可以利用腐蝕的原理為生產服務,發展為腐蝕加工技術。例如,在電子工業上,廣泛採用印刷電路。其製作方法及原理是用照相影印的方法將線路印在銅箔上,然後將圖形以外不受感光膠保護的銅用三氯化鐵溶液腐蝕,就可以得到線條清晰的印刷電路板。
三氯化鐵腐蝕銅的反應如下:2fecl3 + cu==2fec12 + cucl2
此外,還有電化學刻蝕、等離子體刻蝕新技術,比用三氯化鐵腐蝕銅的溼化學刻蝕的方法更好,解析度更高。
2樓:匿名使用者
金屬鏽蝕的主要原因有化學腐蝕和電化學腐蝕:
化學腐蝕主要是因為金屬與氧氣、水等接觸,金屬被氧化,以及其他有腐蝕性的化學物質對金屬的腐蝕,如酸雨等;
電化學腐蝕是因為原電池原理的腐蝕,這比上一個原因引起的危害更大,原理是水在金屬物表面形成水膜,溶解氧氣,二氧化碳等物質,這時就會形成金屬為負電位的原電池,會使金屬被較快地腐蝕.腐蝕遍及國民經濟各部門,給國民經濟帶來巨大的經濟損失。20世紀50年代前腐蝕的定義只侷限於金屬腐蝕。
從50年代以後,許多權威的腐蝕學者或研究機構傾向於把腐蝕的定義擴大到所有的材料。但通常還是指金屬的損壞。因為金屬及其合金至今仍然是最重要的結構材料,所以金屬腐蝕還是最引人注意的問題之一。
腐蝕給合金材料造成的直接損失巨大。有人統計每年全世界腐蝕報廢的金屬約一億噸,佔年產量的20%~40%。而且隨著工業化的程序,腐蝕問題日趨嚴重化,美國2023年腐蝕消耗(材料消耗和腐蝕)為50億美元,2023年達700億美元,到2023年高達1680億美元,與2023年相比增加了80餘倍。
估計全世界每年因腐蝕報廢的鋼鐵裝置相當於年產量的30%。顯然,金屬構件的毀壞,其價值遠比金屬材料的價值大的多;發達國家每年因腐蝕造成的經濟損失約佔國民生產總值的2-4%;美國每年因腐蝕要多消耗3.4%的能源;我國每年因腐蝕造成的經濟損失至少達二百億。
腐蝕的巨大危害不僅體現在經濟損失上,它還會帶來慘重的人員**、環境汙染、資源浪費、阻礙新技術的發展、促進自然資源的損耗。
在金屬表面覆蓋各種保護,把被保護金屬與腐蝕性介質隔開,是防止金屬腐蝕的有效方法。
1.預防熱浸鍍鋅防腐。熱浸鍍鋅防腐,是將經過酸洗除鏽的鋼構件浸入480~520℃,高溫鋅熔池3~5min,使鋼鐵表面沾掛一層鋅液,經冷卻後形成鍍層。
熱浸鍍鋅鍍層可對鋼鐵提供機械遮蔽於電化學保護的作用,塗層和鋼鐵表面的結合力比較好,但是鍍鋅塗層的厚度比較薄。鋅塗層一旦腐蝕後,其區域性會漏出鋼鐵的基本構體。致使致塗層失效,所以,熱浸鍍鋅防腐耐腐蝕年限稍短,可提供鋼鐵中等年限的防腐保護。
同時熱鍍鋅生產的工藝,其侷限性比較大,對鋼井架和井筒裝備等一些大構件的應用比較困難,而對形狀複雜的鋼構件,因為其受到高溫的影響,會致使鋼構件變形,從而影響其最終的作用。
2.預防電弧噴塗防腐。通過電弧噴塗的相關電源,兩根帶正和負電金屬絲材需要連續被送到電弧噴槍的端頭,在端部短路接觸時,所產生電弧熔化,熔融鋁高溫的液滴,會被壓縮空氣噴吹和霧化,以及噴塗至工件的表面,與基體所結合形成良好的電弧噴塗塗層。
絲材被熔化的溫可達6000℃。因為電弧噴塗絲材熔化的溫度高,絲材熔化較均勻,無半熔化或者高塑性噴塗顆粒,噴塗粒子攜帶較大的熱能和動能撞擊,塗層與基體以較強的機械結合和微冶金結合。所以電弧噴鋁塗層和金屬基體具有優良的塗層結合力,在彎曲和衝擊或碰撞下,可保證保防腐塗層不脫落和不起皮,其結合牢固,防腐長久有效,這一點是其他任何表面防腐塗層無法達到的。
電弧噴塗層防腐原理,是陰極保護與機械遮蔽的相結合。但由於井下存在瓦斯的特殊性,電弧容易引起瓦斯**,該技術難以在井下應用。
3.預防塗料重防腐。
塗料重防腐是底漆、中間漆和麵漆組成的油漆塗層體系進行防腐,其防腐原理主要是機械遮蔽,即油漆塗層將鋼鐵與腐蝕介質相隔離,以阻止和減緩腐蝕介質對鋼鐵的侵蝕,保護鋼鐵不受腐蝕。非金屬油漆塗層隨時間的延長,環境的變化,有機物終究要老化,影響防腐效能。一般情況複合塗層可以對鋼裝置進行中等年限的防護保護。
塗料初次的塗裝之後,需要定期的刷面漆,對其進行相應的維護。如進行徹底維護時,需要對鋼鐵構件重新進行噴砂除鏽,然後塗裝油漆。
二、金屬材料海洋腐蝕的防護措施
1.電化學保護。電化學保護分為陰極保護和陽極保護。
陰極保護的原理如下:利用電化學原理,將被保護的金屬裝置進行外加陰極極化降低或防止腐蝕;將被保護金屬進行外加陰極極化以減少或防止金屬腐蝕的方法叫做陰極保**。陰極保護有包括外加電流陰極保護和犧牲陽極保護。
外加電流法是將被保護的金屬與另一附加電極作為電解池的兩極,被保護金屬為陰極,這樣就使被保護金屬免受腐蝕。犧牲陽極保**是將活潑金屬或其合金連在被保護的金屬上,形成一個原電池,這時活潑金屬作為電池的陽極而被腐蝕,基體金屬作為電池的陰極而受到保護。外加電流陰極保護所需保護電流是由直流電源提供的;而犧牲陽極保護中所需保護電流是由犧牲陽極的溶解所提供的。
為了有效地發揮保護作用,犧牲陽極的電位要足夠負,陽極極化率要小,特別是表面不能生成保護性的腐蝕產物膜,陽極溶解要均勻。
2.金屬的磷化處理。鋼鐵製品去油、除鏽後,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於水的磷酸鹽薄膜,這種過程叫做磷化處理。
磷化膜呈暗灰色至黑灰色,在大氣中有較好的耐腐蝕性。膜是微孔結構,對油漆等的吸附能力強蝕。
3.覆蓋層保護。基底材料和覆層材料組成複合材料,可以充分發揮基底材料和覆層材料的優點,滿足耐蝕性,物理、機械和加工效能,以及經濟指標多方面的需要。
覆蓋層的保護效果和使用壽命取決於三個方面的因素:覆層材料在使用環境中的耐蝕性、強度、塑性和耐磨性。覆層的均勻性、孔隙和缺陷。
覆層與基體金屬的結合力。覆蓋層保護又分為金屬保護層、化學轉化膜、非金屬保護層。金屬保護層包括金屬鍍層、金屬襯裡、雙金屬複合板;非金屬保護層包括油漆塗料、塑料塗覆、搪瓷、鋼襯玻璃、非金屬材料襯裡、暫時性防鏽層。
聚氨脂塗料、乙烯基塗料等。防護塗層應有儘可能低的透水性、透氧性、透離子性,以及良好的工藝性如附著力、固化收縮率等。
綜上所述,研究金屬材料的腐蝕,弄清腐蝕發生的原因及採取有效的防護措施,對於延長裝置壽命、降低成本、提高勞動生產力都具有十分重大的意義。
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