金属的腐蚀与防护（金属的腐蚀与防护技术）

金属腐蚀与防护(金属腐蚀与防护技术)。

金属的腐蚀机理通常分为化学腐蚀和电化学腐蚀。根据腐蚀模式，可分为一般腐蚀和局部腐蚀，局部腐蚀是一种复杂的腐蚀模式，可细分为晶间腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀、电偶腐蚀和选择性腐蚀。

金属的化学腐蚀是指金属与环境介质反应形成金属化合物，降低材料性能的现象。在自然界中，除了金和铂，大多数金属都以氧化物(矿石)的形式存在。作为金属氧化的结果，在其表面上形成固体氧化膜。氧化膜阻碍了金属与介质之间的物质传递，会减缓金属的持续氧化。然而，为了保护金属，氧化膜必须满足以下条件:

1.生成的金属膜必须致密完整，能覆盖所有金属表面。

2.氧化物本身是稳定的、耐火的和不挥发的，并且不容易与介质相互作用。

3.氧化膜与基底结合良好，热膨胀系数相近，不会脱落。

4.氧化膜具有足够的强度和塑性来承受资源网络的一定应力和应变。

金属的电化学腐蚀是指金属在电解质介质中的腐蚀。电化学腐蚀的条件:

1.金属或合金的化学成分不均匀，含有各种杂质和合金元素。

2.组织结构不均衡。

3.身体状态不均衡。

4.不完全表面氧化(保护)膜。

由于上述原因，金属表面的电极电位不同，在电解液中形成腐蚀原电池。

腐蚀原电池原理。

一、整体腐蚀。

腐蚀分布在整个金属表面，导致金属部件的横截面尺寸减小，直到被完全破坏。成分和结构均匀的纯金属和合金在均匀的介质环境中表现出这种腐蚀形态。

二.局部腐蚀

腐蚀集中在金属表面的局部区域，而其他大多数表面几乎不腐蚀，这被称为局部腐蚀。

1.电偶腐蚀。

当两种金属在同一介质中接触时，由于电位不相等，它们之间会有电流流动，这增加了电位较低的金属的溶解速度，并在接触处引起局部腐蚀。然而，电位较高的金属溶解速度会降低，这就是电偶腐蚀，也称为接触腐蚀或双金属腐蚀。为避免电偶腐蚀，应正确选择材料，电位应接近，或在中间加绝缘层。为了减少面积效应，最好的布局是大阳极小阴极；添加缓蚀剂可以改变反应路径，提高反应活化能。

2.点蚀

向深处发展的腐蚀孔隙出现在金属表面的局部区域，而其他区域未被腐蚀或仅轻微腐蚀，称为点蚀或点蚀。为避免电偶腐蚀，应尽可能降低介质中的卤素含量，运行时应保证充分的搅拌和循环或通风。加入缓蚀剂，如硝酸盐、铬酸盐、硫酸盐和碱，可以增加钝化膜的稳定性或有利于受损钝化膜的再钝化。阴极保护，施加电流或牺牲阳极，将金属的电极电位控制在点蚀保护电位以下。

3.裂纹腐蚀。

当金属处于介质中时，金属与金属之间或金属与非金属之间会形成非常小的间隙(通常在0.025 ~ 0.1mm之间)，使间隙中的介质处于停滞状态，造成间隙中金属的加速腐蚀。缝隙腐蚀的机理与点蚀非常相似，区别主要在于腐蚀初期。孔隙腐蚀起源于腐蚀孔，而缝隙腐蚀发生在金属表面已有的缝隙中。为避免缝隙腐蚀，应采取类似措施防止点蚀。尽量避免形成缝隙和有积液的死角；不可避免的差距应该缩小或填补；尽量控制介质中溶解氧的浓度:溶解氧浓度

4.晶间腐蚀。

腐蚀沿着金属或合金的晶界发展，而颗粒体的腐蚀很轻微。由材料微观结构的不均匀电化学特性引发。晶间腐蚀的控制应侧重于材料本身的成分和结构。以奥氏体不锈钢晶间腐蚀为例，应降低钢的含碳量。稳定治疗；再溶解处理。

5.应力腐蚀。

材料在静应力和腐蚀介质共同作用下的脆性开裂现象称为应力腐蚀开裂。应力腐蚀是最有害的腐蚀形式之一。应力腐蚀是电化学腐蚀和应力-机械失效促进裂纹形成和扩展的过程。敏感合金、特定介质和一定的静态应力是应力腐蚀的三个必要条件。为避免应力腐蚀，应正确选择材料，以避免形成应力腐蚀开裂体系。确保设计正确，尽量减少应力集中效应；控制环境介质，减少有害物质，添加缓蚀剂；采用电化学保护并施加电流极化(不适用于氢脆性SCC)。

6.磨损和腐蚀

流体与金属之间或金属零件之间的相对运动造成金属局部加速腐蚀破坏的现象称为磨损腐蚀。侵蚀可分为湍流侵蚀和空气泡侵蚀。

紊流腐蚀:在设备或部件的某些特定部位，介质速度急剧增加，形成紊流。湍流一方面加速了阴极去极化剂的供给，同时增加了金属表面流体的剪切应力。如果流体中含有固体颗粒，金属表面的磨损和腐蚀会变得更加严重。

空气泡腐蚀:流体与金属构件高速相对运动，引起金属表面局部区域的湍流，伴随着金属表面气泡的形成和破裂，使金属呈现出类似气蚀的损伤特征。这种腐蚀也称为气蚀。

二.防腐设计。

除了正确的选材外，还包括防腐方法的选择、防腐结构设计、防腐强度设计以及满足防腐要求的加工方法。

1.部件的形状应尽可能简单合理。结构简单的零件容易采取防腐措施，消除故障，便于修理、维护和检查。

2.避免残留液体和沉淀物造成的腐蚀。在可能的情况下，液体储存容器的内部应尽可能设计成流线型。

残留液体和沉积物引起的腐蚀。

3.防止电偶腐蚀。选择电偶序列相似的材料；大阳极，小阴极。

电偶腐蚀

4.防止缝隙腐蚀。铆接是最好的焊接方式。销连接、螺栓连接、法兰连接等。它带来了大量的裂纹，这些裂纹的存在不利于构件的防腐。

隙间腐蚀

三.电化学保护。

根据作用原理的不同，电化学保护可分为阴极保护和阳极保护。

1.阴极保护。

外加电流的阴极保护:将被保护的金属设备与DC电源负极连接，进行阴极极化。优点是电流电压可调，适用范围广，在需要大保护电流的情况下也能使用，使用不溶性阳极时，经久耐用。缺点是必须经常维护检修，配备DC供电设备。当附近有其他金属设备时，可能会发生干扰腐蚀，需要频繁的运行费用。

牺牲阳极的阴极保护:在被保护的金属设备上连接一个负电位更大的金属(与被保护的金属设备相比)(如将锌连接到钢铁设备上)，使被保护的金属设备发生阴极极化。这种方法称为牺牲阳极阴极保护(也称为牺牲阳极保护)。优点是不需要外部电流；施工简单，管理方便，对附近设备无干扰。适用于电源安装困难，需要局部保护的地方。缺点是有效电位差和输出电流有限，只适用于保护电流要求小的场合。电流调节困难，阳极消耗大，需要定期更换。

阴极保护的特点，腐蚀介质必须是电解质溶液，它能传导离子；被保护设备在其腐蚀介质中应易于阴极极化。被动金属设备不应采用阴极保护；结构和形状复杂的金属设备不应采用阴极保护。由氢脆敏感材料制成的金属设备不应受到阴极保护的保护。

2.阳极保护。

阳极保护是对被保护的金属设备进行阳极化处理，使其从主动状态变为被动状态，从而减少或防止金属设备腐蚀的方法。阳极保护适用于金属介质系统，当电位正向移动时，金属设备在其所处的介质中具有钝化行为。否则，阳极极化会加速腐蚀，而不是防止腐蚀。阳极保护的适用条件和特点，阳极保护不宜用于某些活性阴离子含量高的介质；阳极保护也有屏蔽作用。如果阴极和阳极的布局不合理，可能会导致有些地方钝化，有些地方钝化，有些地方活化。与阴极保护相比，它成本高，工艺复杂。

3.阳极保护与阴极保护的比较。

(1)原则上任何金属都可以进行阴极保护(有负保护作用的除外)。阳极保护是有条件的。

(2)阴极保护中，保护效果取决于阴极极化程度，极化电流不代表腐蚀速率。在阳极保护中，必须通过阳极极化建立钝化状态，极化电流可以反映腐蚀速度。

(3)阴极保护时，电位的偏差只会影响保护效果，不会引起腐蚀速率的显著变化(自钝化金属除外)。阳极保护期间，电位偏差会加速腐蚀。

(4)当介质具有强氧化性时，阴极保护需要大电流阴极极化。采用阳极保护时，由于钝化膜容易建立，阳极保护容易，效果好。

(5)阴极保护过程中的析氢反应对氢脆敏感的资源网络设备有氢脆的可能。阳极保护时，辅助阴极发生析氢，阳极不存在氢脆的可能。

(6)在阴极保护中，辅助电极是阳极，在强氧化介质中容易腐蚀，因此很难选择合适的阳极材料。在阳极保护中，辅助电极是阴极，本身处于被保护状态。

四.环境媒体的控制。

1.控制环境介质中的有害成分。

控制环境介质成分的方法有几种:去除介质中的有害成分，脱氧是提高金属耐腐蚀性的有效途径。脱氧的方法主要有加热脱氧和化学脱氧。控制培养基的酸碱度；降低气体介质的湿度。当气体介质中的湿度过高时，冷凝水会在材料表面形成水膜，加速材料的腐蚀。因此，降低气体湿度是减缓金属腐蚀的有效措施之一。降低湿度的方法包括用干燥剂吸收水分、通过冷凝去除水分或提高温度降低湿度，使水蒸气不能冷凝。

2.缓蚀剂。

缓蚀剂是一种化学物质或化合物，可以防止或减缓金属在极低浓度的腐蚀介质中的腐蚀速度。缓蚀剂的分类:按化学成分可分为无机缓蚀剂(硝酸盐、铬酸盐、碳酸盐、钼酸盐等)。)和有机缓蚀剂(醛、胺、杂环化合物等。).根据对电极过程的影响，可分为阳极缓蚀剂(铬酸盐、硅酸钠、苯甲酸钠等)。)，阴极缓蚀剂(SbCl3、AsCl3、锌盐、多聚磷酸盐和大部分有机缓蚀剂)，混合缓蚀剂(琼脂、生物碱、亚硝酸二环己胺等)。).

五、电镀、化学镀和化学转化膜的保护。

1.电镀。

在直流电的作用下，电解液中的金属离子将金属沉积在阴极(待镀零件)表面，成为镀层。

2.化学镀。

还原溶液中的金属离子并用合适的还原剂将它们沉积在基底表面的过程也称为自催化电镀或化学镀。

与化学镀不同，它不需要直流电，可以在深孔、盲孔和复杂腔体的内表面获得均匀的镀层。化学镀得到的镀层气孔少，致密，耐磨性好，硬度高。化学镀的缺点是镀液本身不稳定，因此对镀液的维护要求高，通常需要加热设备。此外，化学镀成本高，镀层脆。

3.化学转化膜。

金属表面的原子层与某些特定介质的阴离子发生反应后，在金属表面形成的薄膜称为转化膜。转化膜可分为电化学转化膜和化学转化膜。化学转化膜还包括化学氧化膜、铬酸盐膜和磷酸盐膜。

电化学转化膜是通过控制阳极电流或电压，在酸性或碱性电解液中将待处理的金属阳极化而形成的。

化学转化膜是通过简单地将待处理的金属浸入合适的金属盐溶液中而在金属表面形成的膜。可以使用铝、锌、铁和铜等金属。

不及物动词浸渍电镀、渗透电镀、覆层电镀和热喷涂的保护。

1.浸镀。

浸镀(热镀)是将金属零件浸入熔融金属中形成涂层的方法。因此，电镀金属的熔点必须比电镀基底金属的熔点低得多。

2.渗透电镀。

渗镀是将一种或几种元素从表面扩散到资源网络的基底金属中，形成渗层，也称为表面合金化。

3.涂层。

将被保护金属坯料放在被保护金属板中间，热轧，通过机械力和热扩散将被保护金属与被保护金属粘合。

4.热喷涂。

利用高温热源，通过喷枪将涂层材料加热至熔融或接近熔融状态，并高速喷涂到工件表面，形成保护层。

七.衬里保护技术。

1.玻璃钢衬里。

玻璃纤维增强塑料(FRP)是一种覆盖层，它利用玻璃纤维的增强和粘接树脂的耐腐蚀性，不仅增加了涂层厚度，而且增加了涂层的力学性能。一般来说，它们具有很高的机械强度和完整性，即使受到机械冲击也不容易损坏。由于内衬为多层结构，涂层孔隙率低，腐蚀性介质不易渗透，因此耐腐蚀性高。

2.橡胶衬里。

橡胶衬里具有良好的物理、机械、耐腐蚀和耐磨性能。作为衬里层，具有与基材附着力强、施工方便、维护方便、衬里后设备增重少的特点。天然橡胶占衬里用橡胶的70%。常见的合成橡胶有丁苯橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶、丁基橡胶和磺化聚乙烯橡胶。

八.有机涂层的保护。

涂层是一种防护技术，通过手工刷涂或机械喷涂的方式在设备的内外表面附着一层有机涂层，从而将腐蚀性介质与基体表面分离。

九.常用的耐腐蚀材料:

醇酸树脂涂料、酚醛树脂防腐涂料、呋喃树脂防腐涂料、环氧树脂防腐涂料、沥青防腐涂料、乙烯树脂防腐涂料、橡胶防腐涂料、有机硅耐热防腐涂料、富锌防腐涂料、塑料防腐涂料等。

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