金屬材料防腐能力改進(jìn)路徑探析

張志高,王 鋒,郭建達(dá)（河北鋼鐵集團(tuán)衡水板業(yè)有限公司,河北 衡水 053000）

金屬材料防腐能力改進(jìn)路徑探析

張志高,王 鋒,郭建達(dá)
（河北鋼鐵集團(tuán)衡水板業(yè)有限公司,河北 衡水 053000）

摘 要：金屬元素均具有極強(qiáng)的活潑性和自由能，甚至比它們經(jīng)反應(yīng)后生成的化合物所含的自由能還高。故它必然會(huì)依托各種現(xiàn)有或即將構(gòu)成的有利條件返回它原始的具有穩(wěn)定熱化學(xué)性能的化合物狀態(tài)，此種趨勢(shì)是不以任何其它意志為轉(zhuǎn)移的。各行業(yè)的金屬腐蝕現(xiàn)象廣泛而深入存在，損失和影響巨大，查清原因且做好預(yù)防和腐蝕處理，減緩或消除腐蝕已經(jīng)急不我待。

關(guān)鍵詞：金屬材料；腐蝕類型；防腐手段；革新策略

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的工業(yè)化水平的提高和科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的持續(xù)拓展，直接接觸各種工藝介質(zhì)或處在多種復(fù)雜環(huán)境下的各類金屬材料大量涌現(xiàn)，由于金屬的強(qiáng)活潑型所導(dǎo)致的其極易受到腐蝕的狀況給經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成了很大的障礙。我們國(guó)家相關(guān)科技人員在這一方面亦做了大量的研究和防治工作。在針對(duì)金屬材料腐蝕的類型及預(yù)防的特性措施研究上取得了很大的成果，并且隨著經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展其必將擁有更廣闊的空間。

1　金屬材料腐蝕類別

1.1 金屬性化學(xué)腐蝕

各類金屬資料與非極性物質(zhì)（亦就是其與那些依托共價(jià)鍵或非極性鍵所形成的非電解質(zhì)）進(jìn)行直接接觸而產(chǎn)生的具有腐蝕性作用的化學(xué)反應(yīng)過程對(duì)金屬材料所造成的腐蝕性侵害。其是一個(gè)單純的化學(xué)反應(yīng)歷程和機(jī)理的再現(xiàn)。這些非電解質(zhì)與金屬材料之間發(fā)生的腐蝕化學(xué)反應(yīng)過程是在金屬與工藝介質(zhì)接觸的表觀層進(jìn)行的，反應(yīng)完后留下反應(yīng)產(chǎn)物附著在金屬設(shè)備的內(nèi)外表面。期間沒有明顯和規(guī)則地電子轉(zhuǎn)移過程，也就是說不具備電流的形成條件。其完全符合化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的機(jī)理。

1.2 金屬電化學(xué)性腐蝕

這里所說的電化學(xué)性腐蝕系指金屬材料和極性化合物的溶液之間發(fā)生電化學(xué)過程而產(chǎn)生的腐蝕性侵害。在具體的反應(yīng)歷程中，同時(shí)存在著陽極區(qū)的金屬原子失去電子及陰極區(qū)域的非極性物質(zhì)的原子得到電子的過程。從而產(chǎn)生明顯的電子流動(dòng)即形成電流的過程。它的具體反應(yīng)過程完全順應(yīng)于電化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的內(nèi)在必然聯(lián)系性。我們可把電化學(xué)腐蝕劃分為氫氣原子腐蝕和吸氧溶液的電解質(zhì)腐蝕兩類。金屬材料電化學(xué)腐蝕侵害的基本機(jī)理即為：鋼鐵等金屬材料長(zhǎng)期置放于濕漉漉地空間環(huán)境中，其表觀層面必然產(chǎn)生一層薄薄的水膜，彌漫于空氣中的CO2必然會(huì)融入到其水膜之內(nèi)而產(chǎn)生談酸性溶液。進(jìn)而可以出現(xiàn)其與活潑性極強(qiáng)的金屬Fe的腐蝕性電化學(xué)反應(yīng)，在反應(yīng)進(jìn)程中，被氧化了的鐵原子失去電子而變成陽性的鐵離子，其釋放出的電子在金屬結(jié)構(gòu)中由陽極流向陰極，在陰極出現(xiàn)積存的金屬氧化物或與其它的與非金屬物質(zhì)即所產(chǎn)生的鐵銹蝕物。

2　金屬材料的預(yù)防腐蝕手段改進(jìn)

2.1 在金屬表觀構(gòu)建防護(hù)層

（1）對(duì)金屬材料的磷化工藝處理：把鋼鐵表面的油污、銹蝕物清除干凈以后，將其放置于磷酸鹽的溶液里浸泡一段時(shí)間，此時(shí)能夠在金屬表觀產(chǎn)生一層不溶解于水的磷化物保護(hù)膜，此過程即叫做磷酸鹽化過程。磷化物保護(hù)膜顯現(xiàn)暗灰顏色或深灰色及黑灰色，其保護(hù)層厚五到二十微米，其在空氣中存在時(shí)具有很好的耐腐蝕性能。此膜狀物屬于一類多孔性組織，具備很大的油漆吸附本領(lǐng)，當(dāng)將其當(dāng)作漆層的底部鋪料時(shí)，它的耐腐蝕功能就更加明顯；

（2）針對(duì)金屬材料的氧化膜處理工藝：鋼鐵材料制品經(jīng)過將氫氧化鈉（燒堿）及亞硝酸鈉（強(qiáng)氧化劑）相互混合后的溶液進(jìn)行熱處理工藝，其表觀層亦可產(chǎn)生一層藍(lán)色的氧化物結(jié)構(gòu)膜（基本全是磁鐵粉四氧化三鐵），欲達(dá)到預(yù)防鐵受腐蝕性侵害的愿望，我們把此環(huán)節(jié)叫做發(fā)藍(lán)處理工序。此類氧化物保護(hù)膜擁有極強(qiáng)的機(jī)動(dòng)性及黏潤(rùn)性，不會(huì)干擾金屬零件的加工精度。比如，一些精密和尺寸細(xì)微、可塑性差的科研儀器零部件的防腐處理都要用到發(fā)藍(lán)工藝；

（3）非金屬涂層粉刷：使用塑料涂刷金屬表面的防腐質(zhì)量要好于噴漆處理工藝。它的塑料涂刷層密實(shí)平整擁有鮮明的顏色，兼有防腐和美觀的效果，故在很多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。

2.2 重防腐油漆涂裝防腐工藝

重型防腐涂料具備表觀美化、工藝便捷的特點(diǎn)，從很早的歷史上就已開始收到普遍應(yīng)用。依據(jù)涂裝工藝的發(fā)展?fàn)顩r來看，涂料的重型防腐已經(jīng)成為鋼鐵橋梁表面防腐的首選工藝。這其中，不管是國(guó)際上的名牌油漆，還是我們國(guó)內(nèi)制造的品牌涂料類型，它們的制作過程及種類均極為相近，系依托數(shù)層噴涂結(jié)構(gòu)組成的，也就是由底面漆、中層漆及表面其所組成。

2.3 熱噴涂防腐工藝

（1）火焰噴涂處理：火焰噴涂工藝系利用可然氣體組分的燃燒反應(yīng)所放出的熱量當(dāng)做熱源來熔化細(xì)微金屬絲或粉末，而且將其進(jìn)行霧化處理且吹噴到所要保護(hù)之金屬表觀層的過程。O2及C2H2火焰的噴涂，是西方國(guó)家和北美國(guó)家在很早之前就采用的針對(duì)金屬橋梁防腐所采取的有效噴涂保護(hù)工藝，并取得了極佳的防護(hù)成果；

（2）電弧噴涂工藝：針對(duì)金屬材料防腐的電弧噴涂工藝，其原理是利用電弧噴涂設(shè)備表面，利用2個(gè)已通電流的金屬絲，采取加熱、熔化、霧狀化、噴涂所構(gòu)建的防腐金屬表面涂層，再在表面上附加一層全封閉型的長(zhǎng)久防護(hù)復(fù)合型涂層。

2.4 離子注入工藝

離子注入工藝系于上一個(gè)世紀(jì)七十年代出現(xiàn)的金屬表皮改性工藝，與電鍍防腐工藝、電離鍍膜防腐工藝、化學(xué)過程氣象沉積等普通的涂層工藝有很大的區(qū)別。其為依托具有高能量物質(zhì)的高速?zèng)_擊，從而改變金屬表面性質(zhì)的一類新型工藝。在真空的狀態(tài)下，具有高能量的F粒子加速侵入金屬周觀表體，，從而可以調(diào)理金屬表面的組成特性、形成金屬標(biāo)表面高水平飽和固溶體，大幅度地提升了其金屬表面的耐腐蝕性。

2.5 熱浸鍍防腐技術(shù)

作為浸涂層的金屬,是鋅、錫、鉛和鋁等熔點(diǎn)低的金屬。熱浸電鍍金屬層厚度在一些腐蝕環(huán)境下長(zhǎng)期使用,如鍍鋅、鍍鋁或其他特殊物質(zhì),或如鍍錫和鍍鉛合金產(chǎn)品,作為特殊中介防腐蝕的防腐涂料。熱浸鍍技術(shù),包括熱浸鍍錫、熱浸鍍鉛和熱浸鍍鋅等。

3　結(jié)語

對(duì)于失去作用的金屬材料和設(shè)備的腐蝕損失,等同于全世界每年大約有超過百分之二十的生產(chǎn)量,表面涂層技術(shù)改善了金屬材料的耐腐蝕性,節(jié)約能源資源,減少對(duì)環(huán)境的污染。表面涂料以其優(yōu)良的全方位機(jī)械性能、良好的價(jià)格性能優(yōu)勢(shì),在金屬包裝材料保護(hù)上顯示了良好的發(fā)展前景。金屬腐蝕保護(hù)涉及到許多學(xué)科,包括化學(xué)、物理學(xué)、冶金學(xué)、材料學(xué)、機(jī)械工程學(xué)等，它是一個(gè)綜合性工程。

參考文獻(xiàn)：

[1]王洪濤,王國(guó)成.電弧噴涂技術(shù)在長(zhǎng)效防腐領(lǐng)域的應(yīng)用[C].第十一次全國(guó)農(nóng)機(jī)維修學(xué)術(shù)會(huì)議論文集,2003.

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[3]吳國(guó)波.金屬材料的腐蝕與防腐措施研究[J].科海故事博覽,2009.