影響金屬材料耐蝕性因素的研究和探討

姚少盈

摘 要：金屬材料具有重要的應用價值，金屬材料的腐蝕防護工作也是科技工作者研究的重要課題。目前，隨著對金屬材料腐蝕工作的深入研究，金屬材料防腐技術與工藝已取得了一定的成效，但部分具備強抗腐蝕能力的新材料由于成本原因在推廣使用過程中受到限制，一些防腐工藝方法也面臨危害環(huán)境、工藝成本高、操作條件復雜等問題。因此，進一步開展金屬材料的腐蝕防護措施研究具仍有重要研究價值與現(xiàn)實意義。

關鍵詞：金屬材料；耐蝕性；研究

1金屬材料的腐蝕及其危害

1.1金屬材料的腐蝕

金屬材料的腐蝕是指金屬材料與其周圍介質接觸時發(fā)生化學或電化學反應而引起的一種破壞金屬材料自身的現(xiàn)象。自然界中，大部分金屬以其各種化合物形式存在，而金屬元素的化學活性通常高于其化合物，因此這些金屬會自發(fā)地演變成它們在自然界中的本身存在狀態(tài)，所以金屬腐蝕是自發(fā)的、普遍存在的一種現(xiàn)象，是不可避免的。根據(jù)金屬材料腐蝕發(fā)生的機理，通?？蓪⒏g分為化學腐蝕和電化學腐蝕?；瘜W腐蝕是指金屬材料與周圍介質中存在的非電解質發(fā)生接觸后，發(fā)生了氧化還原化學反應，是金屬表面的原子與腐蝕介質產(chǎn)生直接作用而形成的腐蝕現(xiàn)象，如金屬材料在有機溶液（芳香烴、原油等）中所發(fā)生的腐蝕。電化學腐蝕主要是指金屬材料與電解質進行接觸后，金屬表面與電解質溶液發(fā)生化學反應，進而形成吸氫腐蝕或析氫腐蝕的腐蝕現(xiàn)象，如碳鋼與空氣中的氧氣、二氧化碳以及水等發(fā)生吸氧或析氫作用，最后變成鐵銹。

1.2腐蝕的危害

腐蝕會弱化金屬材料的強度和機械性能，縮短其使用壽命，甚至造成金屬材料無效化，造成經(jīng)濟損失。據(jù)報道，我國2014年由腐蝕造成的經(jīng)濟損失就已超過2萬億人民幣。在世界范圍內，腐蝕引起的經(jīng)濟損失超出想象。腐蝕引起的損失還包括金屬冶煉與回收金屬時消耗的能源[1]。同時腐蝕也會引起土地資源和水資源的污染。腐蝕還會造成工業(yè)設備、橋梁建筑和船舶等設備設施的損壞，輕則造成經(jīng)濟損失，重則會危害人身安全，許多的事故就是由腐蝕直接或者間接導致的。因此，金屬材料的防腐蝕研究意義重大。

2影響腐蝕的因素

2.1金屬自身的原因

金屬發(fā)生腐蝕與金屬自身有密切關系，例如在金屬材料表面所產(chǎn)生的外力與內力以及內部特征等因素都和金屬的腐蝕具有直接的關系。外部形狀規(guī)范且結構完整的金屬，其在一般情況下會比表面形狀有缺陷的金屬更具有抵抗腐蝕的能力。當內力集聚在一起時，在金屬腐蝕速度加快期間會導致金屬的晶格受到威脅，對金屬材料表現(xiàn)造成更大的破壞。對于合金類金屬，構成其整體的成分類型對于腐蝕的速度也有著不同程度的影響。

2.2金屬外部條件的原因

導致金屬腐蝕速度加快的外在原因主要包括：（1）操作介質。在操作介質中對鋼鐵材料影響最大的因素是pH值，它是分辨電解溶液的重要指標，因此pH值對腐蝕度的影響存在復雜化。（2）溶液運動速度。在一定酸性狀態(tài)下，溶液的流動速度會促使金屬的腐蝕速度加快，程度加深。（3）溫度的變化。通常情況下溫度越高，金屬的腐蝕速度就越快。（4）壓強的不同。一般情況下，壓強的增大會使溶液中的氣體溶解度加強，導致金屬的腐蝕面積逐步擴大，直至蔓延到整個金屬材料表面。

3金屬材料的防腐

3.1有針對性的選擇金屬材料

金屬材料應用廣泛，但目前尚未發(fā)現(xiàn)絕對耐腐蝕的金屬，所以選擇適合的材料就尤為重要，選擇金屬材料要盡量避免選擇易腐蝕性材料，若一定需要應用金屬材料，則要選擇耐腐蝕的介質與其進行直接接觸。例如：避開與鐵和銅直接接觸。這種方法可以不必對金屬材料進行處理就能減少金屬腐蝕，降低不必要的浪費，與此同時，可以放置不屬于金屬材料的介質例如：陶瓷、石墨等。避免金屬材料的方式無非兩種，即要保持金屬材料的化學穩(wěn)定性，另一方面則是要控制所選擇替代材料比金屬材料耐腐蝕度高。

3.2進行電化學保護法

金屬材料較易形成的腐蝕為電化學腐蝕，對于金屬進行防腐保護時可分從陽極或陰極兩個角度對金屬材料進行電化學防腐保護。其中，陽極保護實際上指，將通過陽極實現(xiàn)極化的電流完成對陽極電極電位的提升，并以此降低陰陽兩極之間的電位差，最終將延長金屬腐蝕的速度得以實現(xiàn)。一般情況下，陰極保護通常是指對電流進行陰極極化，通過一定的技術手段對金屬和直流電源負極進行連接，在完成電流流動的同時提高陰陽兩極的極化，以此進一步避免金屬材料出現(xiàn)表現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象?；诖朔N情況，在對管道進行防腐時，可通過優(yōu)選擇陰極保護這一方式來達成防腐目的。

3.3表面涂層防護

通過在金屬表面涂裝保護性覆蓋層，隔絕金屬與腐蝕介質之間直接接觸，或者利用涂裝層對基本金屬的電化學保護或緩蝕作用，從而達到防止金屬腐蝕的目的。金屬的表面處理方法有很多種，保護性覆蓋層的形成主要以金屬鍍層、非金屬涂層為主，處理工藝主要有電鍍、化學鍍、機械鍍、表面涂覆等工藝方法。其中電鍍技術具有工藝簡單，工藝參數(shù)易于控制，成本低等優(yōu)點，在金屬防腐中被廣泛應用。

3.4改善金屬材料構成

基于現(xiàn)代科學技術與制造工藝技術高速發(fā)展的基礎上，對不同性能的金屬材料進行優(yōu)化設計，或在原金屬材料的基礎上適當添加其他材料或合金元素進行整體性能的提升，從而增強材料的抗腐蝕性，防止或減緩腐蝕，如在普通的碳鋼中加入鎳鉻等元素制成不銹鋼可以增強防腐蝕能力。

3.5控制和改善腐蝕環(huán)境

通過控制和改善腐蝕環(huán)境對減緩和防止腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生同樣具有重要意義。例如減少腐蝕介質的濃度、除去介質中的氧、控制環(huán)境溫度和濕度等因素都可以減緩和防止金屬的腐蝕。此外，也可向腐蝕介質中添加能降低腐蝕速率的物質（緩蝕劑）來減緩和防止腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。

結束語

目前，金屬材料的腐蝕問題已經(jīng)波及到我國經(jīng)濟發(fā)展中的各個領域，無論是日常生活還是在農業(yè)、工業(yè)經(jīng)濟生產(chǎn)上，只要是涉及到材料的地方，就會在不同程度上，存在材料的腐蝕問題。金屬材料的腐蝕給我國經(jīng)濟生產(chǎn)造成了巨大的損失，甚至衍生出災難性的事故，破壞生態(tài)環(huán)境。為此，本文對影響金屬材料耐蝕性因素進行了研究和探討，希望對相關工作人員有所幫助。

參考文獻

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[2]姚樂，姚藝，劉美，王巍.金屬材料的腐蝕與防腐的研究進展[J].應用化工，2017，46（08）：1613-1615+1623.

[3]黃燁，劉雙江，姜成英.微生物腐蝕及腐蝕機理研究進展[J].微生物學通報，2017，44（07）：1699-1713.

（作者單位：怡得樂電子（杭州）有限公司）