金屬材料腐蝕與防護機理研究述評

黃國亮，薛蔓凌，字映竹

（昆明理工大學材料科學與工程學院，云南 昆明650000）

1 金屬腐蝕機理及分類

金屬腐蝕是指，金屬材料與所處的環(huán)境介質(zhì)之間發(fā)生一定程度的化學、電化學或物理作用，從而引發(fā)的變質(zhì)的現(xiàn)象。金屬材料的腐蝕，本身是一個十分復雜的過程，因此在受到不同外力的作用下，會導致不同類型的腐蝕狀態(tài)發(fā)生，相應地，會存在不同的分類方法。其中，宋海軍在《淺談金屬材料的腐蝕與防護》一文中指出，“金屬腐蝕的分類，按照金屬的腐蝕機理，可以分為化學腐蝕和電化學腐蝕兩大類，其實質(zhì)都是因為被氧化，導致金屬原子轉(zhuǎn)化成金屬陽離子的過程?！盵1]而楊世偉，常鐵軍的《材料腐蝕與防護》一書在有關(guān)金屬材料腐蝕分類的問題上闡述的很全面，除了指出化學腐蝕和電化學腐蝕的兩種金屬腐蝕的機理，又補充了兩種——物理腐蝕和生物腐蝕。同時，又按照腐蝕的環(huán)境、形態(tài)進行分類。它指出，根據(jù)腐蝕的環(huán)境，腐蝕可以分為干腐蝕和濕腐蝕兩大類，干腐蝕可以細分為失澤和高溫氧化兩種；濕腐蝕可以細分為大氣腐蝕、土壤腐蝕、海水腐蝕、微生物腐蝕以及工業(yè)介質(zhì)中的酸堿鹽溶液的腐蝕、工業(yè)水中的腐蝕及高溫高壓水中的腐蝕。按照形態(tài)分為全面腐蝕（或均勻腐蝕）以及局部腐蝕兩種。他認為，局部腐蝕包含的破壞形態(tài)較多，相較于均勻腐蝕，它對金屬的危害也大很多，又將局部腐蝕分為：電偶腐蝕、點蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕、剝蝕、絲狀腐蝕和選擇性腐蝕等七種[2]。

2 影響金屬腐蝕的因素

除了上述機理之外，影響金屬材料腐蝕的因素還有很多。例如空氣的濕度、空氣的溫度、空氣中污染物、酸堿鹽以及氧氣、霧特性和ph值等等。例如，馮寧寧在《淺談金屬腐蝕與防護方式》中分析，“腐蝕反應的速率重點是基于水分的產(chǎn)生，假如到達或者超越特定的相對濕度，腐蝕就會以較快的速度出現(xiàn)和惡化。”[3]同時指出，“環(huán)境溫度以及環(huán)境溫度變化的規(guī)律影響金屬表面的水份凝聚，進而加快電化學腐蝕的反應速度”[4]。另外，空氣中的常見的污染物多為酸性氣體，這類氣體在腐蝕的速度上同樣起到加速作用。而任圣凱、王金紅通過《金屬材料的腐蝕和防護》一文，從海水對金屬腐蝕的角度出發(fā)，分析了幾點影響腐蝕的環(huán)境因素。他認為，鹽水溶液的組成、鹽水的濃度以及鹽霧形成的特性可以決定金屬材料腐蝕的速度。指出，“不同成分和不同濃度的鹽水噴霧對金屬材料的腐蝕速度有所不同，濃度過高，濕度相對降低，固體鹽分結(jié)晶析出反而降低腐蝕強度?！盵5]另外，“當海水流量加大時，供氧加快，腐蝕速度也相應提高。而海水中的PH值愈小，腐蝕速度也愈快?！盵6]

3 金屬腐蝕的危害

金屬材料的腐蝕所帶來的危害是巨大的，不僅僅表現(xiàn)在經(jīng)濟危害層面上，對于資源和環(huán)境，甚至社會公共安全方面都產(chǎn)生嚴重影響。張玉璽的《淺談金屬腐蝕與防護》從經(jīng)濟層面對金屬腐蝕的危害進行探討，“金屬腐蝕一方面會造成金屬器械的直接損耗，另一方面因為金屬腐蝕而導致機械在生產(chǎn)操作過程中經(jīng)濟效益不達標，”[7]因此帶來的經(jīng)濟損耗不可估計。

據(jù)資料顯示，我國每年因金屬材料腐蝕造成的損失占GDP的5%，每年約造成的經(jīng)濟損失達5000億元[8]。此外，從資源浪費和環(huán)境污染的角度上分析，《金屬腐蝕學》一書中提供了一組調(diào)查數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)指出，“每年由于金屬材料的腐蝕大約使10%～20%的金屬損失掉了，如果按照每年產(chǎn)鋼一億噸來計算的話，那么每年就會有1000萬噸的鋼材被腐蝕掉”[9]。而這組數(shù)字，可以說是相當于一個大型鋼鐵企業(yè)的一年的鋼產(chǎn)量，因此，由金屬腐蝕造成的資源消耗的嚴重性可見一斑。

不僅如此，因為金屬材料的腐蝕，在石油化工、農(nóng)業(yè)、造紙等工業(yè)中，造成該設(shè)備的損害、有害物質(zhì)泄露的現(xiàn)象時有發(fā)生，嚴重污染周邊環(huán)境，威脅周邊人們的健康。同時，因為金屬材料腐蝕造成的災難性事故，從而破壞公共安全的現(xiàn)象屢見不鮮，如《材料腐蝕與防護概論》一文中記載：“天然氣井的套管因應力腐蝕裂開，造成井噴和爆炸；化工廠乙烯原料儲蓄罐因為硫化物質(zhì)腐蝕而引發(fā)大火，造成人員傷亡；波音747客氣由于應力腐蝕斷裂墜毀等等”[10]。而這些因金屬腐蝕造成的經(jīng)濟財產(chǎn)損失以及人員傷亡現(xiàn)象并非不可以避免。

只要做好金屬材料腐蝕的防護和控制，就可以避免上述這些現(xiàn)象發(fā)生，在減少經(jīng)濟損失的同時能增加經(jīng)濟效益，保護生態(tài)環(huán)境不被破壞。

4 金屬材料的防腐方法

除了研究金屬材料腐蝕的機理、危害之外，目前的國內(nèi)外學者更多會把研究重點放在金屬材料的防腐方法上，讓其更有針對性的應用在日常生產(chǎn)生活中。目前學術(shù)界在防護的手段和方法上的研究日益豐富，見解不一，但在本質(zhì)上基本保持一致。

因為金屬材料腐蝕的機理及影響腐蝕的因素有所不同，因此在防腐技術(shù)上除了要兼顧材料本身之外，還要兼顧環(huán)境因素兩個方面?！冬F(xiàn)代材料腐蝕與防護》一書中指出，防護技術(shù)要從兩方面入手，“第一，要改變材料的成分、表面處理工藝和工程結(jié)構(gòu)設(shè)計；第二，要改變周圍環(huán)境，包括對介質(zhì)的處理，使用緩蝕劑或者是能將環(huán)境隔離的涂層?！盵11]

具體來說，以姚樂等人的《金屬材料的腐蝕與防腐的研究進展》一文為例，他提出了三種比較常見的方法，即“金屬和非金屬覆蓋法”、“電化保護法”、“緩蝕劑保護法”。首先指出，非金屬材料涂層可以采用噴漆、玻璃、聚酯和搪瓷等方式，來達到隔離金屬與媒介的目的，提高金屬材料耐腐蝕性能。而金屬覆蓋一般采用電鍍的方式，按照電鍍金屬的電勢，對陰極保護層或陽極保護層進行破壞，從而保護金屬本身。其次，介紹了電化保護法，闡述電化保護法的機理是利用點解池原理轉(zhuǎn)化要保護的金屬的電位，促使金屬“鈍化”或者起到抑制金屬腐蝕的作用。最后對緩蝕劑保護法進行說明，指出緩蝕劑的操作原理是，在金屬周圍產(chǎn)生有害介質(zhì)中加入少量的減緩腐蝕速度的物質(zhì)，來達到防止金屬腐蝕的目的。作者認為，緩蝕劑用量較少，而且方便經(jīng)濟，利用的比較廣泛[12]。

石生泰、徐克薰、顧里之在《金屬腐蝕和防護的研究發(fā)展概況》一文中更為詳細的闡述了三種防腐方式。首先介紹了表面保護的8種方法，如涂層、電鍍、熱噴漆、表面合金化、機械鍍、離子氣相沉積、離子注入、激光非晶態(tài)處理法等；其次，對電化學保護法的陰極保護和陽極保護進行系統(tǒng)分析；最后簡單介紹了緩蝕劑的發(fā)展動態(tài)，如水系統(tǒng)、酸系統(tǒng)、石油天然氣系統(tǒng)和大氣系統(tǒng)中的緩蝕劑使用成分，[13]在金屬材料防腐方式上的研究中價值較高。此外，張秀荷等人在《金屬材料的防護與腐蝕》一文，從井下腐蝕和海洋腐蝕兩個角度，對金屬材料腐蝕的防護進行探析，并指出今后金屬腐蝕防護的發(fā)展方向，他認為，“高溫、高壓、強腐蝕性介質(zhì)、高負荷應力或高熱流、高質(zhì)流等高參數(shù)條件下的強化操作，對材料保護提出愈來愈高的要求。因此，要不斷促進腐蝕科學與保護技術(shù)的研究和發(fā)展，來切實解決腐蝕問題。”[14]

5 結(jié)語

由上觀之，金屬材料腐蝕與防護已經(jīng)成為一門重要的學科。它涉及到我國經(jīng)濟發(fā)展過程中重要的經(jīng)濟領(lǐng)域，因此獲得正確的、有效的防腐技術(shù)，可以遏制或防止腐蝕的產(chǎn)生，可以最大限度的減少由金屬材料腐蝕造成的經(jīng)濟損失和其他危害。

就目前的研究成果來看，國內(nèi)有關(guān)金屬材料腐蝕和防護的研究日益豐富，研究范圍不斷擴大，內(nèi)容和角度也更加多元，研究也日趨向?qū)嵱眯园l(fā)展[15,16]。

本文通過對金屬腐蝕和防護的研究成果進行綜述，希望對今后這一課題研究的有所助益。以此作述，有不當之處，敬請指正。

參考文獻

[1]楊德鈞，沈卓身.金屬腐蝕學.冶金工業(yè)出版社,1999.05.

[2]梁永純，聶銘，馬元泰，林介東.電力設(shè)備金屬材料腐蝕與防護技術(shù).中國電力出版社,2017.11.

[3]孔小東，胡會娥，蘇小紅.金屬腐蝕與防護導論.科學出版社,2016.12.

[4]何業(yè)東，齊慧濱.材料腐蝕與防護概論.機械工業(yè)出版社,2005.04.

[5]楊世偉，常鐵軍.材料腐蝕與防護.哈爾濱工程大學出版社,2003.10.

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[7]吳雄利.淺談金屬材料腐蝕及防護對策.中國化工貿(mào)易.2017.第6期.

[8]程佳；孫錦輝；杜猛.對金屬材料的腐蝕與防護分析.中國科技投資.2016.第9期.

[9]王德勇.金屬材料的腐蝕與防護.民營科技.2015.第7期.

[10]張建鑫.金屬材料的腐蝕與防護.黑龍江科技信息.2014.第21期.

[11]張秀荷；楊蓮慧；王海濤；張志春.金屬材料的腐蝕與防護.2014.第36期.

[12]宋海軍.淺談金屬材料的腐蝕與防護.中小企業(yè)管理與科技.2008.第18期.

[13]郭玉環(huán).淺談金屬材料的腐蝕因素與防護.廣東化工.2013.第10期.

[14]郭淮政.金屬的腐蝕問題與有效防護思考.中國科技縱橫.2018.第2期.

[15]張玉璽.淺談金屬腐蝕危害與防護.科技展望.2017.第27卷第7期.

[16]雋佳.淺談金屬防腐蝕的特點及應用.城市建設(shè)理論研究.2016.第10期.