金屬腐蝕與防護研究

王志亮

摘要：金屬材料是現(xiàn)代社會生產(chǎn)非常關(guān)鍵的材料之一，但是金屬材料在使用過程中非常容易受到其他環(huán)境因素的影響。比如，在機械加工過程中，金屬材料容易受到不同程度的腐蝕，影響金屬材料的正常使用。在正常的使用過程中，金屬材料在強度、剛度等方面表現(xiàn)良好，但由于腐蝕現(xiàn)象非常普遍，對整個系統(tǒng)造成一定的不良影響。因此，如何對金屬腐蝕現(xiàn)象進行相應(yīng)的防護較為重要，同時金屬材料的防腐蝕工作也是延長設(shè)備壽命的重要途徑。就此，本文筆者在本文將對金屬腐蝕與防護進行詳細(xì)研究、分析。

關(guān)鍵詞：金屬材料;腐蝕現(xiàn)象;防護措施

中圖分類號：R81;R14? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）06-0153-02

0? 引言

機械行業(yè)作為我國社會發(fā)展中的重要行業(yè)之一，其發(fā)展程度與我國社會經(jīng)濟發(fā)展有著一定聯(lián)系。金屬材料作為機械制造業(yè)中非常重要的原材料之一，其質(zhì)量高低將直接影響機械制造的生產(chǎn)質(zhì)量。筆者了解到在金屬材料的使用過程中，影響金屬材料使用質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一就是腐蝕程度。因此，在機械制造行業(yè)的不斷發(fā)展過程中，不斷有研究學(xué)者就金屬材料的抗腐蝕性進行研究、探討，主要目的在于提高金屬抗腐蝕性，保證機械制造正常生產(chǎn)。

1? 機械制造業(yè)中的金屬復(fù)合材料

1.1 金屬腐蝕形成、類型

在機械制造行業(yè)中，金屬復(fù)合材料是將多種類型的金屬材料作為材料進行混合并通過冶金工藝處理后獲得的。金屬復(fù)合材料相較于普通金屬材料來說，具有更加顯著的強度、耐磨性，在使用過程中表現(xiàn)得更加優(yōu)秀，因此，在機械制造業(yè)中廣泛使用，再加上金屬材料作為機械制造業(yè)中的重要材料，繼而關(guān)于金屬腐蝕的研究更加重要。

無論是金屬復(fù)合材料，還是其他各類材料，當(dāng)處于臨界點狀態(tài)時，材料都將會處于低能量狀態(tài)，并在長時間內(nèi)都將維持這一狀態(tài)。其中，金屬材料的穩(wěn)定狀態(tài)主要是通過金屬氧化物實現(xiàn)（尤其是金、銀等貴重金屬）。貴重金屬若長時間處于自然環(huán)境下，其氧化速度將會加快，并長時間維持。想要回到其初始狀態(tài)，便需要通過非常復(fù)雜的方式從中提煉出金屬。一旦金屬出現(xiàn)不潔凈狀態(tài)，那么將發(fā)生不同程度的腐蝕現(xiàn)象。

當(dāng)前較為常見的金屬腐蝕類包括化學(xué)腐蝕以及電化學(xué)腐蝕。如果通過腐蝕現(xiàn)象進行分類，那么可以將其分為均勻腐蝕以及局部腐蝕。均勻腐蝕指的是金屬材料整體出現(xiàn)腐蝕;而局部腐蝕主要是材料某個地方出現(xiàn)腐蝕。就實際情況來說，誘發(fā)腐蝕的因素較多，針對切削技工而言，金屬生銹為原因的腐蝕是最為常見的;另外，在其他常見腐蝕類型中以電化學(xué)腐蝕為主。

而按照腐蝕的形態(tài)，金屬腐蝕又可以分成全面腐蝕與局部腐蝕。所謂的全面腐蝕指代的是均勻腐蝕，此種腐蝕現(xiàn)象通常會遍布金屬整個表面。在全面腐蝕現(xiàn)象中，金屬物質(zhì)發(fā)生的還原現(xiàn)象以及金屬陽極發(fā)生的溶解現(xiàn)象區(qū)域都較小，并且金屬陽極發(fā)生腐蝕現(xiàn)象的區(qū)域隨機變化。所謂的局部腐蝕現(xiàn)象指代的是金屬器件或者金屬設(shè)備發(fā)生非均勻腐蝕，指代的是腐蝕現(xiàn)象發(fā)生在金屬的某個局部地位，在金屬發(fā)生局部腐蝕現(xiàn)象過程中，陰陽兩極的區(qū)域通常是分開的，并且金屬陰極區(qū)域比陽極區(qū)域較大。

1.2 腐蝕原因

在影響金屬材料腐蝕形成原因中非常關(guān)鍵的一點在于電化學(xué)穩(wěn)定性。如果點位值是處于負(fù)值狀態(tài)下，那么材料的穩(wěn)定性整體偏低，其中如果負(fù)值越大，在此情況下，金屬材料的穩(wěn)定性會越差，金屬離子化更加顯著，在此情況下金屬材料的腐蝕現(xiàn)象就會更加顯著。此外，金屬材料的內(nèi)部組成也會對金屬材料整體造成影響。若金屬材料內(nèi)部成分差異較大，那么金屬材料的整體質(zhì)量問題也會出現(xiàn)非常明顯的差異。就概率問題來說，多項合金材料腐蝕現(xiàn)象出現(xiàn)的概率將會大大高于單項合金材料，其主要原因是由于多項合金材料物化性質(zhì)存在更加明顯的差異，多項合金材料在遇到電解液后，所產(chǎn)生的電位與單相合金材料遇到電解液后所產(chǎn)生的電位也會有明顯的差異。

例如：金屬材料在熱處理的作用下會產(chǎn)生多種金相組織，淬火處理后，其組織排列將會分布得更加的均勻。金屬材料在經(jīng)過淬火處理后這一階段具有非常明顯的耐腐蝕性，但是一旦過了這一階段，那么金屬材料的碳物質(zhì)沉淀將會在增加，繼而導(dǎo)致金屬材料耐腐蝕性明顯下降。若金屬表面并不是非常平整的狀態(tài)，那么發(fā)生腐蝕現(xiàn)象的概率又會大大增加。再加上金屬材料在整個加工階段不是處于極端的受冷階段，就是在極端的受熱階段，對于非氧化性的酸性鹽類物質(zhì)對金屬材料穩(wěn)定又將會造成很大程度的影響，最終導(dǎo)致金屬材料出現(xiàn)不同程度的腐蝕。

2? 機械金屬材料抗腐蝕研究

若是環(huán)境存在差異，那么一旦機械金屬材料多接觸到的介質(zhì)出現(xiàn)變化，那么金屬材料就將會出現(xiàn)不同的腐蝕現(xiàn)象。因此，筆者為了更加了解關(guān)于金屬材料的抗腐蝕速率，筆者在本次研究中將以人工加速度測試方式，結(jié)合大氣自然環(huán)境影響，已經(jīng)了解到金屬抗腐蝕速率容易受到溫度、濕度以及酸堿度等因素影響。但是，為了更加清楚、深刻的了解到這一現(xiàn)象，筆者將通過實驗的方式對其進行進一步的論證，具體報告如下：

2.1 儀器、實驗準(zhǔn)備

首先，在實驗開始的第一步驟，筆者將選擇合適的金屬樣品，并將金屬樣品進行相應(yīng)的打磨、處理，使其最終呈現(xiàn)出長方形的形態(tài)。在正式開始實驗前，應(yīng)當(dāng)對實驗樣品表面存在的銹跡進行全面、仔細(xì)的清理，必須保證實驗樣品潔凈度。在實驗樣品準(zhǔn)備完成后，再進行接下來的檢測工作。檢測工作開展過程中主要利用游標(biāo)卡尺進行樣品外形尺寸的確定，接著將已經(jīng)處理好的樣品放置在丙酮中浸泡，在保證浸泡工作完成后，在對樣品采取清理處理，在保證其干燥度的情況下，對金屬樣品進行稱重，記錄稱重數(shù)據(jù)后將其放入到玻璃器皿中，用于接下來的試驗進行。需要注意的是，在盛放金屬樣品的玻璃器皿選擇上，必須保證玻璃器皿的干燥性、密封性。

2.2 腐蝕實驗

實驗正式開始，首先選擇4份重量為30g的酸性溶液，其中每一份的酸性濃度分別是0%、30%、60%以及90%，在每一份溶液上標(biāo)記好相應(yīng)的濃度含量，避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)失誤，影響實驗結(jié)果。接著將每一份酸性溶液轉(zhuǎn)移到箱式電阻爐中，分別調(diào)節(jié)好相應(yīng)的溫度、濕度以及時間。注意在數(shù)據(jù)的設(shè)置上必須保證三項指標(biāo)均存在顯著的差異性，接下來進行溫度加濕加熱抗腐蝕實驗。

如公式（1）所示，經(jīng)結(jié)果計算后金屬樣品腐蝕速率確定：

Wc=（W1-W2）/S·T·D·8.76? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

式（1）中：W1表示的是未腐蝕樣品的質(zhì)量，單位表示為g;W2代表的是已經(jīng)發(fā)生腐蝕后樣品的質(zhì)量，單位表示為g;其中，S代表的是樣品與介質(zhì)之間的接觸面積，單位表示為m2;T代表的是腐蝕時間，單位表示為h;D為密度，單位表示為g/cm3。

在實驗開展過程中，溫度為實驗中的變量，維持36h的腐蝕實驗，在實踐期間，每4h進行數(shù)據(jù)的測量，實驗結(jié)束后將每一次的測量結(jié)果進行相應(yīng)的整理得出實驗結(jié)果，詳見表1。

由表1實驗數(shù)據(jù)可知，當(dāng)實驗中溫度恒定，金屬樣品所出現(xiàn)的腐蝕程度將會隨著酸性濃度的不斷上升而不斷的提高。隨后筆者對該現(xiàn)象進行詳細(xì)分析后發(fā)現(xiàn)，金屬樣品表面的鈍化層將會隨著實驗時間的不斷推移而出現(xiàn)侵蝕現(xiàn)象，并導(dǎo)致金屬樣品的內(nèi)部金屬顆粒大量外露，繼而導(dǎo)致實驗樣品表面與溶液的接觸不斷增加，在此階段，實驗樣品的反應(yīng)速度呈不斷上升狀態(tài)。

就實驗溫度作為出發(fā)點來說，實驗樣品腐蝕速率將會隨著溫度的上升而不斷的加快，實驗結(jié)果證實該現(xiàn)象與材料電化學(xué)反應(yīng)速度有著十分密切的聯(lián)系，再加上隨著溶液內(nèi)部速度的不斷加快，氧化速率不斷增加，實驗樣品的腐蝕現(xiàn)象也就更加的明顯。

基于上述分析得知，不同溫度條件下，金屬材料的抗腐蝕性存在一定的差異，當(dāng)溫度提升到90℃以上時，金屬材料抗腐蝕效果最佳，隨著后續(xù)溫度、濕度以及酸度的不斷變化，金屬材料抗腐蝕能力將會不斷的下降。

3? 金屬材料腐蝕防護

3.1 切削加工中腐蝕防護

顯而易見，在潮濕的空氣環(huán)境下金屬材料腐蝕概率將會大大上升，由此可以得知將金屬與空氣向隔絕，可以有效達到防腐蝕效果，但是就實際情況而言，在機械設(shè)備的生產(chǎn)過程中，并沒有條件做到完全的隔絕，因此筆者就更加恰當(dāng)?shù)目垢g措施進行分析，如下：

①內(nèi)部保護：將腐蝕性能極好的合金元素加入到金屬材料中，能夠大大提高金屬材料內(nèi)部的耐腐蝕能力;

②外部保護：將金屬內(nèi)部與空氣進行隔絕，減少金屬材料與空氣的反應(yīng)。而在隔絕措施上，可以通過在其外部刷漆、增設(shè)覆層等方式，繼而起到防護作用，最大程度上避免金屬材料出現(xiàn)腐蝕。

3.2 腐蝕防護措施

①在機械制造設(shè)備中，針對裸露在外的金屬零部件，可以采用外部涂漆的方式。如果在后續(xù)的使用過程中，保護層出現(xiàn)缺陷，那么應(yīng)當(dāng)立即對其進行填補處理，避免缺陷部位出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。另外，如果防護劑與冷卻潤滑劑不具備相容性，兩種材料在接觸后出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，那么則應(yīng)當(dāng)根據(jù)實際情況選擇恰當(dāng)?shù)姆绞礁淖儍煞N材料的狀態(tài)，使其達到相容效果，最終起到腐蝕防護作用;

②在進行金屬材料的切削處理時，金屬材料將會出現(xiàn)非常明顯的擾動，在此階段，保護層將會出現(xiàn)一定的受損。并且還會導(dǎo)致已經(jīng)經(jīng)過加工處理后的零部件產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象。針對于此，可以將防腐蝕劑加入到冷卻潤滑劑中，使其內(nèi)部產(chǎn)生致密的鈍化膜，但是需要注意的是控制乳濁液濃度，將其控制在最佳范圍;

③工件在完成加工處理后，在避免工件出現(xiàn)腐蝕的有效措施上，可以采取一系列的外部措施，比如：噴漆、浸泡等，在工件表面形成一層完整的保護層。除此之外，通過石蠟處理，同樣能夠大大提高工件的防腐蝕效果。

4? 結(jié)語

總而言之，金屬材料作為機械制造行業(yè)中重要材料之一，金屬材料的質(zhì)量高低將會在很大程度上影響機械制造企業(yè)的正常運行。而金屬材料又是屬于非常容易被腐蝕的材料之一，一旦出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，金屬材料的質(zhì)量將會受到非常嚴(yán)重影響。因此，在金屬抗腐蝕防護措施的實施過程中，首先機械制造企業(yè)應(yīng)當(dāng)明確金屬材料發(fā)生腐蝕的主要原因，并在此基礎(chǔ)上給出針對性的解決措施，在實際的使用過程中落實，盡可能減少金屬材料的腐蝕程度，確保金屬材料的正常使用，推動機械制造行業(yè)的發(fā)展與進步。

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