浅谈钢材的腐蚀与防护

宋朝琦

【摘要】我国是钢材产量大国，但是每年因腐蚀导致的钢材浪费依然不在少数。本文简要概括了钢材的腐蚀机理及几种典型环境的腐蚀原理，并在此基础上对不同环境下的防护措施进行了介绍。

【关键词】钢材；腐蚀；防护

我国一直是世界钢铁产量大国，但每年因腐蚀导致的钢材浪费依然十分庞大。据统计，每年由于腐蚀造成的钢铁损失约占年产量的10%～20%，因此，如何对钢材进行防护，将腐蚀降至最低或消除，一直是困扰人们的主要问题之一。

一、钢材腐蚀机理

化学腐蚀主要指钢材表面与非电解质直接发生化学作用引起的腐蚀，又包括气体腐蚀和非电解质溶液腐蚀。前者发生在干燥的供气中，如焊接过程中在钢材表面产生氧化皮等；后者发生在有机液体中，如苯和石油。一般来说，化学腐蚀中的氧化还原反应是在反应粒子相互作用的瞬间于碰撞点完成的，没有电流发生。但这里需要指出的是，单纯的化学腐蚀实际上是比较少见的。

电化学腐蚀是指钢材与接触的电解质发生电化学反应而产生的腐蚀。与化学腐蚀不同的是，电化学腐蚀过程中有电流产生。其中，阳极反应是钢材中的金属原子转移到电解质中并放出电子的过程，如式1。阴极反应则是得到电子的过程，根据不同介质可分为析氧腐蚀（式2）和析氢腐蚀（式3）。

（四）微生物腐蚀

水、土壤和大气环境中都存在微生物腐蚀。由于微生物腐蚀是在微生物生命活动参与情况下发生的，因此需要合适的温度、湿度、酸碱性等。需要指出的是，微生物腐蚀并非是对钢材的直接食取，而是通过生命活动的结果直接或间接参与了腐蚀过程，例如新陈代谢的产物如各种无机酸、有机酸和硫化物等，都会增强环境的腐蚀作用。

三、钢材防护措施

（一）防腐涂层

钢材表面的防腐涂层可以使腐蚀电池的回路电阻增大，或使钢材与外部隔离开来，从而减缓腐蚀速度。防腐层施工过程中，需保证与钢材的牢固黏结，并具备一定的机械强度，抵抗加热和冷却等不良环境。防腐涂层可大致分为非金属涂层和金属涂层，其中，非金属涂层包括有机涂层、转化膜和无机涂层；金属涂层按照工艺技术方法分为压制、衬里、离子注入、化学镀、喷镀和电镀等。对于金属涂层而言，由于具有导电作用，当它与钢材之间形成短路的原电池后，可以为阴极，达到阴极保护的作用。

（二）阴极保护

阴极保护，又称为电化学保护，主要指通过外加阴极来实现对钢材的保护，根据外加阴极极化方式不同，分为牺牲阳极保护法和外加电流阴极保护法。前者指采用比钢材电位低得多的金属或合金作为阳极并与之连接，从而达到防腐的目的；后者由外加的直流電源直接向钢材施加阴极电流，使其发生阴极极化，从而达到防腐的目的。需要指出的是，阴极保护方法要求腐蚀介质是能导电的，以便构成回路。此外，为了降低保护电流密度，通常将防腐涂层与阴极保护方法联合使用。

（三）腐蚀环境处理

由于钢材的腐蚀与所处环境密切相关，因此对腐蚀环境处理是减缓或消除腐蚀的重要途径。一般而言，腐蚀环境处理包括去除有害因素和引入有利物质两种方式。当然，进行腐蚀环境处理前需要对腐蚀主导因素进行考察，有针对性地采取措施。可参考的腐蚀因素主要包括温度、湿度、介质成分与浓度、介质流速等等。此外，缓冲剂的选择也可作为改善腐蚀环境的思路，并且具有见效快、操作简单等优势，目前已成为防腐技术中应用最为广泛的手段之一。

四、结论

我国钢材产量以及因腐蚀导致的损失都十分巨大，因此钢材的腐蚀机理和防腐措施研究一直以来是人们较为关注的两个话题。基于此，本文对钢材腐蚀机理、不同环境下的腐蚀原理和常见的防腐措施进行了简要介绍，以供参考。

参考文献

[1]俞蓉蓉，蔡志章.地下金属管道的腐蚀与防护[M].北京：石油工业出版社，1998.

[2]蔡元兴，刘科高，郭晓斐.常用金属材料的耐腐蚀性能[M].北京：冶金工业出版社，2012.