金属的腐蚀问题与有效防护思考

郭淮政

(东北育才双语学校,辽宁沈阳 110164)

一般来说,金属腐蚀可按照机理情况划分为两类,分别是化学腐蚀与电化学腐蚀。化学腐蚀主要指金与物质进行直接接触,并发生了氧化还原反应,这是一个氧化损耗的过程。电化学腐蚀,是铁与氧形成两个电极,组合成了腐蚀性原电池而产生的。与氧相比,铁的电极电位要低,因此铁成为阳极。不论是化学腐蚀还是电化学腐蚀,金属原子处于氧化状态下,转化成为金属阳离子,这个过程才是金属腐蚀的实质。金属材料腐蚀是具有很强破坏性的,对于生产生活来说,都对造成不可估量的损失,所以,应掌握金属材料腐蚀的发生过程,并且积极寻求有效的防护措施。

1 金属腐蚀的主要危害

金属腐蚀带来的危害是巨大的,这主要表现在经济发展、资源与环境、社会安全等层面。从经济角度看,金属腐蚀可以直接损害金属材料构成的机器,据估计全球每年因腐蚀报废的钢铁设备占年产量30%,而且造成的机械故障降低了生产效率,造成了经济效益无法实现。我国每年腐蚀损失占GDP的5%,每年约5000亿元的经济损失;从资源与环境角度看,金属腐蚀使得资源利用效率降低,浪费了宝贵的金属资源,据相关数据显示,全球每年约1亿吨的腐蚀报废金属,占年产量20%～40%。金属容器的锈蚀,更是触目惊心,带来了工业气(液)体的泄漏,带来了严重的环境污染,这突出表现在水污染和土壤污染方面。从社会公共安全角度看,重大的社会安全事故,其中很多原因都与金属腐蚀有关,其中石油化工行业发生的爆炸事故,有七成是因为相应设备受到腐蚀、影响了安全系数、没有及时更换导致的。在产生领域,因为器械受到金属腐蚀,导致了很多施工方面的事故,而且人们在日常生活中也会因为金属物件的腐蚀而面临安全威胁。所以说,金属腐蚀危害造成的损失是触目惊心的,金属腐蚀,是社会发展面临的瓶颈问题。

2 金属腐蚀的发生机理分析

了解金属材料腐蚀的基本发生过程,把握其发生腐蚀现象的本质原理,对于我们在生产生活中防护金属腐蚀具有重要的作用。氧化态是大部分金属的稳定状态,可是从矿石之中,提炼出来成为金属态之后,在热力学上,氧化态转变是自发过程,金属材料会在环境的影响下,产生相应的化学或电化学反应。金属处于电解质溶液之中,产生的电化学腐蚀,可以视为氧化还原反应。环境是腐蚀产生的外部因素,这些环境因素主要有：一是介质,导致腐蚀发生的有氢离子、氯离子等,由于这些物质的浓度不同,那么腐蚀的速度和程度也会不同;二是温度,在一般情况下,环境的温度回影响腐蚀的速度加快还是减慢;三是流速,流速较大的情况下,产生的冲刷腐蚀较为严重,无论快慢,流速都会增加腐蚀速度;四是应力,在一定的介质之中,许多金属材料当应力超过某一数值时,应力腐蚀破坏就会出现。

3 金属材料腐蚀的防护办法思考

在掌握了金属材料腐蚀发生的机理情况之后,那么就要思考如何防护金属腐蚀问题了,只有有效的防护金属腐蚀,才能更好的避免因为金属腐蚀带来的经济损失,资源与环境破坏、社会安全隐患等问题,那么才能更好的建设我们的国家。

3.1 改善金属本质与优化金属结构

当今社会,随着化学工业发展,材料领域的创新,使得金属产品的设计与制造过程中,诞生了耐蚀合金,由于工艺的日渐成熟,越来越多种类的合金被产生出来,并且广泛应用于产生与生活之中,因为金属中添加了合金元素,使得耐腐蚀的强度更大,使用寿命更长,这可以大幅度的降低因为金属腐蚀带来的各种损失。如不锈钢价廉,是一种普遍的耐腐蚀合金,钛的耐蚀性超强,在不锈钢中加入钛,能够有效防止晶间腐蚀的发生。化工厂的输液管道、反应罐,可以使用钛钢复合材料替换不锈钢,那么可延长使用寿命。在科技领域,科学家研制成功了“金属玻璃”,这是一种貌似玻璃的透明金属,具有强大的抵抗外界酸碱侵蚀性能,随着科技的发展,新的耐腐蚀材料会层出不穷。所以说,要想防护金属材料腐蚀,那么改善金属本质与优化金属结构,促使其更加耐腐蚀,这是科技的力量,同时也是金属腐蚀防护的有效解决办法。

3.2 表面覆盖抗金属腐蚀涂装层

直接阻断金属表面与介质之间的接触,这是抗腐蚀的重要方法,如将油漆、搪瓷、玻璃、橡胶等耐腐蚀物质直接涂在被保护金属表面,那么就断绝了化学反应,达成防腐的效果。这些方式中,最常见的是油漆,油漆涂层由中间漆与面漆构成,采取的方式是机械屏蔽,促使金属与腐蚀介质隔离开来,来减缓或者阻止金属受到腐蚀,非金属油漆涂层,会因为时间延长、环境的变化,导致有机物老化,那么防腐性能就会降低,需要进行定期防腐涂装,如我国的第一艘航母辽宁舰,就需要定期进行金属防腐涂装,以此来防止腐蚀发生,才能确保辽宁舰能够发挥更好的性能,使用的寿命更长一些。

3.3 电化学金属腐蚀保护法

电化学金属腐蚀保护法,主要是借助原电池电化反应原理,促使化学反应在金属表层形成,并生成高密度保护膜,致使金属与介质之间接触阻断,进而防止金属内部腐蚀的保护办法。电化学保护主要有两种,一种是阴极保护法,另一种是阳极保护法。在易受腐蚀的金属器械上外加阳极,保护金属成为阴极。最实用、也最经济的是外加电流法,即将直流电源负极与被保护金属直接相连,同时引用另一个辅助阳极,使外电源的电流进入局部电池的阳(阴)两个极区,当电流回到直流电源时,所有金属表面都处于同一电势,腐蚀电池的局部电流消失,那么也就实现了金属保护的效果。阳极保护法,也就是金属钝化法,运用阳极极化方法,使得电流维持钝态,从而使得金属腐蚀速度显著降低。如在浓硝酸中,铁铝的溶解速度很慢,那么铁就维持于钝态,相应减缓了腐蚀速度。所以,在氧化剂的处理下,金属中的很多种都能够实现钝态转化,从而使得被保护金属的腐蚀速度大幅降低。

3.4 有效使用金属缓蚀剂

对于金属腐蚀防护来说,缓蚀剂的使用是十分常见的方式,顾名思义,缓蚀剂也就是为了减缓金属受到腐蚀的速度,在被保护易腐蚀性介质中加入少量物质,从而达到减缓金属腐蚀速度的目的。缓蚀剂保护的优点是用量很小、成本低廉,操作起来更加便捷,防腐作用显著,所以深受人们的欢迎。一般来说,缓蚀剂有很多种类,大体包括无机盐类与有机物类。无机盐类的缓蚀剂(如硅酸盐、亚硝酸盐、正磷酸盐、铬酸盐等),其缓蚀原理是通过加入少量无机缓蚀剂在被保护金属表面,从而形成保护层进行保护。有机类缓蚀剂(一般是含N、S、O和三键的化合物如胺类、硫脲类、甲醛、丙炔醇等),其原理是利用相应物质使处于酸性介质中金属腐蚀速度减缓,从而达到金属防腐的目的。

4 结语

总之,金属腐蚀问题,是化学问题,更是国家发展面临的大问题,在民族伟大复兴之路上,是实现中国梦的过程中,离不开各行各业经济建设,而这又离不开金属的使用,金属腐蚀的有效防护,可以降低资源损耗、经济损失与生产生活安全隐患的发生,因此值得进行深入的探讨,无论是化学类型还是电化学类型的金属材料腐蚀,都应该深入的思考防护办法,从而让金属发挥更大的价值,让社会更加美好、经济更加繁荣、祖国更加强大。

[1] 许淳淳.化学工业中的腐蚀与防护[M].北京：化学工业出版社,2001.

[2] 王彩云.金属腐蚀的危害及防护[J].机械管理开发,2012,(5)：111-112.

[3] 朱润芝,朱磊,吕文明.金属材料腐蚀及质量控制[J].科技致富向导,2012,(23)：410.