金屬對(duì)人類的重要性是眾所周知的。可以說(shuō),沒(méi)有金屬,就沒(méi)有現(xiàn)代人類文明。金屬與其周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)后,會(huì)形成金屬化合物,使金屬失去原有的光澤、強(qiáng)度和韌性,金屬會(huì)受到損傷,這就是金屬腐蝕。
金屬腐蝕問(wèn)題在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)各部門普遍存在。在大多數(shù)情況下,腐蝕是破壞性的,其造成的損失是非常嚴(yán)重的。據(jù)國(guó)外統(tǒng)計(jì),每年有超過(guò)100噸的金屬設(shè)備和材料因腐蝕而報(bào)廢。在許多國(guó)家對(duì)國(guó)內(nèi)腐蝕的調(diào)查中,發(fā)現(xiàn)腐敗造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的3% ~ 4%,這是非常驚人的。因此,各國(guó)腐蝕工作者十分重視對(duì)腐蝕的研究,積極采取各種防護(hù)措施,盡量減少腐蝕造成的損失。
金屬腐蝕按其位置可分為整體金屬腐蝕和局部金屬腐蝕。金屬腐蝕還可以根據(jù)腐蝕環(huán)境進(jìn)行分類,即可分為化學(xué)介質(zhì)腐蝕、大氣介質(zhì)腐蝕、海水介質(zhì)腐蝕和土壤腐蝕。根據(jù)腐蝕過(guò)程的特點(diǎn),還可以分為三類:化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕和物理腐蝕。雖然上述腐蝕分類方法不夠嚴(yán)格,但這些分類方法可以幫助我們從腐蝕介質(zhì)或腐蝕過(guò)程的特點(diǎn)來(lái)了解腐蝕規(guī)律。
金屬的化學(xué)腐蝕反應(yīng)可分為兩個(gè)步驟。第一步是氧化步驟,第二步是脫電子步驟。氧化過(guò)程釋放自由電子,而脫電子過(guò)程是除去自由電子的過(guò)程。
陽(yáng)離子可以進(jìn)入溶液或與其他陰離子結(jié)合形成化合物。氧化過(guò)程必須與脫電子過(guò)程同時(shí)配合才能完成整個(gè)反應(yīng)。
因此,只有通過(guò)電子去除步驟去除氧化步驟產(chǎn)生的自由電子,金屬原子才能不斷被腐蝕。實(shí)際的腐蝕過(guò)程是一個(gè)非常緩慢而相對(duì)均勻地在表面上失去金屬原子的過(guò)程。在某些條件下,如果在一個(gè)區(qū)域形成陽(yáng)極或陰極區(qū)域,可能會(huì)出現(xiàn)局部腐蝕不均勻,并形成可見的腐蝕坑。
鋼鐵不會(huì)很快被腐蝕,因?yàn)樗谋砻嬖谒袝?huì)形成一層氧化保護(hù)層。由于鐵容易被氧化形成氧化鐵,所以不溶于水,容易沉積在金屬表面,從而阻礙了進(jìn)一步的腐蝕。這種現(xiàn)象稱為腐蝕鈍化。鋯、鉻、鋁、不銹鋼等金屬在常溫的水或空氣中會(huì)形成很薄的保護(hù)層,有時(shí)甚至薄得肉眼無(wú)法分辨。由于這種薄保護(hù)層,這些金屬在水或空氣中具有良好的耐腐蝕性。
金屬材料是現(xiàn)代社會(huì)廣泛使用的工程材料,對(duì)人類文明和發(fā)展起著非常重要的作用。金屬材料不僅用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究,在日常生活中也隨處可見。然而,金屬材料容易與周圍介質(zhì)發(fā)生反應(yīng),導(dǎo)致金屬腐蝕。金屬一旦腐蝕,其性能將大大降低。如果設(shè)備上的金屬部件被腐蝕,設(shè)備將無(wú)法工作,給人員帶來(lái)經(jīng)濟(jì)等損失。因此,防止金屬腐蝕是非常重要的。
防止金屬腐蝕的方法有很多,包括以下幾種:
首先,在制造金屬零件的過(guò)程中,加入不易與周圍介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的耐腐蝕材料。例如鉻、鎳、鈦在空氣中不易氧化,能產(chǎn)生致密的印刷PU膜,抗酸、堿、鹽的腐蝕。加入鐵或銅可以使金屬制品具有優(yōu)良的耐腐蝕性能。可用于金屬粉末冶金。通過(guò)加入不同性能的金屬粉末,靈活混合各種金屬元素,可以得到耐腐蝕性能優(yōu)異的金屬零件。鐵碳合金等金屬材料也可進(jìn)行防腐處理。
第二,采用涂布法防止腐蝕。涂布工藝包括三大類:涂布與噴涂、涂布與化學(xué)轉(zhuǎn)化膜。在金屬表面形成保護(hù)層,將金屬與腐蝕介質(zhì)的接觸分開,以減少腐蝕。