如何防止金属腐蚀？金属腐蚀的防护

09-27

除金、铂等少数贵金属之外，绝大多数金属在空气和水中都会受到腐蚀。防止金属腐蚀的一个简单原理，就是把金属和腐蚀性的环境相隔离。

①改变金属的内部结构。例如，把铬、镍加入普通钢中制成不锈钢。
②在金属表面覆盖保护层。例如，在金属表面涂漆、电镀或用化学方法形成致密耐蚀的氧化膜等3非金属保护层。将耐蚀的非金属物质，如油漆、喷漆、搪瓷、陶瓷、玻璃、沥青、高分子材料等，涂在要保护的金属表面上，使金属与腐蚀介质隔离。
④电化学保护法。因为金属单质不能得电子，只要把被保护的金属作为电化学装置发生还原反应的一极——阴极，就能使引起金属电化腐蚀的原电池反应消除。

⑤加化学膜层。用化学方法在金属表面盖上一层致密而稳定的化学膜层，常用的有磷化、钝化、氧化等。

金属腐蚀的防护方法简单归纳如下：
（1）非金属保护层。

将耐腐蚀的非金属物质，如油漆、喷漆、搪瓷、陶瓷、玻璃、沥青、高分子材料（如塑料、橡胶、聚酯）等，涂在要保护的金属表面上，使金属与腐蚀介质隔离。

（2）金属保护层。

用耐腐蚀性较强的金属或合金，覆盖被保护的金属表面，覆盖的方法有电镀、热喷镀、真空镀等。按防腐蚀的电化学性质来说，保护层可分为阳极保护层和阴极保护层。阳极保护层金属的标准电极电位比基体金属低，例如镀锌铁板，锌为阳极，铁为阴极。阴极保护层金属的标准电极电位比基体金属为高，例如镀锡铁板，锡为阴极，铁为阳极。就保护层将金属和环境隔离的作用而言，两种保护层无原则区别。但当保护层受到损坏变得不完整时，情况就不同了。如前所述，阴极保护层将使基体金属成为阳极，造成孔蚀。阳极保护层，如镀锌铁板，此时锌为阳极，基体金属铁是阴极，受到腐蚀的是镀层锌，而非铁。直到镀层受到相当大的破坏，不能对基体金属起到保护作用时，基体金属才开始腐蚀。

（3）电化学保护。
①牺牲阳极保护：将标准电极电位较低的金属和需要保护的金属连接起来，构成电池。这时，需要保护的金属因电极电位较高成为阴极，不受腐蚀，得到保护。另一个电极电位较低的金属是阳极，被腐蚀。例如，海上航行的船舶，在船底四周镶嵌锌块。这时，船体是阴极，受到保护，锌块是阳极，代替船体被腐蚀。这种保护法是保护了阴极，牺牲了阳极，故称牺牲阳极保护法。

②阴极保护：这是利用外加电源来保护金属。

把需要保护的金属接在负极上，成为阴极而免除腐蚀。另外取一些铁块接到正极上，使之成为阳极，让其腐蚀，实际上也是牺牲阳极。和上面的方法所不同的是，这里由外电源提供电流，而不是由电池本身提供电流。化工厂的一些酸性溶液贮槽或管道，以及地下水管、输油管等，常用这种方法防腐。

③阳极保护：这也是利用外加直流电源来保护金属。

但把需要保护的金属接在正极上，成为阳极。按理这应该加速金属腐蚀。但对一些能形成保护性氧化膜的金属，并非一定加速金属腐蚀。相反，在适当正的电位范围内，由于阳极上氧化作用加剧，在金属表面上形成一个完整的氧化膜层，使金属得到保护，腐蚀电流明显下降。这种现象叫做金属的电化学钝化。阳极保护就是将能够钝化的金属，在外加阳极电流的作用下，使其钝化而得到保护。

（4）加缓蚀剂保护。
缓蚀剂是一种化学物质，将它少量地加入到腐蚀介质中，就可显著地减小金属腐蚀的速率。由于缓蚀剂用量少，简便而且经济，故是一种常用的防腐手段。缓蚀剂通常分为三类。

①钝化剂：一般是无机类的强氧化剂。

例如，铬酸盐、硝酸盐、钼酸盐等。它们的作用就是使腐蚀介质具有更强的氧化性，使金属表面保持完整的氧化膜。其作用和电化学的阳极保护异曲同工。

②有机缓蚀剂：其中包括酸洗缓蚀剂和抗蚀油脂。

钢铁的酸洗是许多加工过程的必不可少的预处理工序，目的是除去钢铁表面的氧化物，但这个过程必然也会使金属本身受到腐蚀。为了减少金属的腐蚀，在酸洗时必须加入缓蚀剂。这种缓蚀剂通常有：邻位和对位的甲苯硫脲、丙硫醚、二戊基胺、甲醛、对位硫甲酚等。其作用机理是：缓蚀剂被普遍地吸附于钢铁的表面，使得钢铁酸洗时引起腐蚀的电极反应受到阻化。有的缓蚀剂可以提高氢的超电压，使氢离子还原的阴极反应受阻；有的缓蚀剂可使铁氧化为二价铁离子的反应受阻，使阳极极化。但一般认为，缓蚀剂可以同时减慢阴极和阳极的反应，使钢铁的腐蚀速率明显降低。

抗蚀油脂用于金属材料和制件在运输和贮藏期间的暂时防腐，它主要由油、脂或蜡等加入少量有机添加剂组成。这种有机添加剂一般是极性化合物，可吸附于金属表面。其作用机理相似于酸洗缓蚀剂，所不同的是，要求抗蚀油脂中的添加剂在近中性的条件下发生作用，而酸洗缓蚀剂要求在酸性条件下发生作用。作为抗蚀油脂中的添加剂的有机物质通常为：有机胺类、环烷酸锌、各种石油产品氧化的产物、磺化油的碱金属和碱土金属的盐等。

③气相缓蚀剂：气相缓蚀剂是一种能挥发，但蒸气压较低且其蒸气具有防腐作用的物质。

它主要用于重要机器零件（如轴承等）在贮藏和运输过程中的防腐。其防腐机理并不十分清楚，主要还是和气相缓蚀剂在金属表面的吸附有关。最有效也是使用最广的一种气相缓蚀剂是亚硝酸二环己烷基胺，这是一种无毒无气味的白色结晶，挥发较慢，在较好的封闭包装空间中，室温下对钢铁制件可以有一年的有效防腐期。它的缺点是，会加速一些有色金属如锌、锰、镉等的腐蚀，所以在使用时应特别注意制件中有无有色金属。

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