王亞健

前言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，鋼鐵等金屬材料的產(chǎn)量和消耗量日益增大，這些金屬材料在長(zhǎng)期使用過程中，面臨的一個(gè)主要問題就是腐蝕問題，腐蝕會(huì)造成材料損壞，影響其性能作用的有效實(shí)現(xiàn)。為確保金屬材料的使用性能，明確金屬材料腐蝕的原因，采取科學(xué)的防腐措施，實(shí)現(xiàn)金屬材料性能的優(yōu)化，延長(zhǎng)金屬材料使用壽命已成為相關(guān)領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。

1 金屬材料的腐蝕及其危害

1.1 金屬材料的腐蝕

金屬材料的腐蝕是指金屬材料與其周圍介質(zhì)接觸時(shí)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)而引起的一種破壞金屬材料自身的現(xiàn)象。自然界中，大部分金屬以其各種化合物形式存在，而金屬元素的化學(xué)活性通常高于其化合物，因此這些金屬會(huì)自發(fā)地演變成它們?cè)谧匀唤缰械谋旧泶嬖跔顟B(tài)，所以金屬腐蝕是自發(fā)的、普遍存在的一種現(xiàn)象，是不可避免的。

根據(jù)金屬材料腐蝕發(fā)生的機(jī)理，通?？蓪⒏g分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕?；瘜W(xué)腐蝕是指金屬材料與周圍介質(zhì)中存在的非電解質(zhì)發(fā)生接觸后，發(fā)生了氧化還原化學(xué)反應(yīng)，是金屬表面的原子與腐蝕介質(zhì)產(chǎn)生直接作用而形成的腐蝕現(xiàn)象，如金屬材料在有機(jī)溶液（芳香烴、原油等）中所發(fā)生的腐蝕。電化學(xué)腐蝕主要是指金屬材料與電解質(zhì)進(jìn)行接觸后，金屬表面與電解質(zhì)溶液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而形成吸氫腐蝕或析氫腐蝕的腐蝕現(xiàn)象，如碳鋼與空氣中的氧氣、二氧化碳以及水等發(fā)生吸氧或析氫作用，最后變成鐵銹。

1.2 腐蝕的危害

腐蝕會(huì)弱化金屬材料的強(qiáng)度和機(jī)械性能，縮短其使用壽命，甚至造成金屬材料無效化，造成經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)報(bào)道，我國(guó)2014年由腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失就已超過2萬億人民幣。在世界范圍內(nèi)，腐蝕引起的經(jīng)濟(jì)損失超出想象。腐蝕引起的損失還包括金屬冶煉與回收金屬時(shí)消耗的能源[1]。同時(shí)腐蝕也會(huì)引起土地資源和水資源的污染。腐蝕還會(huì)造成工業(yè)設(shè)備、橋梁建筑和船舶等設(shè)備設(shè)施的損壞，輕則造成經(jīng)濟(jì)損失，重則會(huì)危害人身安全，許多的事故就是由腐蝕直接或者間接導(dǎo)致的。因此，金屬材料的防腐蝕研究意義重大。

2 金屬材料的腐蝕防護(hù)措施

2.1 科學(xué)合理的選材

科學(xué)合理的選材是金屬材料防腐措施中的基礎(chǔ)措施。①應(yīng)對(duì)材料的應(yīng)用環(huán)境及潛在的腐蝕因素進(jìn)行調(diào)研分析，根據(jù)分析結(jié)果選擇。②建立模擬環(huán)境進(jìn)行測(cè)試實(shí)驗(yàn)或進(jìn)行數(shù)值模擬預(yù)測(cè)研究[2]，根據(jù)模擬測(cè)試結(jié)果合理選用滿足使用需求的材料。此外，應(yīng)綜合衡量材料的經(jīng)濟(jì)性和耐腐蝕性，選用不同層次的耐蝕合金，如304、316型等通用不銹鋼、奧氏體不銹鋼（20號(hào)合金）和鈦、鈦合金及鋯材等。

2.2 改善金屬材料構(gòu)成

基于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)與制造工藝技術(shù)高速發(fā)展的基礎(chǔ)上，對(duì)不同性能的金屬材料進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，或在原金屬材料的基礎(chǔ)上適當(dāng)添加其他材料或合金元素進(jìn)行整體性能的提升，從而增強(qiáng)材料的抗腐蝕性，防止或減緩腐蝕，如在普通的碳鋼中加入鎳鉻等元素制成不銹鋼可以增強(qiáng)防腐蝕能力。

2.3 控制和改善腐蝕環(huán)境

通過控制和改善腐蝕環(huán)境對(duì)減緩和防止腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生同樣具有重要意義。例如減少腐蝕介質(zhì)的濃度、除去介質(zhì)中的氧、控制環(huán)境溫度和濕度等因素都可以減緩和防止金屬的腐蝕。此外，也可向腐蝕介質(zhì)中添加能降低腐蝕速率的物質(zhì)（緩蝕劑）來減緩和防止腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生[3]。

2.4 電化學(xué)保護(hù)

電化學(xué)保護(hù)法是根據(jù)電化學(xué)原理在金屬材料上采取相應(yīng)的措施，使之成為腐蝕電池中的陰極，進(jìn)而防止或減緩材料腐蝕的發(fā)生。一種是通過外加電流，使要被保護(hù)的金屬成為陰極，而另外一極則為陽極，從而使得陰極金屬被保護(hù)免于遭受腐蝕。另一種方法則是犧牲陽極保護(hù)法，即將還原性較強(qiáng)的金屬作為保護(hù)極，與被保護(hù)金屬相連構(gòu)成原電池，還原性較強(qiáng)的金屬將作為負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)而消耗，被保護(hù)的金屬作為正極就可以避免腐蝕。電化學(xué)保護(hù)法通常用于海水、河流中的船舶、設(shè)備或土壤中管道設(shè)備的腐蝕防護(hù)工作，常用的犧牲陽極材料有鎂陽極、鋅陽極和鋁陽極等。

2.5 表面涂層防護(hù)

通過在金屬表面涂裝保護(hù)性覆蓋層，隔絕金屬與腐蝕介質(zhì)之間直接接觸，或者利用涂裝層對(duì)基本金屬的電化學(xué)保護(hù)或緩蝕作用，從而達(dá)到防止金屬腐蝕的目的。金屬的表面處理方法有很多種，保護(hù)性覆蓋層的形成主要以金屬鍍層、非金屬涂層為主，處理工藝主要有電鍍、化學(xué)鍍、機(jī)械鍍、表面涂覆等工藝方法。其中電鍍技術(shù)具有工藝簡(jiǎn)單，工藝參數(shù)易于控制，成本低等優(yōu)點(diǎn)，在金屬防腐中被廣泛應(yīng)用[4]。

3 結(jié)束語

綜上所述，金屬材料具有重要的應(yīng)用價(jià)值，金屬材料的腐蝕防護(hù)工作也是科技工作者研究的重要課題。目前，隨著對(duì)金屬材料腐蝕工作的深入研究，金屬材料防腐技術(shù)與工藝已取得了一定的成效，但部分具備強(qiáng)抗腐蝕能力的新材料由于成本原因在推廣使用過程中受到限制，一些防腐工藝方法也面臨危害環(huán)境、工藝成本高、操作條件復(fù)雜等問題。因此，進(jìn)一步開展金屬材料的腐蝕防護(hù)措施研究具仍有重要研究?jī)r(jià)值與現(xiàn)實(shí)意義。

[1]王彩云.金屬腐蝕的危害及防護(hù)[J].機(jī)械管理開發(fā)，2012（5）：111～112.

[2]吳海鵬，王正曦，梁釗源，等.數(shù)值模擬在金屬腐蝕與防護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用研究現(xiàn)狀[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)），2018（3）：142～148.

[3]白煜磊，王瀟，張志向.電化學(xué)法研究金屬防腐的新進(jìn)展[J].天津化工，2018（1）：3～5.

[4]喻濟(jì)兵.電鍍鋅技術(shù)在工業(yè)中的發(fā)展和應(yīng)用[J].船電技術(shù)，2018（2）：35，49.