金属的防腐

腐蚀的危害是非常巨大的。据资料报道，全世界每年生产的钢铁约有10％因腐蚀而变为铁锈，大约30％的钢铁设备因此而损坏。这不仅浪费材料，还往往带来停产、人身安全和环境污染等事故。世界上几个主要工业发达国家的一些统计数字表明： 这些国家由于金属的腐蚀造成的直接经济损失约占国民生产总值的2％～4％， 可见数字是惊人的， 损失是巨大的。

1. 金属腐蚀定义及分类

金属腐蚀是指金属与环境组分发生化学反应而引起的表面破坏称为金属腐蚀。 金属腐蚀发生的根本原因是其热力学上的不稳定性， 即金属本身较其某些化合物 （如氧化物、 氢氧化物、 盐等） 原子处于自由能较高的状态， 这种倾向在条件 （动力学因素） 具备时， 就会发生金属单质向化合物的转化， 即发生腐蚀。

金属和金属化合物的腐蚀主要是由化学或电化学作用引起的破坏， 有时还同时包含机械、 物理或生物作用。 单纯物理作用的破坏 （如合金在液态金属中的物理溶解） 仅是少数的例子。 单纯的机械破坏不属于腐蚀的范畴。

腐蚀的分类方法很多， 有的按腐蚀环境分， 有的按腐蚀形态分， 也有的按腐蚀的现象或原因分。

（1） 按环境分类

湿蚀是指如水溶液腐蚀、 大气腐蚀、 土壤腐蚀、 化学药品腐蚀等。

干蚀是指如高温氧化、 硫腐蚀、 氢腐蚀、 液态金属腐蚀、 羧基腐蚀等。

微生物腐蚀是指如细菌腐蚀、 真菌腐蚀、 硫化菌腐蚀、 藻类腐蚀等。

（2） 按形态分类

全面腐蚀 （均匀腐蚀）， 此时腐蚀分布在整个金属表面上 （包括较均匀的和不均匀的）。在全面腐蚀过程中， 进行金属阳极溶解反应和物质还原反应的区域都很小 （甚至是超显微的）， 阴阳极区域的位置不固定， 在腐蚀过程中随机变化， 结果使腐蚀分布非常均匀， 危害也相对小些。

局部腐蚀 （非均匀腐蚀）， 腐蚀局限在金属的某一部位。 在局部腐蚀过程中， 阴极区域和阳极区域是分开的， 通常阴极区面积相对较大， 阳极区面积很小， 结果使腐蚀高度集中在局部位置上， 腐蚀强度大， 其危害性比均匀腐蚀大得多 （如在化工设备的腐蚀损害中， 70％是局部腐蚀造成的）。 局部腐蚀包括以下几类。

1） 点蚀。

在点或孔穴类的小面积上的腐蚀叫点蚀。 这是一种高度局部的腐蚀形态， 孔有大有小，一般孔表面直径等于或小于它的深度， 小而深的孔可能使金属板穿孔； 孔蚀通常发生在表面有钝化膜或有保护膜的金属 （如不锈钢、 钛等） 上。

2） 缝隙腐蚀。

金属表面由于存在异物或结构上的原因而形成缝隙 （如焊缝、 铆缝、 垫片或沉积物下面等）， 缝隙的存在使得缝隙内的溶液中与腐蚀有关的物质迁移困难， 由此而引起的缝隙内金属的腐蚀， 称为缝隙腐蚀。

3） 晶间腐蚀。

沿着合金晶界区发展的腐蚀叫晶间腐蚀。 腐蚀由表面沿晶界深入内部， 外表看不出迹象，但用金相显微镜观察可看出晶界呈现网状腐蚀。 这种腐蚀可使金属在表面上看不出有任何变化的情况下丧失强度， 造成构件或设备的严重破坏。 晶间腐蚀易发生在不锈钢、 镍合金上。

4） 丝状腐蚀。

涂有透明清漆或油漆膜的金属暴露在潮湿的大气中时， 金属表面由于漆膜能渗透水分和空气而发生腐蚀。 腐蚀产物呈丝状纤维网样， 这种腐蚀称丝状腐蚀。 其产生原因是潮湿大气的作用， 其机理为氧的浓差电池作用。

5） 应力腐蚀开裂。

金属和合金在腐蚀与拉应力的同时作用下产生的破裂， 称为应力腐蚀开裂。 这是一种最危险的腐蚀形态， 但它在一定条件下才能发生： 一是有一定的拉应力； 二是有能引起该金属发生应力腐蚀的介质； 三是金属本身对应力腐蚀敏感。 如 “奥氏体不锈钢—氯离子” “碳钢—硝酸根离子” 等。 应力腐蚀的裂缝形态有： 沿晶界发展的晶间破裂和穿越晶粒的穿晶破裂， 也有二者的混合型。 一般认为纯金属不会发生应力腐蚀， 含有杂质的金属或合金才会发生应力腐蚀。

6） 电偶腐蚀。

当两种金属浸在腐蚀性溶液中， 由于两种金属之间存在电位差， 如相互接触， 就构成腐蚀电偶。 较活泼的金属成为阳极溶解， 不活泼金属 （耐腐蚀性较高的金属） 则为阴极， 腐蚀很小或完全不腐蚀。 这种腐蚀称为电偶腐蚀， 或接触腐蚀， 亦称为双金属腐蚀。

7） 氢脆。

金属由于吸收了原子氢而使其性质变脆的现象叫氢脆。 如钢中的Bi、 Pb、 S、 As都能促进氢脆。

8） 腐蚀疲劳。

高变应力和腐蚀介质的同时作用下， 金属的疲劳强度和疲劳寿命较无腐蚀作用时有所降低， 这种现象叫腐蚀疲劳。 任何金属在任何介质中都有可能发生腐蚀疲劳， 不要求特定的材料与介质组合。

9） 冲刷腐蚀 （磨损腐蚀）。

当溶液流动时， 溶液中含有的能起研磨作用的固体颗粒破坏了金属表面的保护膜， 使保护膜被除掉的地方发生腐蚀。 其破坏形貌可以是局部的， 也可以是均匀的。

10） 湍流腐蚀 （冲击腐蚀）。

流速较快的溶液由于金属器件或管道的几何形状突然变化而冲击金属表面产生湍流， 使金属发生破坏。

11） 气蚀 （气泡腐蚀）。

当金属与液体的相对运动速度增大时， 金属表面的某些局部液体压力下降到常温液体蒸气压以下时， 发生 “沸腾” 而产生气泡， 当气泡破裂时产生的冲击力使材料呈蜂窝状损伤，这种破坏叫气蚀。 这气泡破裂时产生的冲击波压力可高达4000大气压， 可使金属保护膜破坏， 并能引起塑性变形， 甚至可将金属粒子撕裂。

2. 金属的防腐

金属的防腐蚀过程目前分为三大类： 金属的阳极保护， 金属的阴极保护以及金属表面的非金属涂装保护。 金属的阳极保护是指在某种金属表面镀覆一种电极电位较低的金属材料，在腐蚀环境中电位较低的金属材料首先被腐蚀而起到一种保护作用 （如钢铁表面镀覆金属锌）； 金属的阴极保护是指在金属表面镀覆一种电位较高的耐腐蚀金属材料， 在腐蚀环境中将低电位金属完全包覆， 把低电位金属与腐蚀性物质隔绝开来 （如钢铁表面镀铜）。