除金、鉑等少數貴金屬之外,絕大多數金屬在空氣和水中都會受到腐蝕。防止金屬腐蝕的一個簡單原理,就是把金屬和腐蝕性的環境相隔離。防腐方法簡單歸納如下:
(1)非金屬保護層。將耐腐蝕的非金屬物質,如油漆、噴漆、搪瓷、陶瓷、玻璃、瀝青、高分子材料(如塑料、橡膠、聚酯)等,塗在要保護的金屬表面上,使金屬與腐蝕介質隔離。
(2)金屬保護層。用耐腐蝕性較強的金屬或合金,覆蓋被保護的金屬表面,覆蓋的方法有電鍍、熱噴鍍、真空鍍等。按防腐蝕的電化學性質來說,保護層可分為陽極保護層和陰極保護層。陽極保護層金屬的標准電極電位比基體金屬低,例如鍍鋅鐵板,鋅為陽極,鐵為陰極。陰極保護層金屬的標准電極電位比基體金屬為高,例如鍍錫鐵板,錫為陰極,鐵為陽極。就保護層將金屬和環境隔離的作用而言,兩種保護層無原則區別。但當保護層受到損壞變得不完整時,情況就不同了。如前所述,陰極保護層將使基體金屬成為陽極,造成孔蝕。陽極保護層,如鍍鋅鐵板,此時鋅為陽極,基體金屬鐵是陰極,受到腐蝕的是鍍層鋅,而非鐵。直到鍍層受到相當大的破壞,不能對基體金屬起到保護作用時,基體金屬才開始腐蝕。
(3)電化學保護。
①犧牲陽極保護:將標准電極電位較低的金屬和需要保護的金屬連接起來,構成電池。這時,需要保護的金屬因電極電位較高成為陰極,不受腐蝕,得到保護。另一個電極電位較低的金屬是陽極,被腐蝕。這種保護法是保護了陰極,犧牲了陽極,故稱犧牲陽極保護法。
②陰極保護:這是利用外加電源來保護金屬。把需要保護的金屬接在負極上,成為陰極而免除腐蝕。另外取一些鐵塊接到正極上,使之成為陽極,讓其腐蝕,實際上也是犧牲陽極。和上面的方法所不同的是,這里由外電源提供電流,而不是由電池本身提供電流。
③陽極保護:這也是利用外加直流電源來保護金屬。但把需要保護的金屬接在正極上,成為陽極。按理這應該加速金屬腐蝕。但對一些能形成保護性氧化膜的金屬,並非一定加速金屬腐蝕。相反,在適當正的電位范圍內,由於陽極上氧化作用加劇,在金屬表面上形成一個完整的氧化膜層,使金屬得到保護,腐蝕電流明顯下降。這種現象叫做金屬的電化學鈍化。陽極保護就是將能夠鈍化的金屬,在外加陽極電流的作用下,使其鈍化而得到保護。
(4)加緩蝕劑保護。
緩蝕劑是一種化學物質,將它少量地加入到腐蝕介質中,就可顯著地減小金屬腐蝕的速率。由於緩蝕劑用量少,簡便而且經濟,故是一種常用的防腐手段。
2. 防止金屬腐蝕的方法主要有哪些,各根據什麼原理
除金、鉑等少數貴金屬之外,絕大多數金屬在空氣和水中都會受到腐蝕。防止金屬腐蝕的一個簡單原理,就是把金屬和腐蝕性的環境相隔離。防腐方法簡單歸納如下:
(1)非金屬保護層。將耐腐蝕的非金屬物質,如油漆、噴漆、搪瓷、陶瓷、玻璃、瀝青、高分子材料(如塑料、橡膠、聚酯)等,塗在要保護的金屬表面上,使金屬與腐蝕介質隔離。
(2)金屬保護層。用耐腐蝕性較強的金屬或合金,覆蓋被保護的金屬表面,覆蓋的方法有電鍍、熱噴鍍、真空鍍等。按防腐蝕的電化學性質來說,保護層可分為陽極保護層和陰極保護層。陽極保護層金屬的標准電極電位比基體金屬低,例如鍍鋅鐵板,鋅為陽極,鐵為陰極。陰極保護層金屬的標准電極電位比基體金屬為高,例如鍍錫鐵板,錫為陰極,鐵為陽極。就保護層將金屬和環境隔離的作用而言,兩種保護層無原則區別。但當保護層受到損壞變得不完整時,情況就不同了。如前所述,陰極保護層將使基體金屬成為陽極,造成孔蝕。陽極保護層,如鍍鋅鐵板,此時鋅為陽極,基體金屬鐵是陰極,受到腐蝕的是鍍層鋅,而非鐵。直到鍍層受到相當大的破壞,不能對基體金屬起到保護作用時,基體金屬才開始腐蝕。
(3)電化學保護。
①犧牲陽極保護:將標准電極電位較低的金屬和需要保護的金屬連接起來,構成電池。這時,需要保護的金屬因電極電位較高成為陰極,不受腐蝕,得到保護。另一個電極電位較低的金屬是陽極,被腐蝕。例如,海上航行的船舶,在船底四周鑲嵌鋅塊。這時,船體是陰極,受到保護,鋅塊是陽極,代替船體被腐蝕。這種保護法是保護了陰極,犧牲了陽極,故稱犧牲陽極保護法。
②陰極保護:這是利用外加電源來保護金屬。把需要保護的金屬接在負極上,成為陰極而免除腐蝕。另外取一些鐵塊接到正極上,使之成為陽極,讓其腐蝕,實際上也是犧牲陽極。和上面的方法所不同的是,這里由外電源提供電流,而不是由電池本身提供電流。化工廠的一些酸性溶液貯槽或管道,以及地下水管、輸油管等,常用這種方法防腐。
③陽極保護:這也是利用外加直流電源來保護金屬。但把需要保護的金屬接在正極上,成為陽極。按理這應該加速金屬腐蝕。但對一些能形成保護性氧化膜的金屬,並非一定加速金屬腐蝕。相反,在適當正的電位范圍內,由於陽極上氧化作用加劇,在金屬表面上形成一個完整的氧化膜層,使金屬得到保護,腐蝕電流明顯下降。這種現象叫做金屬的電化學鈍化。陽極保護就是將能夠鈍化的金屬,在外加陽極電流的作用下,使其鈍化而得到保護。
(4)加緩蝕劑保護。
緩蝕劑是一種化學物質,將它少量地加入到腐蝕介質中,就可顯著地減小金屬腐蝕的速率。由於緩蝕劑用量少,簡便而且經濟,故是一種常用的防腐手段。緩蝕劑通常分為三類。
①鈍化劑:一般是無機類的強氧化劑。例如,鉻酸鹽、硝酸鹽、鉬酸鹽等。它們的作用就是使腐蝕介質具有更強的氧化性,使金屬表面保持完整的氧化膜。其作用和電化學的陽極保護異曲同工。
②有機緩蝕劑:其中包括酸洗緩蝕劑和抗蝕油脂。鋼鐵的酸洗是許多加工過程的必不可少的預處理工序,目的是除去鋼鐵表面的氧化物,但這個過程必然也會使金屬本身受到腐蝕。為了減少金屬的腐蝕,在酸洗時必須加入緩蝕劑。這種緩蝕劑通常有:鄰位和對位的甲苯硫脲、丙硫醚、二戊基胺、甲醛、對位硫甲酚等。其作用機理是:緩蝕劑被普遍地吸附於鋼鐵的表面,使得鋼鐵酸洗時引起腐蝕的電極反應受到阻化。有的緩蝕劑可以提高氫的超電壓,使氫離子還原的陰極反應受阻;有的緩蝕劑可使鐵氧化為二價鐵離子的反應受阻,使陽極極化。但一般認為,緩蝕劑可以同時減慢陰極和陽極的反應,使鋼鐵的腐蝕速率明顯降低。
抗蝕油脂用於金屬材料和製件在運輸和貯藏期間的暫時防腐,它主要由油、脂或蠟等加入少量有機添加劑組成。這種有機添加劑一般是極性化合物,可吸附於金屬表面。其作用機理相似於酸洗緩蝕劑,所不同的是,要求抗蝕油脂中的添加劑在近中性的條件下發生作用,而酸洗緩蝕劑要求在酸性條件下發生作用。作為抗蝕油脂中的添加劑的有機物質通常為:有機胺類、環烷酸鋅、各種石油產品氧化的產物、磺化油的鹼金屬和鹼土金屬的鹽等。
③氣相緩蝕劑:氣相緩蝕劑是一種能揮發,但蒸氣壓較低且其蒸氣具有防腐作用的物質。它主要用於重要機器零件(如軸承等)在貯藏和運輸過程中的防腐。其防腐機理並不十分清楚,主要還是和氣相緩蝕劑在金屬表面的吸附有關。最有效也是使用最廣的一種氣相緩蝕劑是亞硝酸二環己烷基胺,這是一種無毒無氣味的白色結晶,揮發較慢,在較好的封閉包裝空間中,室溫下對鋼鐵製件可以有一年的有效防腐期。它的缺點是,會加速一些有色金屬如鋅、錳、鎘等的腐蝕,所以在使用時應特別注意製件中有無有色金屬。
3. 身邊各種金屬腐蝕的例子,告訴我防止腐蝕的方法
①改變金屬的內部結構。例如,把鉻、鎳加入普通鋼中製成不銹鋼。
②在金屬表面覆蓋保護層。例如,在金屬表面塗漆、電鍍或用化學方法形成緻密耐腐蝕的氧化膜等。
③電化學保護法。因為金屬單質不能得電子,只要把被保護的金屬做電化學裝置發生還原反應的一極——陰極,就能使引起金屬電化腐蝕的原電池反應消除。具體方法有:a.外加電流的陰極保護法。利用電解裝置,使被保護的金屬與電源負極相連,另外用惰性電極做陽極,只要外加電壓足夠強,就可使被保護的金屬不被腐蝕。b.犧牲陽極的陰極保護法。利用原電池裝置,使被保護的金屬與另一種更易失電子的金屬組成新的原電池。發生原電池反應時,原金屬做正極(即陰極),被保護,被腐蝕的是外加活潑金屬——負極(即陽極)。此外,還有加緩蝕劑等方法,減緩或防止金屬被腐蝕。
4. 怎樣防止金屬腐蝕
防止腐蝕就是通過採取各種方法,保護容易銹蝕的金屬物品的,來達到延長其使用壽命的目的,通常採用物理防腐,化學防腐,電化學防腐等方法。通常金屬表面會附有塵埃、油污、氧化皮、銹蝕層、污染物、鹽份或松脫的舊漆膜。其中氧化皮是比較常見但最容易被忽略的部分。氧化皮是在鋼鐵高溫鍛壓成型時所產生的一層緻密氧化層,通常附著比較牢固,但相比鋼鐵本身則較脆,並且其本身為陰極,會加速金屬腐蝕。如果不清除這些物質直接塗裝,會影響整個塗層的附著力及防腐能力。
金屬防護針對金屬腐蝕的原因採取的方法來防止金屬腐蝕,常用的方法有:
一、結構改變法。
例如製造各種耐腐蝕的合金,如在普通鋼鐵中加入鉻、鎳等製成不銹鋼。
二、保護層法
在金屬表面覆蓋保護層,使金屬製品與周圍腐蝕介質隔離,從而防止腐蝕。如:
1、在鋼鐵製件表面塗上機油、凡士林、油漆或覆蓋搪瓷、塑料等耐腐蝕的非金屬材料。
2、用電鍍、熱鍍、噴鍍等方法,在鋼鐵表面鍍上一層不易被腐蝕的金屬,如鋅、錫、鉻、鎳等。這些金屬常因氧化而形成一層緻密的氧化物薄膜,從而阻止水和空氣等對鋼鐵的腐蝕。
3、用化學方法使鋼鐵表面生成一層細密穩定的氧化膜。如在機器零件、槍炮等鋼鐵製件表面形成一層細密的黑色四氧化三鐵薄膜等。
三、電化學保護法
利用原電池原理進行金屬的保護,設法消除引起電化腐蝕的原電池反應。電化學保護法分為陽極保護和陰極保護兩大類。應用較多的是陰極保護法。
5. 生活中如何有效防止金屬腐蝕
如何防止金屬的腐蝕?
(1)正確選用金屬材料,這要從工作參數、工作介質、作用環境、抗蝕能力及技術經濟等因素(又稱性價比)綜合考慮。
(2)陽極保護法。可使金屬發生鈍化,提高金屬的電極電位。提高金屬環境的PH值也可使金屬處於鈍化區。例如,在給水中加氨提高PH,使鋼材防止腐蝕或採用除去水中雜質及去極化劑的方法。
(3)陰極保護法。可利用外加電流使被保護金屬變為陰極。即將被保護金屬與外加電源負極相連,使金屬不能呈離子狀態溶解;還可在被保護的金屬設備上連接一塊比金屬設備的電極電位更低的金屬或合金如用鋅塊和鉛塊等作為陽極,可使鐵、銅等設備作為陰極而受到保護。
(4)覆蓋金屬表面保護法。如用油漆、環保樹脂、玻璃鋼、襯膠、襯鉛、襯水泥、塗塑、電鍍和噴鍍等工藝在被保護金屬表面上覆蓋一層保護層,可使金屬不受腐蝕。
(5)加入少量緩蝕劑。在溶液中,緩蝕劑能有效地減小金屬的腐蝕速度。其緩蝕作用是由於它能被金屬表面吸附,從而阻礙了金屬陽極的溶解。
6. 電化學腐蝕與防護的主要方法
為控制埋地鋼質管道在土壤中的電化學腐蝕,公認的做法是採用外防護層和陰極保護聯合防護措施。其中外防護層是主要防腐手段,即在鋼管和腐蝕介質之間建立一個絕緣隔離層,避免腐蝕介質和鋼管接觸,從根本上防止鋼管的電化學腐蝕;陰極保護作為防護層防腐的補充手段,為防護層缺陷處的鋼管外表面提供電化學保護。電化學保護方法主要有兩種,一種是犧牲陽極陰極保護,一種是外加電流陰極保護。
選擇一種其電極電位比被保護金屬更負的活潑金屬(合金),把它與共同置於電解質環境中的被保護金屬從外部實現電連接,這種負電位的活潑金屬在所構成的電化學電池中作為陽極而優先腐蝕溶解,故被稱為犧牲陽極,釋放出的電流使被保護金屬陰極極化到所需要的電位范圍,從而抑制腐蝕,實現保護,這就是犧牲陽極陰極保護。
(一)電化學腐蝕原理
金屬管道有一層的防止腐蝕的表層,該表層遭到腐蝕危險後,在金屬管道裸露的外表層被雨水或潮濕的土壤打濕過後,氧氣組與土地裡面的氫離子形成發電池,作為陽極鐵出現了氧化反應,因此鐵會在非常短的時間里內腐蝕掉然後變為鐵銹。
主要的三個電化學腐蝕成份如下:
1、金屬溶解在陰極變為金屬離子流入溶液;
Me → Men+ ne
2、電子是從陽極流到陰極
3、流到陰極過後溶液裡面能夠吸收電子物質的 X 會接收電子
X+ne → X·ne
(二)件分析相關保護方案
研究電化學的原理與分析金屬腐蝕的緣由,對於三個電化學腐蝕的主要原因來定製相關的防護手段,能夠按照下列三個方針;
1、減慢或防止金融被溶解
第一種方法,挑選適當的金屬又或者說研究定製一款基本不溶解的金屬。
第二種方法,把會導致腐蝕的物質跟金屬分開。
第三種方法,把金屬的 PH 值或別的性能改變。
2、防止電子流向陰極
第一種方法,把金屬電勢改變。
第二種方法,把電子流向改變。
3、把陰極裡面可以吸收的電子物質清除掉;
因為氧氣會不停從空氣裡面流進土壤,所以現在沒有能夠清理陰極上可以吸取電子物質的相關措施。
二、詳細的防止電化學腐蝕的方案
研究了三個電化學腐蝕的原因,並且綜合了五個方案,能夠使用下列幾項方針,最後能夠實現防腐。
(一)挑選適當的金屬又或者說研究定製一款基本不溶解的金屬
製作成能夠真正防止腐蝕的金屬,製作金屬的時候會加進別的物質,提高金屬的防腐蝕水平。把煉制鋼的時候要填加Mn、Cr 等成份提煉成不銹鋼。
(二)把會導致腐蝕的物質跟金屬分開
把會導致腐蝕的物質跟金屬分開,能夠使用的方案有幾種:第一種是採取塗抹的措施,把油漆塗在金屬的表面上,或者塗瀝青、塑料、搪瓷都可以,又或者採取鍍層的措施給想要防銹的金屬面層上化學鍍或電鍍的手段鍍上 Sn、Zn、Cr、Ni、Ag、Au 等,避免內層給腐蝕了。
(三)把金屬的性能改變了
嘗試在能夠構成電池的體系裡面加緩蝕劑,把介質性質改變,把腐蝕的速度降低。
(四)把金屬電勢改變了
採取陰極防護措施,同時加上電源構成電解池,把所要防護的金屬設為陰權,用廢棄的金屬當做要犧牲的陽極,需要保護的金屬當做陰極來進行保護。
(五)把電子流向改變
採取陽極的防護措施,外部增加電源把要防護的金屬陽極化,變成陽級,當達到相關程度的正向極數值後,因此表面有新成相層或吸附層而鈍化金屬。
三、新方法的探究
作為油田地面建設單位,工程建設公司常年接收各種採油工廠的維修工作與改造老區的工程,在實際施工的時候,有很多老化腐蝕的管線皆穿洞內部,這是因為輸送管線的介質具備高腐蝕性,鹼性與酸性,從另一個角度來說,輸送的介質里有比較高的氧氣與氫離子含量,比土壤裡面的含量都還要高,有更加嚴重的電化學腐蝕。
7. 如何防止腐蝕
石油產品在儲運過程中,由於金屬腐蝕,會損壞容器、管線及設備,甚至發生漏油事故。金屬腐蝕所產生的氧化產物.s會增加油品機械雜質含量並加速油品氧化,影響油品質量。因此,必須重視油庫金屬設備的防腐工作。
(1)產生腐蝕的原因
①化學腐蝕。金屬容器及設備周圍的無機鹽類如氯化鈣、氯化納、硫酸鈣等介質與金屬表面發生化學反應,能引起金屬的腐蝕,這種腐蝕主要發生在與海水接觸或埋設於地下的儲油罐及輸油管線。同時油品中含有硫化物、水分、有機酸等物質,與金屬容器及管線內表面發生化學反應也會引起腐蝕。化學腐蝕與溫度、介質成分、介質濃度、介質運動速度以及金屬本身的材質等因素都有關系。一般來講,海水及油品中的硫化物、酸性物質等都是較強的腐蝕介質。
②大氣腐蝕。大氣腐蝕是一種電化學腐蝕。暴露在大氣中的金屬設備表面,由於環境水分的蒸發,常有一層冷凝水,在這一薄層冷凝水形成的同時,就有一些氣體(大氣中的陀、Oz、HzS,HCl、SOz、COz等)溶進去,形成可導電的溶液(電解質溶液),金屬和介質之間發生氧化還原反應,使金屬遭到破壞。
大氣腐蝕的產物為棕紅色的Fez03,俗稱鐵銹。疏鬆的鐵銹能阻止金屬與水溶液接觸,所以金屬表面還會繼續腐蝕下去。油岸的金屬設備,都普遍受到大氣腐蝕,其破壞性較大。
(2)塗層防腐
①定期在金屬儲油罐的內壁噴塗防腐塗層,如環氧樹脂層或生漆層。
②定期將暴露在大氣的輸油管線及油泵等設備噴塗防銹漆。
③設置在地表的輸油管線,要清除積水,防止浸泡,以免塗層剝落。
④油庫設備中的活動金屬部件,如輸油管線的閥門等,要塗抹上防銹脂或潤滑脂
,防止水分從閥門螺桿滲入而引起腐蝕。露天閱門要安裝防護罩,防止雨水沖掉防銹脂層。
⑤設置在碼頭常被濺濕的輸油管線及設備,應在表面噴塗抗腐防銹脂或站附性較好的防護用潤滑脂。
⑤埋設在地下的輸油管線及儲油容器,由於直接與泥土中的水分、鹽、鹼類及酸性物質接觸,應在外表面塗上防銹漆,再噴塗瀝青防護層。
(3)陰極防腐
①護屏防腐。護屏防腐的原理是讓陽極的金屬腐蝕掉,保護
陰極金屬材料被腐蝕。在要保護的金屬油罐及輸油管線的外表連接一種電位低的金屬或合金(護屏材料),由於在原電池中電位低者得到保護,作為陽極的護屏材料被腐蝕。這種方法適用於儲油罐、油船及地下輸油管線的防腐。一般採用護屏材料有輯、鋁、鎮及其合金。
②外加電流的陰極防腐。外加電流的陰極防腐方法是把被保
護的金屬管線及儲油罐與電掘的負極連接,成為陰極而得到保護;接電源正極的廢鋼材被腐蝕。這種方法適用於地下儲油罐、地下管線和與海水直接接觸的碼頭輸油管線及油輪等。一般採用的陽極材料有廢舊鋼鐵、石墨高硅鐵、磁性氧化鐵等,這些材料被消耗完
後,隨時可更換。
8. 何謂電腐蝕防止電腐蝕的措施
電機的運行過程中,當軸電壓達到一定數值時,軸承內的潤滑油膜會被擊穿,從而形成一個閉合迴路,即產生了軸電流。由於軸電流的作用,會使軸承潤滑脂因溫度過高而降解失效,軸承處於間斷性的干磨狀態,導致軸承本身燒毀乃至軸承與軸發生燒結性粘連,最終導致軸承散架和燒毀。這種現象就是電腐蝕現象。
解決這一問題的最佳方案就是在電機中使電絕緣軸承。絕緣軸承是以切斷電流迴路為原理,採用等離子噴塗工藝在軸承的內圈或外圈噴塗一層均勻的絕緣塗層,使其具有良好的絕緣性能,再經進一步處理,能夠使軸承不受濕度和濕氣的影響。可避免感應電流對軸承的電蝕作用,防止電流對潤滑脂和滾動體、滾道造成的損壞,提高軸承的使用壽命。
9. 金屬的腐蝕與防護如何進行
金屬有許多優良的性質,例如導電性、導熱性、強度、韌性、可塑性、耐磨性、可鑄造性等。金屬材料至今依然是最重要的結構材料,廣泛應用於生產、生活和科技工作的各個方面。金屬製品在生產和使用的過程中,受到各種損壞,例如,機械磨損、生物性破壞、腐蝕等。
金屬的腐蝕是金屬在環境的作用下所引起的破壞或變質。金屬的腐蝕還有其他的表述。所謂環境是指和金屬接觸的物質。例如自然存在的大氣、海水、淡水、土壤等以及生產生活用的原材料和產品。由於這些物質和金屬發生化學作用或電化學作用引起金屬的腐蝕,在許多功能情況下還同時存在機械力、射線、電流、生物等的作用。金屬發生腐蝕的部分,由單質變成化合物,致使生銹、開裂、穿孔、變脆等。因此,在絕大多數的情況下,金屬腐蝕的過程是冶金的逆過程。
金屬腐蝕的分類
關於金屬腐蝕有兩大種分類方法:
1.按腐蝕的過程分,主要有化學腐蝕和電化學腐蝕。化學腐蝕是金屬和環境介質直接發生化學作用而產生的損壞,在腐蝕過程中沒有電流產生。例如金屬在高溫的空氣中或氯氣中的腐蝕、非電解質對金屬的腐蝕等。引起金屬化學腐蝕的介質不能導電。電化學腐蝕是金屬在電解質溶液中發生電化學作用而引起的損壞,在腐蝕過程中有電流產生。引起電化學腐蝕的介質都能導電。例如,金屬在酸、鹼、鹽、土壤、海水等介質中的腐蝕。電化學腐蝕與化學腐蝕的主要區別在於它可以分解為兩個相互獨立而又同時進行的陰極過程和陽極過程,而化學腐蝕沒有這個特點。電化學腐蝕比化學腐蝕更為常見和普遍。
2.按金屬腐蝕破壞的形態和腐蝕區的分布分為全面腐蝕和局部腐蝕。全面腐蝕是指腐蝕分布於整個金屬的表面。全面腐蝕有各處的腐蝕程度相同的均勻腐蝕;也有不同腐蝕區腐蝕程度不同的非均勻腐蝕。在用酸洗液清洗鋼鐵、鋁設備時發生的腐蝕一般屬於均勻腐蝕。而腐蝕主要集中在金屬表面的某些區域稱為局部腐蝕。盡管此種腐蝕的腐蝕量不大,但是由於其局部腐蝕速度很大,可造成設備的嚴重破壞,甚至爆炸,因此,其危害更大。金屬在不同的環境條件下可以發生不同的局部腐蝕,例如孔蝕、縫隙腐蝕、應力腐蝕、晶間腐蝕、磨損腐蝕等。還有按腐蝕的環境條件把腐蝕分為高溫腐蝕和常溫腐蝕;干腐蝕和濕腐蝕等。
金屬腐蝕的防護
當金屬和周圍介質接觸時,由於發生化學和電化學作用而引起的破壞叫做金屬的腐蝕。從熱力學觀點看,除少數貴金屬(如金、鉑)外,各種金屬都有轉變成離子的趨勢,就是說金屬腐蝕是自發的普遍存在的現象。金屬被腐蝕後,在外形、色澤以及機械性能方面都將發生變化,造成設備破壞、管道泄漏、產品污染,釀成燃燒或爆炸等惡性事故以及資源和能源的嚴重浪費,使國民經濟受到巨大的損失。據估計,世界各發達國家每年因金屬腐蝕而造成的經濟損失約占其國民生產總值3.5%~4.2%,超過每年各項大災(火災、風災及地震等)損失的總和。有人甚至估計每年全世界腐蝕報廢和損耗的金屬約為1億噸!因此,研究腐蝕機理,採取防護措施,對經濟建設有著十分重大的意義。
金屬防腐蝕的方法很多,主要有改善金屬的本質、把被保護金屬與腐蝕介質隔開、或對金屬進行表面處理、改善腐蝕環境以及電化學保護等。
一、改善金屬的本質。
根據不同的用途選擇不同的材料組成耐蝕合金或在金屬中添加合金元素,提高其耐蝕性,可以防止或減緩金屬的腐蝕。例如,在鋼中加入鎳製成不銹鋼可以增強防腐蝕能力。
二、形成保護層。
在金屬表面覆蓋各種保護層,把被保護金屬與腐蝕性介質隔開,是防止金屬腐蝕的有效方法。工業上普遍使用的保護層有非金屬保護層和金屬保護層兩大類。它們是用化學方法、物理方法和電化學方法實現的。
1.金屬的磷化處理。鋼鐵製品去油、除銹後,放入特定組成的磷酸鹽溶液中浸泡,即可在金屬表面形成一層不溶於水的磷酸鹽薄膜,這種過程叫做磷化處理。
磷化膜呈暗灰色至黑灰色,厚度一般為5~20微米,在大氣中有較好的耐蝕性。膜是微孔結構,對油漆等的吸附能力強,如用作油漆底層,耐腐蝕性可進一步提高。
2.金屬的氧化處理。將鋼鐵製品加到混合溶液中,加熱處理,其表面即可形成一層厚度約為0.5~1.5微米的藍色氧化膜(主要成分為Fe3O4),以達到鋼鐵防腐蝕的目的,此過程稱為發藍處理,簡稱發藍。這種氧化膜具有較大的彈性和潤滑性,不影響零件的精度。故精密儀器和光學儀器的部件,彈簧鋼、薄鋼片、細鋼絲等常用發藍處理。
3.非金屬塗層。用非金屬物質如油漆、塑料、搪瓷、礦物性油脂等塗覆在金屬表面上形成保護層,稱為非金屬塗層,也可達到防腐蝕的目的。例如,船身、車廂、水桶等常塗油漆,汽車外殼常噴漆,槍炮、機器常塗礦物性油脂等。用塑料(如聚乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯等)噴塗金屬表面,比噴漆效果更佳。塑料這種覆蓋層緻密光潔、色澤艷麗,兼具防蝕與裝飾的雙重功能。
搪瓷是含硅量較高的玻璃瓷釉,有極好的耐腐蝕性能,因此作為耐腐蝕非金屬塗層,廣泛用於石油化工、醫葯、儀器等工業部門和日常生活用品中。
4.金屬保護層。它是以一種金屬鍍在被保護的另一種金屬製品表面上所形成的保護鍍層。前一金屬常稱為鍍層金屬。金屬鍍層的形成,除電鍍、化學鍍外,還有熱浸鍍、熱噴鍍、滲鍍、真空鍍等方法。
熱浸鍍是將金屬製件浸入熔融的金屬中以獲得金屬塗層的方法,作為浸塗層的金屬是低熔點金屬,如鋅、錫、鉛和鋁等,熱鍍鋅主要用於鋼管、鋼板、鋼帶和鋼絲,應用最廣;熱鍍錫用於薄鋼板和食品加工等的貯存容器;熱鍍鉛主要用於化工防蝕和包覆電纜;熱鍍鋁則主要用於鋼鐵零件的抗高溫氧化等。
三、改善腐蝕環境。
改善環境對減少和防止腐蝕有重要意義。例如,減少腐蝕介質的濃度,除去介質中的氧,控制環境溫度、濕度等都可以減少和防止金屬腐蝕。也可以採用在腐蝕介質中添加能降低腐蝕速率的物質(稱緩蝕劑)來減少和防止金屬腐蝕。
四、電化學保護法。
電化學保護法是根據電化學原理在金屬設備上採取措施,使之成為腐蝕電池中的陰極,從而防止或減輕金屬腐蝕的方法。
1.犧牲陽極保護法。犧牲陽極保護法是用電極電勢比被保護金屬更低的金屬或合金做陽極,固定在被保護金屬上,形成腐蝕電池,被保護金屬作為陰極而得到保護。
犧牲陽極一般常用的材料有鋁、鋅及其合金。此法常用於保護海輪外殼,海水中的各種金屬設備、構件和防止巨型設備(如貯油罐)以及石油管路的腐蝕。
2.外加電流法。將被保護金屬與另一附加電極作為電解池的兩個極,使被保護的金屬作為陰極,在外加直流電的作用下使陰極得到保護。此法主要用於防止土壤、海水及河水中金屬設備的腐蝕。
金屬的腐蝕雖然對生產帶來很大危害,但也可以利用腐蝕的原理為生產服務,發展腐蝕加工技術。例如,在電子工業上,廣泛採用印刷電路。其製作方法及原理是用照相復印的方法將線路印在銅箔上,然後將圖形以外不受感光膠保護的銅用三氯化鐵溶液腐蝕,就可以得到線條清晰的印刷電路板。此外,還有電化學刻蝕、等離子體刻蝕新技術,比用三氯化鐵腐蝕銅的濕化學刻蝕的方法更好,解析度更高。
10. 電化學在金屬腐蝕與防護的應用
在網站上找了一份,希望對你有幫助。
一電化學腐蝕原理�
1.腐蝕電池(原電池或微電池)
金屬的電化學腐蝕是金屬與介質接觸時發生的自溶解過程。在這個過程中金屬被氧化,所釋放的電子完全為氧化劑消耗,構成一個自發的短路電池,這類電池被稱之為腐蝕電池。腐蝕電池分為三(或二)類:(1)不同金屬與同一種電解質溶液接觸就會形成腐蝕電池。
例如:在銅板上有一鐵鉚釘,其形成的腐蝕電池。
鐵作陽極(負極)發生金屬的氧化反應:
Fe→Fe2++2e-;(Fe→Fe2++2e)=-0.447V.
陰極(正極)銅上可能有如下兩種還原反應:
(a)在空氣中氧分壓=21kPa時:O2+4H++4e-→2H2O;
(O2+4H++4e-→2H2O)=1.229V,
(b)沒有氧氣時,發生2H++2e-→H2;(2H++2e-→H2)=0V,
有氧氣存在的電池電動勢E1=1.229-(-0.447)=1.676V;沒有氧氣存在時,電池的電動勢E2=0-(-0.447)=0.447V。可見吸氧腐蝕更容易發生,當有氧氣存在時鐵的銹蝕特別嚴重。銅板與鐵釘兩種金屬(電極)連結一起,相當於電池的外電路短接,於是兩極上不斷發生上述氧化—還原反應。
Fe氧化成Fe2+進入溶液,多餘的電子轉向銅極上,在銅極上O2與H+發生還原反應,消耗電子,並且消耗了H+,使溶液的pH值增大。
在水膜中生成的Fe2+離子與其中的OH—離子作用生成Fe(OH)2,接著又被空氣中氧繼續氧化,即:Fe2++2OH-→Fe(OH)24Fe(OH)2+2H2O+O2→4Fe(OH)3
Fe(OH)3乃是鐵銹的主要成分。這樣不斷地進行下去,機械部件就受到腐蝕。
(2)電解質溶液接觸的一種金屬也會因表面不均勻或含雜質微電池。
例如工業用鋼材其中含雜質(如碳等),當其表面覆蓋一層電解質薄膜時,鐵、碳及電解質溶液就構成微型腐蝕電池。
該微型電池中鐵是陽極:Fe→Fe2++2e-
碳作為陰極:如果電解質溶液是酸性,則陰極上有氫氣放出(2H++2e-→H2);如果電解質溶液是鹼性,則陰極上發生反應O2+2H2O+4e-→4OH-。
總結:從上面的分析可以看出:所形成的腐蝕電池陽極反應一般都是金屬的溶解過程:
M→Mz++ze-
陰極反應在不同條件下可以是不同的反應,最常見的有下列兩種反應:�
①在缺氧條件下,H+離子還原成氫氣的反應(釋氫腐蝕)
2H++2e-→H2。(=0.0V)
該反應通常容易發生在酸性溶液中和在氫超電勢較小的金屬材料上。
②氧氣還原成OH-離子或H2O的反應(耗氧腐蝕)
中性或鹼性溶液中O2+2H2O+4e—→4OH-。(=0.401V)
在酸性環境中,O2+4H++4e-→2H2(=1.229V)
2.腐蝕電流一旦組成腐蝕電池之後,有電流通過電極,電極就要發生極化,因而研究極化對腐蝕的影響是十分必要。在金屬腐蝕文獻中,將極化曲線(電勢~電流關系)繪成直線(橫坐標採用對數標度),稱為Evans(埃文斯)極化圖(圖10—8)。在Evans極化圖中的電流密度j腐蝕表示了金屬腐蝕電流,實際上代表了金屬的腐蝕速率。
影響金屬表面腐蝕快慢(即腐蝕電流j)的主要因素:
①腐蝕電池的電動勢——兩電極的平衡電極電勢差越大,最大腐蝕電流也越大。②金屬的極化性能——在其它條件相同的情況下,極化程度愈大(即極化曲線的斜率),腐蝕電流愈小。
③氫超電勢——釋氫腐蝕時,氫在金屬表面析出的超電勢逾大,極化曲線的斜率就逾大,腐蝕電流反而減小。
二、金屬的穩定性
「在所處環境下金屬材料的穩定性如何?」是研究金屬腐蝕與防腐首先必須考慮的問題。因此,金屬-水系統的電勢—pH圖無疑是很有用的工具。
1.電勢(E)—pH關系的一般表達式
若有如下電極反應:xO(氧化態)+mH++ze-�-→yR(還原態)+nH2O
例如:Fe3O4+8H++2e-=3Fe2++4H2O
式中O代表氧化態、R代表還原態;x,m,z,y,n為各反應物、產物的計量系數。當T=298.15K時
E=-(10—14)
因pH=-lg[a(H+)],a(H2O)=1上式可寫成
E=--(10—15)
在a(R),a(O)被指定時,電勢E與pH值成直線關系。①.電勢與pH無關的反應:
②.這些反應只有電子得失,沒有H+或OH-離子參加。
例如反應Zn2+(aq)+2e-=Zn(s);
E(Zn2++2e-→Zn)=-0.762+0.0295lg[a(Zn2+)/a(Zn)]。
當a(Zn2+)=10-6、a(Zn)=1.0時,
E(Zn2++2e-→Zn)=-0.939V
3.水溶液中的氫、氧電極反應
因為反應在水溶液中進行,反應與H2,O2,H+,OH-有關。所以凡是以水作為溶劑的反應系統都一定要考慮氫、氧電極反應。
氫電極反應(①線):電極反應式2H+(a)+2e-→H2(p);當p(H2)=時,
有E(2H++2e-→H2)=-0.0592pH(10—13)
在E—pH圖上是一條截距為零的直線,斜率為-0.0592。
氧電極反應(②線):電極反應式O2(p)+2H+(a)+2e-→H2O(l)
在298.15K,a(H2O)=1、p(O2)=時,E(O2+2H++2e-→H2O)=1.229-0.0592pH
該式表示氧電極反應的E—pH直線與氫電極的E—pH直線斜率相同,僅截距不同。
4.電勢-pH圖的應用
(1)圖10—9中每條線上的點都表示Zn—H2O系統的一個平衡狀態。凡不在直線上的任何一點均為非平衡狀態,且每條線上方為該線所代表電極反應中氧化態穩定區,下方為還原態穩定區。
因此,在圖上分別得到Zn2+,Zn,Zn(OH)2的各自穩定存在區。
線②以上是O2(氧化態)的穩定區,下方是H2O(還原態)的穩定存在區;在線①以上是H+(氧化態)的穩定區、線①以下是H2(還原態)的穩定存在區。
(2)在E—pH圖中任意兩條線所代表的電極反應都能構成一個化學反應。例如線①與②所代表的電極反應構成的化學反應為:O2(g)+2H2(g)=2H2O(l)。該反應可視為氧電極和氫電極組成的燃料電池。
一般而言,高電勢區直線所代表電極反應中的氧化態能氧化低電勢區直線所代表反應中的還原態即:[氧化態]上+[還原態]下→[還原態]上+[氧化態]下
且二直線相距愈遠,以此二直線所代表電極反應組成電池時,電池的電動勢就愈大,因此該氧化還原反應的趨勢就愈大。
如Zn2++2e-=Zn是線段a代表的平衡系統,該平衡位於①線下方,說明Zn在水溶液中是不穩定的。溶液中H+被還原成H2(g),Zn被氧化成Zn2+的反應2H++Zn=Zn2++H2是自發進行的。又因Zn的穩定區也在O2還原反應的②線以下,Zn被氧化成Zn2的反應:0.5O2+2H++Zn=Zn2++H2O
①線與a線反應組成電池:②線與a線組成電池,比①線距離線a更遠,說明在含有O2的水溶液中Zn的熱力學穩定性更差。
(3)E—pH圖可用來指導防腐、金屬保護等方面的研究。
從圖10—9可知,當E<-0.9V時,Zn在酸性溶液中,既使在有氧存在的情況下都可以穩定存在,這就是金屬電化學防腐的陰極保護原理;
(4)水-Fe的E-pH圖:
Fe2++2e-→Fe(1線)
Fe2O3+6H++2e=2Fe2++3H2O(2線)
Fe3++e-=Fe2+(3線)
Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O(4線)
Fe3O4+8H++2e-=3Fe2++3H2O(5線)
3Fe2O3+2H++2e-=2Fe3O4+H2O(6線)
Fe3O4+8H++8e-=3Fe+4H2O(7線)
總之,E—pH圖在解決水溶液中發生的一系列反應及平衡問題,如元素分離,濕法冶煉,金屬防腐,金屬電沉積,地質問題等方面均得到廣泛的應用。
三、電化學保護
1.陽極保護(適用有鈍化曲線的金屬)
凡是在某些化學介質中,通過一定的陽極電流,能夠引起鈍化的金屬,原則上都可以採用陽極保護法防止金屬的腐蝕。
例如我國化肥廠在碳銨生產中的碳化塔已較普遍地採用陽極保護法,取得了良好效果,有效地保護了碳化塔和塔內的冷卻水箱。
使用此法注意點:鈍化區的電勢范圍不能過窄,否則容易由於控制不當,使陽極電勢處於活化區,則不但不能保護金屬,反將促使金屬溶解,加速金屬的腐蝕。
2.陰極保護就是在要保護的金屬構件上外加陽極,這樣構件本身就成為陰極而受到保護,發生還原反應。陰極保護又可用兩種方法來實現。
(1)稱為犧牲陽極保護法:它是在腐蝕金屬系統上聯結電勢更負的金屬,即更容易進行陽極溶解的金屬(例如在鐵容器外加一鋅塊)作為更有效的陽極,稱為保護器。這時,保護器的溶解基本上代替了原來腐蝕系統中陽極的溶解,從而保護了原有的金屬。此法的缺點是用作保護器的陽極消耗較多。
(2)外加電流的陰極保護法:目前在保護閘門、地下金屬結構(如地下貯槽、輸油管、電纜等)、受海水及淡水腐蝕的設備、化工設備的結晶槽、蒸發罐等多採用這種方法,它是目前公認的最經濟、有效的防腐蝕方法之一。該法是將被保護金屬與外電源的負極相連,並在系統中引入另一輔助陽極,與外電源的正極相連。
電流由輔助陽極(由金屬或非金屬導體組成)進入腐蝕電池的陰極和陽極區,再回到直流電源B。當腐蝕電池中的陰極區被外部電流極化到腐蝕電池中陽極的開路電勢,則所有金屬表面處於同一電勢,腐蝕電流消失。因此,只要維持一定的外電流,金屬就可不再被腐蝕。
(3)氣相中陰極保護。電化學方法能否在氣相環境中使用是人們一直希望解決的問題。1988年,中國研究出了氣相環境中的陰極保護技術,用於架空金屬管道、橋梁、鐵軌、海洋工程構件上的飛濺區保護,並在架空金屬管道的實際試驗中取得了非常好的保護效果,使材料的壽命延長了20多倍,為氣相環境中的構件保護提供了一個嶄新的途徑。氣相陰極保護原理與溶液中的陰極保護原理相同,只是用固體電介質代替溶液,成為陰極保護電流從陽極層流向陰極層的主要離子遷移通道。外加陰極電流從輔助陽極流入,經過固體電介質至陰極(即被保護的結構材料),從而使處於氣相環境中的結構得到保護。
3.緩蝕劑的防腐作用
把少量的緩蝕劑(如萬分之幾)加到腐蝕性介質中,就可使金屬腐蝕的速率顯著的減慢。這種用緩蝕劑來防止金屬腐蝕的方法是防腐蝕中應用得最廣泛的方法之一。
下面我們根據極化圖來說明緩蝕劑抑制金屬腐蝕的基本原理。電化學腐蝕的速率是由陽極過程和陰極過程的極化特徵所決定的。只要加入的緩蝕劑能夠抑制上述過程中的一種或二種,腐蝕速率就會降低。根據緩、蝕劑所能抑制的過程,我們可以把緩蝕劑分為陽極型緩蝕劑、陰極型緩蝕劑和混合型緩蝕劑。
加入緩蝕劑,加快極化程度,降低腐蝕電流。作用的機理主要是在電極表面形成鈍化膜或者吸附膜。
緩蝕劑的種類繁多,屬於無機類的緩蝕劑有亞硝酸鹽、鉻酸鹽、重鉻酸鹽,磷酸鹽等等;屬於有機類的緩蝕劑有胺類、醛類、雜環化合物、咪唑啉類等等。具體使用時,需根據要保護的金屬種類和腐蝕介質等條件通過篩選試驗來確定。