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。防腐方法简单归纳如下:
(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。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。
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,就可显着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。
2. 防止金属腐蚀的方法主要有哪些,各根据什么原理
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。防腐方法简单归纳如下:
(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,就可显着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。
3. 身边各种金属腐蚀的例子,告诉我防止腐蚀的方法
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腐蚀的氧化膜等。
③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做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。具体方法有:a.外加电流的阴极保护法。利用电解装置,使被保护的金属与电源负极相连,另外用惰性电极做阳极,只要外加电压足够强,就可使被保护的金属不被腐蚀。b.牺牲阳极的阴极保护法。利用原电池装置,使被保护的金属与另一种更易失电子的金属组成新的原电池。发生原电池反应时,原金属做正极(即阴极),被保护,被腐蚀的是外加活泼金属——负极(即阳极)。此外,还有加缓蚀剂等方法,减缓或防止金属被腐蚀。
4. 怎样防止金属腐蚀
防止腐蚀就是通过采取各种方法,保护容易锈蚀的金属物品的,来达到延长其使用寿命的目的,通常采用物理防腐,化学防腐,电化学防腐等方法。通常金属表面会附有尘埃、油污、氧化皮、锈蚀层、污染物、盐份或松脱的旧漆膜。其中氧化皮是比较常见但最容易被忽略的部分。氧化皮是在钢铁高温锻压成型时所产生的一层致密氧化层,通常附着比较牢固,但相比钢铁本身则较脆,并且其本身为阴极,会加速金属腐蚀。如果不清除这些物质直接涂装,会影响整个涂层的附着力及防腐能力。
金属防护针对金属腐蚀的原因采取的方法来防止金属腐蚀,常用的方法有:
一、结构改变法。
例如制造各种耐腐蚀的合金,如在普通钢铁中加入铬、镍等制成不锈钢。
二、保护层法
在金属表面覆盖保护层,使金属制品与周围腐蚀介质隔离,从而防止腐蚀。如:
1、在钢铁制件表面涂上机油、凡士林、油漆或覆盖搪瓷、塑料等耐腐蚀的非金属材料。
2、用电镀、热镀、喷镀等方法,在钢铁表面镀上一层不易被腐蚀的金属,如锌、锡、铬、镍等。这些金属常因氧化而形成一层致密的氧化物薄膜,从而阻止水和空气等对钢铁的腐蚀。
3、用化学方法使钢铁表面生成一层细密稳定的氧化膜。如在机器零件、枪炮等钢铁制件表面形成一层细密的黑色四氧化三铁薄膜等。
三、电化学保护法
利用原电池原理进行金属的保护,设法消除引起电化腐蚀的原电池反应。电化学保护法分为阳极保护和阴极保护两大类。应用较多的是阴极保护法。
5. 生活中如何有效防止金属腐蚀
如何防止金属的腐蚀?
(1)正确选用金属材料,这要从工作参数、工作介质、作用环境、抗蚀能力及技术经济等因素(又称性价比)综合考虑。
(2)阳极保护法。可使金属发生钝化,提高金属的电极电位。提高金属环境的PH值也可使金属处于钝化区。例如,在给水中加氨提高PH,使钢材防止腐蚀或采用除去水中杂质及去极化剂的方法。
(3)阴极保护法。可利用外加电流使被保护金属变为阴极。即将被保护金属与外加电源负极相连,使金属不能呈离子状态溶解;还可在被保护的金属设备上连接一块比金属设备的电极电位更低的金属或合金如用锌块和铅块等作为阳极,可使铁、铜等设备作为阴极而受到保护。
(4)覆盖金属表面保护法。如用油漆、环保树脂、玻璃钢、衬胶、衬铅、衬水泥、涂塑、电镀和喷镀等工艺在被保护金属表面上覆盖一层保护层,可使金属不受腐蚀。
(5)加入少量缓蚀剂。在溶液中,缓蚀剂能有效地减小金属的腐蚀速度。其缓蚀作用是由于它能被金属表面吸附,从而阻碍了金属阳极的溶解。
6. 电化学腐蚀与防护的主要方法
为控制埋地钢质管道在土壤中的电化学腐蚀,公认的做法是采用外防护层和阴极保护联合防护措施。其中外防护层是主要防腐手段,即在钢管和腐蚀介质之间建立一个绝缘隔离层,避免腐蚀介质和钢管接触,从根本上防止钢管的电化学腐蚀;阴极保护作为防护层防腐的补充手段,为防护层缺陷处的钢管外表面提供电化学保护。电化学保护方法主要有两种,一种是牺牲阳极阴极保护,一种是外加电流阴极保护。
选择一种其电极电位比被保护金属更负的活泼金属(合金),把它与共同置于电解质环境中的被保护金属从外部实现电连接,这种负电位的活泼金属在所构成的电化学电池中作为阳极而优先腐蚀溶解,故被称为牺牲阳极,释放出的电流使被保护金属阴极极化到所需要的电位范围,从而抑制腐蚀,实现保护,这就是牺牲阳极阴极保护。
(一)电化学腐蚀原理
金属管道有一层的防止腐蚀的表层,该表层遭到腐蚀危险后,在金属管道裸露的外表层被雨水或潮湿的土壤打湿过后,氧气组与土地里面的氢离子形成发电池,作为阳极铁出现了氧化反应,因此铁会在非常短的时间里内腐蚀掉然后变为铁锈。
主要的三个电化学腐蚀成份如下:
1、金属溶解在阴极变为金属离子流入溶液;
Me → Men+ ne
2、电子是从阳极流到阴极
3、流到阴极过后溶液里面能够吸收电子物质的 X 会接收电子
X+ne → X·ne
(二)件分析相关保护方案
研究电化学的原理与分析金属腐蚀的缘由,对于三个电化学腐蚀的主要原因来定制相关的防护手段,能够按照下列三个方针;
1、减慢或防止金融被溶解
第一种方法,挑选适当的金属又或者说研究定制一款基本不溶解的金属。
第二种方法,把会导致腐蚀的物质跟金属分开。
第三种方法,把金属的 PH 值或别的性能改变。
2、防止电子流向阴极
第一种方法,把金属电势改变。
第二种方法,把电子流向改变。
3、把阴极里面可以吸收的电子物质清除掉;
因为氧气会不停从空气里面流进土壤,所以现在没有能够清理阴极上可以吸取电子物质的相关措施。
二、详细的防止电化学腐蚀的方案
研究了三个电化学腐蚀的原因,并且综合了五个方案,能够使用下列几项方针,最后能够实现防腐。
(一)挑选适当的金属又或者说研究定制一款基本不溶解的金属
制作成能够真正防止腐蚀的金属,制作金属的时候会加进别的物质,提高金属的防腐蚀水平。把炼制钢的时候要填加Mn、Cr 等成份提炼成不锈钢。
(二)把会导致腐蚀的物质跟金属分开
把会导致腐蚀的物质跟金属分开,能够使用的方案有几种:第一种是采取涂抹的措施,把油漆涂在金属的表面上,或者涂沥青、塑料、搪瓷都可以,又或者采取镀层的措施给想要防锈的金属面层上化学镀或电镀的手段镀上 Sn、Zn、Cr、Ni、Ag、Au 等,避免内层给腐蚀了。
(三)把金属的性能改变了
尝试在能够构成电池的体系里面加缓蚀剂,把介质性质改变,把腐蚀的速度降低。
(四)把金属电势改变了
采取阴极防护措施,同时加上电源构成电解池,把所要防护的金属设为阴权,用废弃的金属当做要牺牲的阳极,需要保护的金属当做阴极来进行保护。
(五)把电子流向改变
采取阳极的防护措施,外部增加电源把要防护的金属阳极化,变成阳级,当达到相关程度的正向极数值后,因此表面有新成相层或吸附层而钝化金属。
三、新方法的探究
作为油田地面建设单位,工程建设公司常年接收各种采油工厂的维修工作与改造老区的工程,在实际施工的时候,有很多老化腐蚀的管线皆穿洞内部,这是因为输送管线的介质具备高腐蚀性,碱性与酸性,从另一个角度来说,输送的介质里有比较高的氧气与氢离子含量,比土壤里面的含量都还要高,有更加严重的电化学腐蚀。
7. 如何防止腐蚀
石油产品在储运过程中,由于金属腐蚀,会损坏容器、管线及设备,甚至发生漏油事故。金属腐蚀所产生的氧化产物.s会增加油品机械杂质含量并加速油品氧化,影响油品质量。因此,必须重视油库金属设备的防腐工作。
(1)产生腐蚀的原因
①化学腐蚀。金属容器及设备周围的无机盐类如氯化钙、氯化纳、硫酸钙等介质与金属表面发生化学反应,能引起金属的腐蚀,这种腐蚀主要发生在与海水接触或埋设于地下的储油罐及输油管线。同时油品中含有硫化物、水分、有机酸等物质,与金属容器及管线内表面发生化学反应也会引起腐蚀。化学腐蚀与温度、介质成分、介质浓度、介质运动速度以及金属本身的材质等因素都有关系。一般来讲,海水及油品中的硫化物、酸性物质等都是较强的腐蚀介质。
②大气腐蚀。大气腐蚀是一种电化学腐蚀。暴露在大气中的金属设备表面,由于环境水分的蒸发,常有一层冷凝水,在这一薄层冷凝水形成的同时,就有一些气体(大气中的陀、Oz、HzS,HCl、SOz、COz等)溶进去,形成可导电的溶液(电解质溶液),金属和介质之间发生氧化还原反应,使金属遭到破坏。
大气腐蚀的产物为棕红色的Fez03,俗称铁锈。疏松的铁锈能阻止金属与水溶液接触,所以金属表面还会继续腐蚀下去。油岸的金属设备,都普遍受到大气腐蚀,其破坏性较大。
(2)涂层防腐
①定期在金属储油罐的内壁喷涂防腐涂层,如环氧树脂层或生漆层。
②定期将暴露在大气的输油管线及油泵等设备喷涂防锈漆。
③设置在地表的输油管线,要清除积水,防止浸泡,以免涂层剥落。
④油库设备中的活动金属部件,如输油管线的阀门等,要涂抹上防锈脂或润滑脂
,防止水分从阀门螺杆渗入而引起腐蚀。露天阅门要安装防护罩,防止雨水冲掉防锈脂层。
⑤设置在码头常被溅湿的输油管线及设备,应在表面喷涂抗腐防锈脂或站附性较好的防护用润滑脂。
⑤埋设在地下的输油管线及储油容器,由于直接与泥土中的水分、盐、碱类及酸性物质接触,应在外表面涂上防锈漆,再喷涂沥青防护层。
(3)阴极防腐
①护屏防腐。护屏防腐的原理是让阳极的金属腐蚀掉,保护
阴极金属材料被腐蚀。在要保护的金属油罐及输油管线的外表连接一种电位低的金属或合金(护屏材料),由于在原电池中电位低者得到保护,作为阳极的护屏材料被腐蚀。这种方法适用于储油罐、油船及地下输油管线的防腐。一般采用护屏材料有辑、铝、镇及其合金。
②外加电流的阴极防腐。外加电流的阴极防腐方法是把被保
护的金属管线及储油罐与电掘的负极连接,成为阴极而得到保护;接电源正极的废钢材被腐蚀。这种方法适用于地下储油罐、地下管线和与海水直接接触的码头输油管线及油轮等。一般采用的阳极材料有废旧钢铁、石墨高硅铁、磁性氧化铁等,这些材料被消耗完
后,随时可更换。
8. 何谓电腐蚀防止电腐蚀的措施
电机的运行过程中,当轴电压达到一定数值时,轴承内的润滑油膜会被击穿,从而形成一个闭合回路,即产生了轴电流。由于轴电流的作用,会使轴承润滑脂因温度过高而降解失效,轴承处于间断性的干磨状态,导致轴承本身烧毁乃至轴承与轴发生烧结性粘连,最终导致轴承散架和烧毁。这种现象就是电腐蚀现象。
解决这一问题的最佳方案就是在电机中使电绝缘轴承。绝缘轴承是以切断电流回路为原理,采用等离子喷涂工艺在轴承的内圈或外圈喷涂一层均匀的绝缘涂层,使其具有良好的绝缘性能,再经进一步处理,能够使轴承不受湿度和湿气的影响。可避免感应电流对轴承的电蚀作用,防止电流对润滑脂和滚动体、滚道造成的损坏,提高轴承的使用寿命。
9. 金属的腐蚀与防护如何进行
金属有许多优良的性质,例如导电性、导热性、强度、韧性、可塑性、耐磨性、可铸造性等。金属材料至今依然是最重要的结构材料,广泛应用于生产、生活和科技工作的各个方面。金属制品在生产和使用的过程中,受到各种损坏,例如,机械磨损、生物性破坏、腐蚀等。
金属的腐蚀是金属在环境的作用下所引起的破坏或变质。金属的腐蚀还有其他的表述。所谓环境是指和金属接触的物质。例如自然存在的大气、海水、淡水、土壤等以及生产生活用的原材料和产品。由于这些物质和金属发生化学作用或电化学作用引起金属的腐蚀,在许多功能情况下还同时存在机械力、射线、电流、生物等的作用。金属发生腐蚀的部分,由单质变成化合物,致使生锈、开裂、穿孔、变脆等。因此,在绝大多数的情况下,金属腐蚀的过程是冶金的逆过程。
金属腐蚀的分类
关于金属腐蚀有两大种分类方法:
1.按腐蚀的过程分,主要有化学腐蚀和电化学腐蚀。化学腐蚀是金属和环境介质直接发生化学作用而产生的损坏,在腐蚀过程中没有电流产生。例如金属在高温的空气中或氯气中的腐蚀、非电解质对金属的腐蚀等。引起金属化学腐蚀的介质不能导电。电化学腐蚀是金属在电解质溶液中发生电化学作用而引起的损坏,在腐蚀过程中有电流产生。引起电化学腐蚀的介质都能导电。例如,金属在酸、碱、盐、土壤、海水等介质中的腐蚀。电化学腐蚀与化学腐蚀的主要区别在于它可以分解为两个相互独立而又同时进行的阴极过程和阳极过程,而化学腐蚀没有这个特点。电化学腐蚀比化学腐蚀更为常见和普遍。
2.按金属腐蚀破坏的形态和腐蚀区的分布分为全面腐蚀和局部腐蚀。全面腐蚀是指腐蚀分布于整个金属的表面。全面腐蚀有各处的腐蚀程度相同的均匀腐蚀;也有不同腐蚀区腐蚀程度不同的非均匀腐蚀。在用酸洗液清洗钢铁、铝设备时发生的腐蚀一般属于均匀腐蚀。而腐蚀主要集中在金属表面的某些区域称为局部腐蚀。尽管此种腐蚀的腐蚀量不大,但是由于其局部腐蚀速度很大,可造成设备的严重破坏,甚至爆炸,因此,其危害更大。金属在不同的环境条件下可以发生不同的局部腐蚀,例如孔蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀、晶间腐蚀、磨损腐蚀等。还有按腐蚀的环境条件把腐蚀分为高温腐蚀和常温腐蚀;干腐蚀和湿腐蚀等。
金属腐蚀的防护
当金属和周围介质接触时,由于发生化学和电化学作用而引起的破坏叫做金属的腐蚀。从热力学观点看,除少数贵金属(如金、铂)外,各种金属都有转变成离子的趋势,就是说金属腐蚀是自发的普遍存在的现象。金属被腐蚀后,在外形、色泽以及机械性能方面都将发生变化,造成设备破坏、管道泄漏、产品污染,酿成燃烧或爆炸等恶性事故以及资源和能源的严重浪费,使国民经济受到巨大的损失。据估计,世界各发达国家每年因金属腐蚀而造成的经济损失约占其国民生产总值3.5%~4.2%,超过每年各项大灾(火灾、风灾及地震等)损失的总和。有人甚至估计每年全世界腐蚀报废和损耗的金属约为1亿吨!因此,研究腐蚀机理,采取防护措施,对经济建设有着十分重大的意义。
金属防腐蚀的方法很多,主要有改善金属的本质、把被保护金属与腐蚀介质隔开、或对金属进行表面处理、改善腐蚀环境以及电化学保护等。
一、改善金属的本质。
根据不同的用途选择不同的材料组成耐蚀合金或在金属中添加合金元素,提高其耐蚀性,可以防止或减缓金属的腐蚀。例如,在钢中加入镍制成不锈钢可以增强防腐蚀能力。
二、形成保护层。
在金属表面覆盖各种保护层,把被保护金属与腐蚀性介质隔开,是防止金属腐蚀的有效方法。工业上普遍使用的保护层有非金属保护层和金属保护层两大类。它们是用化学方法、物理方法和电化学方法实现的。
1.金属的磷化处理。钢铁制品去油、除锈后,放入特定组成的磷酸盐溶液中浸泡,即可在金属表面形成一层不溶于水的磷酸盐薄膜,这种过程叫做磷化处理。
磷化膜呈暗灰色至黑灰色,厚度一般为5~20微米,在大气中有较好的耐蚀性。膜是微孔结构,对油漆等的吸附能力强,如用作油漆底层,耐腐蚀性可进一步提高。
2.金属的氧化处理。将钢铁制品加到混合溶液中,加热处理,其表面即可形成一层厚度约为0.5~1.5微米的蓝色氧化膜(主要成分为Fe3O4),以达到钢铁防腐蚀的目的,此过程称为发蓝处理,简称发蓝。这种氧化膜具有较大的弹性和润滑性,不影响零件的精度。故精密仪器和光学仪器的部件,弹簧钢、薄钢片、细钢丝等常用发蓝处理。
3.非金属涂层。用非金属物质如油漆、塑料、搪瓷、矿物性油脂等涂覆在金属表面上形成保护层,称为非金属涂层,也可达到防腐蚀的目的。例如,船身、车厢、水桶等常涂油漆,汽车外壳常喷漆,枪炮、机器常涂矿物性油脂等。用塑料(如聚乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯等)喷涂金属表面,比喷漆效果更佳。塑料这种覆盖层致密光洁、色泽艳丽,兼具防蚀与装饰的双重功能。
搪瓷是含硅量较高的玻璃瓷釉,有极好的耐腐蚀性能,因此作为耐腐蚀非金属涂层,广泛用于石油化工、医药、仪器等工业部门和日常生活用品中。
4.金属保护层。它是以一种金属镀在被保护的另一种金属制品表面上所形成的保护镀层。前一金属常称为镀层金属。金属镀层的形成,除电镀、化学镀外,还有热浸镀、热喷镀、渗镀、真空镀等方法。
热浸镀是将金属制件浸入熔融的金属中以获得金属涂层的方法,作为浸涂层的金属是低熔点金属,如锌、锡、铅和铝等,热镀锌主要用于钢管、钢板、钢带和钢丝,应用最广;热镀锡用于薄钢板和食品加工等的贮存容器;热镀铅主要用于化工防蚀和包覆电缆;热镀铝则主要用于钢铁零件的抗高温氧化等。
三、改善腐蚀环境。
改善环境对减少和防止腐蚀有重要意义。例如,减少腐蚀介质的浓度,除去介质中的氧,控制环境温度、湿度等都可以减少和防止金属腐蚀。也可以采用在腐蚀介质中添加能降低腐蚀速率的物质(称缓蚀剂)来减少和防止金属腐蚀。
四、电化学保护法。
电化学保护法是根据电化学原理在金属设备上采取措施,使之成为腐蚀电池中的阴极,从而防止或减轻金属腐蚀的方法。
1.牺牲阳极保护法。牺牲阳极保护法是用电极电势比被保护金属更低的金属或合金做阳极,固定在被保护金属上,形成腐蚀电池,被保护金属作为阴极而得到保护。
牺牲阳极一般常用的材料有铝、锌及其合金。此法常用于保护海轮外壳,海水中的各种金属设备、构件和防止巨型设备(如贮油罐)以及石油管路的腐蚀。
2.外加电流法。将被保护金属与另一附加电极作为电解池的两个极,使被保护的金属作为阴极,在外加直流电的作用下使阴极得到保护。此法主要用于防止土壤、海水及河水中金属设备的腐蚀。
金属的腐蚀虽然对生产带来很大危害,但也可以利用腐蚀的原理为生产服务,发展腐蚀加工技术。例如,在电子工业上,广泛采用印刷电路。其制作方法及原理是用照相复印的方法将线路印在铜箔上,然后将图形以外不受感光胶保护的铜用三氯化铁溶液腐蚀,就可以得到线条清晰的印刷电路板。此外,还有电化学刻蚀、等离子体刻蚀新技术,比用三氯化铁腐蚀铜的湿化学刻蚀的方法更好,分辨率更高。
10. 电化学在金属腐蚀与防护的应用
在网站上找了一份,希望对你有帮助。
一电化学腐蚀原理�
1.腐蚀电池(原电池或微电池)
金属的电化学腐蚀是金属与介质接触时发生的自溶解过程。在这个过程中金属被氧化,所释放的电子完全为氧化剂消耗,构成一个自发的短路电池,这类电池被称之为腐蚀电池。腐蚀电池分为三(或二)类:(1)不同金属与同一种电解质溶液接触就会形成腐蚀电池。
例如:在铜板上有一铁铆钉,其形成的腐蚀电池。
铁作阳极(负极)发生金属的氧化反应:
Fe→Fe2++2e-;(Fe→Fe2++2e)=-0.447V.
阴极(正极)铜上可能有如下两种还原反应:
(a)在空气中氧分压=21kPa时:O2+4H++4e-→2H2O;
(O2+4H++4e-→2H2O)=1.229V,
(b)没有氧气时,发生2H++2e-→H2;(2H++2e-→H2)=0V,
有氧气存在的电池电动势E1=1.229-(-0.447)=1.676V;没有氧气存在时,电池的电动势E2=0-(-0.447)=0.447V。可见吸氧腐蚀更容易发生,当有氧气存在时铁的锈蚀特别严重。铜板与铁钉两种金属(电极)连结一起,相当于电池的外电路短接,于是两极上不断发生上述氧化—还原反应。
Fe氧化成Fe2+进入溶液,多余的电子转向铜极上,在铜极上O2与H+发生还原反应,消耗电子,并且消耗了H+,使溶液的pH值增大。
在水膜中生成的Fe2+离子与其中的OH—离子作用生成Fe(OH)2,接着又被空气中氧继续氧化,即:Fe2++2OH-→Fe(OH)24Fe(OH)2+2H2O+O2→4Fe(OH)3
Fe(OH)3乃是铁锈的主要成分。这样不断地进行下去,机械部件就受到腐蚀。
(2)电解质溶液接触的一种金属也会因表面不均匀或含杂质微电池。
例如工业用钢材其中含杂质(如碳等),当其表面覆盖一层电解质薄膜时,铁、碳及电解质溶液就构成微型腐蚀电池。
该微型电池中铁是阳极:Fe→Fe2++2e-
碳作为阴极:如果电解质溶液是酸性,则阴极上有氢气放出(2H++2e-→H2);如果电解质溶液是碱性,则阴极上发生反应O2+2H2O+4e-→4OH-。
总结:从上面的分析可以看出:所形成的腐蚀电池阳极反应一般都是金属的溶解过程:
M→Mz++ze-
阴极反应在不同条件下可以是不同的反应,最常见的有下列两种反应:�
①在缺氧条件下,H+离子还原成氢气的反应(释氢腐蚀)
2H++2e-→H2。(=0.0V)
该反应通常容易发生在酸性溶液中和在氢超电势较小的金属材料上。
②氧气还原成OH-离子或H2O的反应(耗氧腐蚀)
中性或碱性溶液中O2+2H2O+4e—→4OH-。(=0.401V)
在酸性环境中,O2+4H++4e-→2H2(=1.229V)
2.腐蚀电流一旦组成腐蚀电池之后,有电流通过电极,电极就要发生极化,因而研究极化对腐蚀的影响是十分必要。在金属腐蚀文献中,将极化曲线(电势~电流关系)绘成直线(横坐标采用对数标度),称为Evans(埃文斯)极化图(图10—8)。在Evans极化图中的电流密度j腐蚀表示了金属腐蚀电流,实际上代表了金属的腐蚀速率。
影响金属表面腐蚀快慢(即腐蚀电流j)的主要因素:
①腐蚀电池的电动势——两电极的平衡电极电势差越大,最大腐蚀电流也越大。②金属的极化性能——在其它条件相同的情况下,极化程度愈大(即极化曲线的斜率),腐蚀电流愈小。
③氢超电势——释氢腐蚀时,氢在金属表面析出的超电势逾大,极化曲线的斜率就逾大,腐蚀电流反而减小。
二、金属的稳定性
“在所处环境下金属材料的稳定性如何?”是研究金属腐蚀与防腐首先必须考虑的问题。因此,金属-水系统的电势—pH图无疑是很有用的工具。
1.电势(E)—pH关系的一般表达式
若有如下电极反应:xO(氧化态)+mH++ze-�-→yR(还原态)+nH2O
例如:Fe3O4+8H++2e-=3Fe2++4H2O
式中O代表氧化态、R代表还原态;x,m,z,y,n为各反应物、产物的计量系数。当T=298.15K时
E=-(10—14)
因pH=-lg[a(H+)],a(H2O)=1上式可写成
E=--(10—15)
在a(R),a(O)被指定时,电势E与pH值成直线关系。①.电势与pH无关的反应:
②.这些反应只有电子得失,没有H+或OH-离子参加。
例如反应Zn2+(aq)+2e-=Zn(s);
E(Zn2++2e-→Zn)=-0.762+0.0295lg[a(Zn2+)/a(Zn)]。
当a(Zn2+)=10-6、a(Zn)=1.0时,
E(Zn2++2e-→Zn)=-0.939V
3.水溶液中的氢、氧电极反应
因为反应在水溶液中进行,反应与H2,O2,H+,OH-有关。所以凡是以水作为溶剂的反应系统都一定要考虑氢、氧电极反应。
氢电极反应(①线):电极反应式2H+(a)+2e-→H2(p);当p(H2)=时,
有E(2H++2e-→H2)=-0.0592pH(10—13)
在E—pH图上是一条截距为零的直线,斜率为-0.0592。
氧电极反应(②线):电极反应式O2(p)+2H+(a)+2e-→H2O(l)
在298.15K,a(H2O)=1、p(O2)=时,E(O2+2H++2e-→H2O)=1.229-0.0592pH
该式表示氧电极反应的E—pH直线与氢电极的E—pH直线斜率相同,仅截距不同。
4.电势-pH图的应用
(1)图10—9中每条线上的点都表示Zn—H2O系统的一个平衡状态。凡不在直线上的任何一点均为非平衡状态,且每条线上方为该线所代表电极反应中氧化态稳定区,下方为还原态稳定区。
因此,在图上分别得到Zn2+,Zn,Zn(OH)2的各自稳定存在区。
线②以上是O2(氧化态)的稳定区,下方是H2O(还原态)的稳定存在区;在线①以上是H+(氧化态)的稳定区、线①以下是H2(还原态)的稳定存在区。
(2)在E—pH图中任意两条线所代表的电极反应都能构成一个化学反应。例如线①与②所代表的电极反应构成的化学反应为:O2(g)+2H2(g)=2H2O(l)。该反应可视为氧电极和氢电极组成的燃料电池。
一般而言,高电势区直线所代表电极反应中的氧化态能氧化低电势区直线所代表反应中的还原态即:[氧化态]上+[还原态]下→[还原态]上+[氧化态]下
且二直线相距愈远,以此二直线所代表电极反应组成电池时,电池的电动势就愈大,因此该氧化还原反应的趋势就愈大。
如Zn2++2e-=Zn是线段a代表的平衡系统,该平衡位于①线下方,说明Zn在水溶液中是不稳定的。溶液中H+被还原成H2(g),Zn被氧化成Zn2+的反应2H++Zn=Zn2++H2是自发进行的。又因Zn的稳定区也在O2还原反应的②线以下,Zn被氧化成Zn2的反应:0.5O2+2H++Zn=Zn2++H2O
①线与a线反应组成电池:②线与a线组成电池,比①线距离线a更远,说明在含有O2的水溶液中Zn的热力学稳定性更差。
(3)E—pH图可用来指导防腐、金属保护等方面的研究。
从图10—9可知,当E<-0.9V时,Zn在酸性溶液中,既使在有氧存在的情况下都可以稳定存在,这就是金属电化学防腐的阴极保护原理;
(4)水-Fe的E-pH图:
Fe2++2e-→Fe(1线)
Fe2O3+6H++2e=2Fe2++3H2O(2线)
Fe3++e-=Fe2+(3线)
Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O(4线)
Fe3O4+8H++2e-=3Fe2++3H2O(5线)
3Fe2O3+2H++2e-=2Fe3O4+H2O(6线)
Fe3O4+8H++8e-=3Fe+4H2O(7线)
总之,E—pH图在解决水溶液中发生的一系列反应及平衡问题,如元素分离,湿法冶炼,金属防腐,金属电沉积,地质问题等方面均得到广泛的应用。
三、电化学保护
1.阳极保护(适用有钝化曲线的金属)
凡是在某些化学介质中,通过一定的阳极电流,能够引起钝化的金属,原则上都可以采用阳极保护法防止金属的腐蚀。
例如我国化肥厂在碳铵生产中的碳化塔已较普遍地采用阳极保护法,取得了良好效果,有效地保护了碳化塔和塔内的冷却水箱。
使用此法注意点:钝化区的电势范围不能过窄,否则容易由于控制不当,使阳极电势处于活化区,则不但不能保护金属,反将促使金属溶解,加速金属的腐蚀。
2.阴极保护就是在要保护的金属构件上外加阳极,这样构件本身就成为阴极而受到保护,发生还原反应。阴极保护又可用两种方法来实现。
(1)称为牺牲阳极保护法:它是在腐蚀金属系统上联结电势更负的金属,即更容易进行阳极溶解的金属(例如在铁容器外加一锌块)作为更有效的阳极,称为保护器。这时,保护器的溶解基本上代替了原来腐蚀系统中阳极的溶解,从而保护了原有的金属。此法的缺点是用作保护器的阳极消耗较多。
(2)外加电流的阴极保护法:目前在保护闸门、地下金属结构(如地下贮槽、输油管、电缆等)、受海水及淡水腐蚀的设备、化工设备的结晶槽、蒸发罐等多采用这种方法,它是目前公认的最经济、有效的防腐蚀方法之一。该法是将被保护金属与外电源的负极相连,并在系统中引入另一辅助阳极,与外电源的正极相连。
电流由辅助阳极(由金属或非金属导体组成)进入腐蚀电池的阴极和阳极区,再回到直流电源B。当腐蚀电池中的阴极区被外部电流极化到腐蚀电池中阳极的开路电势,则所有金属表面处于同一电势,腐蚀电流消失。因此,只要维持一定的外电流,金属就可不再被腐蚀。
(3)气相中阴极保护。电化学方法能否在气相环境中使用是人们一直希望解决的问题。1988年,中国研究出了气相环境中的阴极保护技术,用于架空金属管道、桥梁、铁轨、海洋工程构件上的飞溅区保护,并在架空金属管道的实际试验中取得了非常好的保护效果,使材料的寿命延长了20多倍,为气相环境中的构件保护提供了一个崭新的途径。气相阴极保护原理与溶液中的阴极保护原理相同,只是用固体电介质代替溶液,成为阴极保护电流从阳极层流向阴极层的主要离子迁移通道。外加阴极电流从辅助阳极流入,经过固体电介质至阴极(即被保护的结构材料),从而使处于气相环境中的结构得到保护。
3.缓蚀剂的防腐作用
把少量的缓蚀剂(如万分之几)加到腐蚀性介质中,就可使金属腐蚀的速率显着的减慢。这种用缓蚀剂来防止金属腐蚀的方法是防腐蚀中应用得最广泛的方法之一。
下面我们根据极化图来说明缓蚀剂抑制金属腐蚀的基本原理。电化学腐蚀的速率是由阳极过程和阴极过程的极化特征所决定的。只要加入的缓蚀剂能够抑制上述过程中的一种或二种,腐蚀速率就会降低。根据缓、蚀剂所能抑制的过程,我们可以把缓蚀剂分为阳极型缓蚀剂、阴极型缓蚀剂和混合型缓蚀剂。
加入缓蚀剂,加快极化程度,降低腐蚀电流。作用的机理主要是在电极表面形成钝化膜或者吸附膜。
缓蚀剂的种类繁多,属于无机类的缓蚀剂有亚硝酸盐、铬酸盐、重铬酸盐,磷酸盐等等;属于有机类的缓蚀剂有胺类、醛类、杂环化合物、咪唑啉类等等。具体使用时,需根据要保护的金属种类和腐蚀介质等条件通过筛选试验来确定。