金属的腐蚀与防护

物理化学电化学论文

小组成员：操亨，向红伟，王泽昆，陈启煊，丁川

提交日期：2015.11

中国·武汉

摘要 (3)

一.如何避免金属的电化学腐蚀 (4)

1.保护金属防腐蚀的方法 (5)

1.1钝化金属的表面 (5)

1.2 运用复合材料 (5)

1.3 电化学保护 (5)

1.4 衬里 (5)

1.5 防腐结构设计 (5)

2 结语 (5)

二．聚苯胺对金属防护的意义 (5)

1.聚苯胺防腐机理 (5)

1.1 屏蔽作用 (5)

1.2 聚苯胺使金属表面形成钝化 (6)

1.3 电场作用 (6)

1.4 缓蚀作用 (6)

2 聚苯胺防腐涂层的制备方法 (6)

2.1 电化学聚合法 (6)

2.2 聚苯胺与成膜物质共混 (6)

3 应用领域与展望 (7)

金属的腐蚀是一个难以避免的经济损失，根据金属腐蚀的反应机理，腐蚀可以分为电化学腐蚀和化学腐蚀，在腐蚀未发生之前，我们先得保护金属防腐蚀，金属在发生腐蚀之前，要从防护技术上对避免腐蚀的发生，常用的方法包括钝化金属的表面、运用复合材料、电化学保护、衬里、设计防腐结构。聚苯胺材料可以有效的防止金属腐蚀，聚苯胺优异的防腐性能已被大量的研究所证实，其防腐机理与传统涂料完全不同，主要是通过含有导电聚苯胺的底漆与金属基材接触并相互作用而形成一种特殊氧化膜，从而大大延缓金属的腐蚀。聚苯胺防腐涂料对金属具有常规涂料不可比拟的阳极保护和屏蔽作用，无论是采用电化学方法沉积在金属表面的聚苯胺膜，还是将聚苯胺作为添加剂加入到树脂中，都会产生优良的防腐蚀效果。

关键词：金属腐蚀，金属防护，防腐蚀，聚苯胺

我们知道，生活中金属的腐蚀是一个难以避免的经济损失，这种损失可分为直接损失和间接损失。直接损失包括材料的损耗、设备的失效、能源的消耗以及为防止腐蚀所采取的涂层保护、电化学保护、选用耐蚀材料等的费用。由于腐蚀,使大量有用材料变为废料,估计全世界每年因腐蚀报废的钢铁设备约为其年产量的30%,造成地球上的有限资源日益枯竭.全世界每90s就有1t钢被腐蚀成铁锈,而炼制1t钢所需的能源可供一个家庭使用3个月,因此,腐蚀造成了对自然资源的极大浪费。因腐蚀而造成的间接损失往往比直接损失更大,甚至难以估计。这些损失包括因腐蚀引起的停工停产,产品质量下降,大量有用有毒物质的泄漏、爆炸,以及大规模的环境污染等。一些腐蚀破坏事故还造成了人员伤亡,直接威胁着人民群众的生命安全。矿产资源有限，但是不断的又金属在腐蚀，我们必须及时想出有效的解决方案，这样才能作到可持续发展。其中利用电化学防护技术是一个高效并且现实的解决方案，相比于其他很多的保护金属避免被腐蚀的方法来说，电化学防护技术能够有效并且较低成本的达到保护金属的目的。

根据金属腐蚀的反应机理，腐蚀可以分为电化学腐蚀和化学腐蚀。电化学腐蚀是指金属表面与离子导电的介质因发生电化学作用而产生的破坏；化学腐蚀是指金属表面与非电解质直接发生化学作用而引起的破坏。电化学腐蚀是最常见、最普遍的腐蚀,因为只要环境的介质中有水存在,金属的腐蚀就会以电化学腐蚀的形式进行。金属在各种电解质溶液,比如大气、海水和土壤等介质中所发生的腐蚀都属于电化学腐蚀。

现在我们就以电化学防护技术在化工管道防腐中的研究与应用为例来加以讨论与说明。化工管道在油、气等能源输送过程中扮演着重要角色，现阶段，我国乃至全世界的油气能源输送都是通过管道来实现的，但是油气管道在给我们生活生产带来诸多便利的同时，因腐蚀泄露而带来的经济损失也是不可估量的。因此保护金属避免被腐蚀已经迫在眉睫。

缓蚀与防锈封存的作用机理就是将外界材料附于金属的表面，将金属与外界环境隔开，以阻止其发生电极反应。常用的缓蚀剂主要包括水溶性缓蚀剂、酸洗或清洗用缓蚀剂、油溶性缓蚀剂、溶剂型缓蚀剂、挥发性气相缓蚀剂等。

一. 腐蚀监测技术

1.保护金属防腐蚀的方法

管道在发生腐蚀之前，要从防护技术上对避免腐蚀的发生。在腐蚀发生之后，准确的检测和监测则能够使设备在最佳的工作状态下运行，更好地保障设备与操作人员的安全生产。常见的检测技术包括：

(1)物理机械法：主要包括现场表观检测法、挂片法、警戒孔监视法。

(2)无损检测技术：①超声波和涡流检测；②漏磁通法检测(根据磁导率不同)；③射线检测和红外检测；④声发射检测技术；⑤电阻法与磁阻法。

(3)电化学法：①电位检测探针和电偶探针；②线性极化法；③电化学阻抗法；④电化学噪声技术。

(4)化学分析法：主要包括氢探针和介质分析。

(5)其他方法：主要包括场图像技术、光纤腐蚀传感技术和薄膜活化技术等。

除了以上所说的防腐技术之外，现在正在不断开发以有机材料为代表的新型防腐材料，特别随着我国西部大开发与城市管线工程开始建设，油气管道越来越普及利用，我国的腐蚀防护技术也不断更新，形成了较为完整的腐蚀防护理论体系。

对于金属的防腐是极其重要的，因为就金属的成本而言就是很多的。而且，金属的腐蚀就是设备的损坏，在公司就可能造成特大型安全事故。现阶段全球所使用的金属防腐措施主要有：钝化金属表面、运用复合的材料、用电流保护、牺牲保护、运用有机防腐涂料等。

1.1 钝化金属的表面

缓蚀剂也就是后面所说的钝化液，是一种以适当的浓度和形式存在于环境中，可以防止或减缓腐蚀的化学物质或几种化学物质的混合物。各种金属所进行表面钝化的方法大致相似，但是所用到的钝化液一般不同。以钢铁为例，其钝化液的组成大约是钛盐0.05 ～0.5( 质量份，后相同)，硝酸2.7 ～7.5，氟化物10 ～15，水加至100。[1]一般这样钝化钢铁表面：将钢铁表面先进行脱脂处理然后用去离子水漂洗，对钢铁表面进行除锈处理后再用去离子水漂洗，在钢铁表面进行处理，使用预先配置好的钝化溶液，将转化处理过后的钢铁用去离子水漂洗，自然干燥就能得到色泽均匀的钝化膜。至此，金属表面的钝化完成。以钝化金属的表面这种方法来减缓金属设备的腐蚀的应用时很广泛的，因为其操作简单，成本低廉。

1.2 运用复合材料

工业上广泛使用的金属结构材料大多都是合金，根据各种金属不同特性，一般工业上金属耐蚀合金化有以下这几种途径：提高金属的热力学稳定性原理是向本来不耐蚀的纯金属中加入热力学稳定性高的合金元素制成合金。例如在铜中加入金，镍中加入铜等；减弱合金的阴极活性；减弱合金的阳极活性；使合金表面生成电阻大的腐蚀产物膜等。不过在应用合金时要考虑材料的疲劳，硬度，韧性等，要根据设备的用途决定选取怎样的合金。

1.3 电化学保护

电化学保护包括阴极保护，阳极保护。阴极保护是将被保护金属设备与直流电源的负极相连，依靠外加阴极电流进行阴极极化而使金属设备得到保护的方法或者在被保护金属设备上链接一个电位更负的强阳极，促使阴极极化。阳极保护则是利用金属在电解质你溶液中依靠阳极极化建立钝态的特性而实施的保护方法。这种保护方法一般运用在桥梁方面。

1.4 衬里[2]

衬里是一种综合利用不同材料的特性、具有较长使用寿命的防腐方法。根据不同的介质条件，大多是在钢铁或混凝土设备上选衬各种非金属材料。对于温度、压力较高的场合，可以衬耐蚀金属。这种处理方法一般是在设备制造的过程中完成的。目前应用广泛的是碳钢设备表面衬里、砖板衬里、玻璃钢衬里、橡胶衬里，化工搪瓷等。

1.5 防腐结构设计

很多场合，机械设备的结构与腐蚀密切相关，不合理的结构设计常常会出现局部应力集中、流体滞留、构成缝隙、局部过热等而引起多种不同形态的局部腐蚀。例如轴联结结构，如果中心设计成圆形的，就不合理，一般情况下，中心连接部位设计成多边形轴或者花键轴比较有利。

2 结语

设备的腐蚀是减短设备使用寿命的主要因素。而这个问题遍及国民经济的各个领域，给社会造成了巨大的经济损失，消耗了大量的资源，以及严重的污染了环境。然而，科技在不断进步，防腐技术也在不断改进，越来越多的新型防腐技术也在逐步应用之中，金属的腐蚀问题将会得到缓解。

二．聚苯胺对金属防护的意义

1.聚苯胺防腐机理

聚苯胺优异的防腐性能已被大量的研究所证实，其防腐机理与传统涂料完全不同，主要是通过含有导电聚苯胺的底漆与金属基材接触并相互作用而形成一种特殊氧化膜，从而大大延缓金属的腐蚀。针对聚苯胺防腐机理的研究已不断深入，目前主要存在以下几种说法：

1.1 屏蔽作用

利用涂料将金属表面与周围腐蚀性物质隔开，阻止氧气、水及其他离子的浸入, 降低金属的腐蚀速率。用电化学方法测试，发现随聚苯胺涂层厚度的增加, 铸铁的腐蚀电流随之减