电化学腐蚀与防护

电化学腐蚀与防护

09应化

姚远

一、金属腐蚀的机理

金属腐蚀由于其隐蔽性、缓慢性、自发性、自催化性常常被人们忽视，寻找最佳有

效的防腐蚀和控制腐蚀方法，已成为当代材料领域最重要的课题之一。

金属材料与电解质溶液相接触时，在界面上将发生有自由电子参与的广义氧化和广义还原过程，致使接触面金属变成单纯离子，络离子而溶解，或者生产氢氧化物，氧化物等稳定化合物，从而破坏了金属材料的特性。这被称为电化学腐蚀或湿腐蚀。

海洋生物的生命活动会改变金属—海水的界面状态和介质的性质，对金属产生不可忽视的影响。海水中金属腐蚀是金属﹑溶液﹑生物群3个要素互相作用的结果。由于附着微生物对钢结构表面的覆盖作用，阻碍了氧的运输，有利于减少钢的平均腐蚀；但是附有海生物的金属难以形成完整致密的覆盖层，钢的局部腐蚀却增加了。这严重影响了在海洋环境下工作的材料的寿命。由于微生物的生命活动也可以使金属遭到破坏, 故称为微生物腐蚀。4.金属的电化学腐蚀的基础[2]

腐蚀学里，通常规定电位较低的电极为阳极，电位较高的电极为阴极。阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。如果金属与氢电极构成原电池，当金属的电位比氢的平衡电位更负时，两电极间存在一定的电位差，发生氢去极化腐蚀。当电解质溶液中有氧气存在时，在阴极上发生氧去极化反应而导致阳极金属不断溶解的现象叫氧去极化腐蚀。Fe 处于离子状态的阳极反应，在未达到相当大的深度时,海水充气良好,海水被氧所饱和,非常有利于氧去极化的阴极反应进行,还原大量的OH- ,并使海水碱性提高, Fe2 +继续腐蚀并形成腐蚀产物。海水中含有大量Cl -离子,其对Fe 的腐蚀危害极大。

二、金属材料腐蚀的防护

整个腐蚀反应过程, 包括四大步骤[5]：一是去极化剂到达金属表面的传质过程。二是阳极反应过程。三是与阳极反应过程同时进行的去极化剂还原的阴极反应过程。四是腐蚀产物离开金属表面或转化为其他化合物的过程。

金属腐蚀防护方法有三种，依次为：电化学保护、加缓蚀剂保护和覆盖层保护（金属保护层和非金属保护层），各种方法多有各自的适用范围和优缺点，在实际应用中我们大多时候会综合运用各种防腐蚀方法，以取得好的防护效果。

1.电化学保护

电化学保护分为阴极保护和阳极保护。阴极保护的原理如下：利用电化学原理，将被保

护的金属设备进行外加阴极极化降低或防止腐蚀；将被保护金属进行外加阴极极化以减少或防止金属腐蚀的方法叫做阴极保护法。

2.加缓蚀剂保护

在腐蚀环境中以适当浓度和形式(一般是很少的量)添加某种物质，能使金属的腐蚀速度大大降低，这种物质就叫缓蚀剂(即腐蚀抑制剂)。缓蚀机理主要有两种类型：一种是几何复盖效应指吸附膜将金属表面与酸溶液隔离开，在覆盖了缓蚀剂吸附膜的金属表面部分，电极反应不能进行；而未覆盖表面部分电极反应按原来的历程进行。另外一种是负催化效应：指缓蚀剂覆盖了金属表面的活性位置，使电极反应的活化能位垒升高，电极反应速度降低。

3. 覆盖层保护

基底材料和覆层材料组成复合材料，可以充分发挥基底材料和覆层材料的优点，满足耐蚀性，物理、机械和加工性能，以及经济指标多方面的需要。覆盖层的保护效果和使用寿命取决于三个方面的因素：

●覆层材料在使用环境中的耐蚀性、强度、塑性和耐磨性。

●覆层的均匀性、孔隙和缺陷。

●覆层与基体金属的结合力。

覆盖层保护又分为金属保护层、化学转化膜、非金属保护层。金属保护层包括金属镀层、金属衬里、双金属复合板；化学转化膜包括阳极氧化、化学氧化、磷酸盐处理、草酸盐处理、铬酸盐处理；非金属保护层包括油漆涂料、塑料涂覆、搪瓷、钢衬玻璃、非金属材料衬里、暂时性防锈层。

在金属表面喷、衬、镀、涂上一层耐蚀性较好的金属或非金属物质以及将金属进行磷化、氧化处理，使被保护金属表面与介质机械隔离而降低金属腐蚀；保护层法是使金属表面生成一层致密的不易腐蚀的物质，以此将金属与外部介质隔绝开来使金属免遭腐蚀的一种方法。一般采用电镀，也有用熔融金属浸镀或喷镀，或者直接从溶液中置换金属进行化学镀等。金属喷镀是将金属在高温火焰中熔化，同时用压缩空气将熔融的金属吹成雾状微粒，并以较高的速度喷射到预先经过处理的的基体表面上，从而形成一层金属镀层，在镀层温度没有完全冷却时，应再涂刷环氧树脂面漆。用喷镀得到的喷涂层与基体结合牢固，大大提高了防腐效果。、

三.金属腐蚀防护的发展方向

近年来随着科技的快速发展，各行各业对金属防腐蚀的要求越来越高,纳米材料以其特殊的物理和化学性能倍受青睐.将纳米材料加入涂料中,可显著改善涂料的性能(硬度、耐磨性、韧性等)或赋予涂料新的功能,因此纳米复合涂料的研究成为一个重要课题.如纳米二氧化硅的加入有效提高了涂料与基体的附着力；对纳米二氧化钛进行了表面改性，改性后的纳米二氧化钛粒子分散均匀,粒径均一,约为20nm左右.在醇酸清漆中加入纳米二氧化钛粒子后,得到醇酸清漆/纳米二氧化钛复合涂料,其耐蚀性较醇酸清漆有显著的提高。