化学小论文-金属腐蚀与防护

我国作为世界上钢铁产量最多的国家 ，每年被腐蚀的铁占到我国钢铁年产量的十分之一，因为金属腐蚀而造成的损失占到国内生产总值2%~4%；约合人民币：3000亿元 。金属腐蚀对人类社会产生巨大的危害，对金属材料的腐蚀进行防护是十分必要的金属腐蚀的主要害处，不仅在于金属本身的损失，更严重的是金属制品结构损坏所造成的损失比金属本身要大到无法估量。因此，了解金属腐蚀的原因以及寻求防护措施具有重要意义。

一、金属腐蚀的危害：

金属腐蚀的危害首先在于腐蚀造成了巨大的经济损失。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。

二、金属腐蚀的分类：

金属腐蚀是金属与周围接触到的气体或液体物质发生氧化还原反应而引起损耗的现象。其实质是金属原子失去电子而被氧化。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。

1、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。 2、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。

（1）析氢腐蚀：在强酸环境下的电化学腐蚀； （2）吸氧腐蚀：在弱酸或中性环境下的电化学腐蚀。

三、金属腐蚀的比较：

1、金属腐蚀的快慢比较：

（１）活泼金属先腐蚀；

（２）电解原理引起的腐蚀＞原电池引起的腐蚀＞有防护措施的； （３）电解质的性质：强电解质＞弱电解质＞非电解质；

（４）构成原电池的两极材料活动性差别越大，氧化还原速率越快，腐蚀越快； （５）酸雨使腐蚀加快

2、钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀比较：

类型 形成条件 电解质溶液 负极反应 正极反应 其他反应 及产物 2H++2e-=H2↑ 析氢腐蚀 水膜酸性较强 溶有ＣＯ２的水溶液 吸氧腐蚀 水膜酸性很弱或呈中性 溶有Ｏ２的水溶液 Fe-2e-=Fe2+ O2+2H2O+4e-=4OH— Fe2＋+2OH－=Fe(OH)2 ↓ 2Fe+2H2O+O2= 2Fe(OH)2 4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3 2Fe(OH)3===Fe2O3+3H2O 普遍性 吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍

四、金属腐蚀防护的方法：

1、 改变金属的组成：这种方法最常见的是不锈钢材料。通过在钢铁中加入12-30%的金属铬而改变钢铁原有的组成，从而改善性能，不易腐蚀。如目前迅速发展起来的不锈钢炊具，餐具等就是以此为材料的。

2、 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。可以形成以下几种保护层来对金属腐蚀进行防护：

（1） 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5～20μm，在大气中有较好的耐蚀性。

（2） 氧化处理：将钢铁制品加到NaOH的混合溶液中，加热处理，其表面即可形成一层厚度约为0.5～1.5μm 的蓝色氧化膜(主要成分为四氧化三铁)，以达到钢铁防腐蚀的目的，此过程称为发蓝处理。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、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，炮、机器常涂矿物性油脂等。

（4） 金属保护层：它是以一种耐腐蚀性较强的金属或合金镀在被保护的另一种金属制品表面上所形成的保护镀层。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。

3、电化学保：金属发生电化学腐蚀时，总是作为原电池的负极的金属被腐蚀而作为正极的金属不被腐蚀。因此，关键是防止金属形成原电池的负极，让被保护金属成为正极。 （１）牺牲阳极的阴极保：将被保护的金属(阴极) 和电极电势较低的金属(作为牺牲性阳极而溶解掉) 接在一起,在发生腐蚀时，活泼金属被腐蚀而使被保护金属不被腐蚀。

例如海上航行的船只,在船底四周镶上锌块,此时,船体是阴极受到保护,锌块是阳极代替船体而受腐蚀。

（２）外加电流的阴极保；将被保护的金属接在外加电源的负极上使之成为阴极,正极则接到一些废铁上作为牺牲性阳极或接到某些导体如石墨、高硅铸铁、铅银合金、镀铂钛等上面作为惰性阳极，这样阴极金属就会被保护。在化工厂中一些装有酸性溶液的容器或管道以及地下的水管或输常用这种方法防腐。

4、 缓蚀剂法：缓蚀剂是一类能够防止或减缓金属腐蚀的无机物或有机物目前应用范围较广,具有用量少、保护效能高、不改变金属制品性能,使用方便等优点。无机缓蚀剂如铬酸盐、钼酸盐、钨酸盐、亚盐等。有机缓蚀剂如炔醇类、羧酸盐类、杂环类、有机磷酸盐类、胺类、醛类等譬如医院中常用&解新洁尔灭和多亚钠溶液浸泡钢制器械, 以达到消毒和防腐蚀的双重目的。

5、 寻找新的耐腐蚀替代品：上述四大对策只能防护不能根治。解决金属腐蚀问题的根本方法是研制开发新的耐腐蚀材料,如特种合金、新型陶瓷、复合材料等。比如实验室中常用铂作坩锅或惰性电极,防腐效果很好,但因其成本太高而不可能在工业上大规模使用。不锈钢则是便宜得多因而也用得较为普遍。钛也是一种很好的耐腐蚀金属。由爆炸焊接新技术制造出的一种钛钢复合材料,既不怕酸、碱、盐等的腐蚀,价格也较低。化工厂的反应罐、输液管道,用钛钢复合材料来替代不锈钢,使用寿命可大大延长。科学家研制成功的一种貌似玻璃的透明金属,称“金属玻璃”,它具有很高的抗张强度,还对外界酸碱的侵蚀显现出惊人的抵抗力。精密陶瓷,已开始在精密机械和化工领域取代金属材料和高分子材料。在宇航、核能等领域中,工程陶瓷可取代昂贵的耐蚀、耐热合金。随着科技的进步,新的耐腐蚀材料正层出不穷。