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金属材料的腐蚀与防腐的研究进展

发表时间：2021/4/15 来源：《基层建设》2020年第32期作者：隋冉

[导读] 摘要：随着我国经济快速发展，钢铁等金属材料的产量和消耗量日益增大，这些金属材料在长期使用过程中，面临的一个主要问题就是腐蚀问题，腐蚀会造成材料损坏，影响其性能作用的有效实现。

        中车齐齐哈尔车辆有限公司黑龙江齐齐哈尔 161000
        摘要：随着我国经济快速发展，钢铁等金属材料的产量和消耗量日益增大，这些金属材料在长期使用过程中，面临的一个主要问题就是腐蚀问题，腐蚀会造成材料损坏，影响其性能作用的有效实现。为确保金属材料的使用性能，明确金属材料腐蚀的原因，采取科学的防腐措施，实现金属材料性能的优化，延长金属材料使用寿命已成为相关领域研究的重点。
        关键词：金属材料；腐蚀；防腐
        1金属材料的腐蚀
        金属材料的腐蚀是指金属材料与其周围介质接触时发生化学或电化学反应而引起的一种破坏金属材料自身的现象。自然界中，大部分金属以其各种化合物形式存在，而金属元素的化学活性通常高于其化合物，因此这些金属会自发地演变成它们在自然界中的本身存在状态，所以金属腐蚀是自发的、普遍存在的一种现象，是不可避免的。根据金属材料腐蚀发生的机理，通常可将腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀。化学腐蚀是指金属材料与周围介质中存在的非电解质发生接触后，发生了氧化还原化学反应，是金属表面的原子与腐蚀介质产生直接作用而形成的腐蚀现象，如金属材料在有机溶液（芳香烃、原油等）中所发生的腐蚀。电化学腐蚀主要是指金属材料与电解质进行接触后，金属表面与电解质溶液发生化学反应，进而形成吸氢腐蚀或析氢腐蚀的腐蚀现象，如碳钢与空气中的氧气、二氧化碳以及水等发生吸氧或析氢作用，最后变成铁锈。
        2金属材料腐蚀原因分析
        2.1电化腐蚀
        电化腐蚀的形成机理是由金属材料与电解质溶液之间的作用而发生。一般来讲，主要是由于压力容器在实际的使用中或通过某种方式而形成阴极区域，进而形成了电化学电池。另外，由于构成阴极区域形成因素较多，如不同的金属材料、金属中的夹渣杂质以及浓度差区域等等，都是构成金属材料腐蚀的重要过程，所以，在针对金属材料设备进行设计中，对于金属选材及设计结构要进行多角度考虑。
        2.2均匀腐蚀
        均匀腐蚀相对其他类型金属腐蚀危害性较小，其特点主要变现为在金属表面发生均匀的腐蚀作用。因此，在设备设计时需充分考虑到采用耐腐蚀材料以保证设备强度要求及使用寿命。另外，针对于石油化工装置，应考虑到其介质腐蚀性、设备预期使用寿命、材料耐腐蚀性及价格等进行综合权衡。
        2.3应力腐蚀
        应力腐蚀机理是金属受应力及腐蚀性介质的共同作用下，能够产生腐蚀裂纹并迅速扩散的过程，其是金属材料早期脆性破坏的重要表现形式。一般情况下，如若设计在应力值范围内，其腐蚀速度并不十分明显，然而对于某些特定金属而言，一旦在腐蚀性介质和温度的共同作用下即可发生应力腐蚀现象。
        2.4点蚀
        金属材料点蚀现象最主要的特点就是凹坑式腐蚀，具有很强的局部特征。金属材料一旦发生点蚀现象将严重影响设备使用寿命，而引起点蚀现象发生的因素较多，对于蚀空的存在又将加速腐蚀速度，因此，金属材料表面加工质量是重要因素。
        2.5晶间腐蚀
        晶间腐蚀发生位置在晶粒边界处，其腐蚀特点表现为延边缘向深处发展，进而对晶粒间连接槽进行破坏，降低金属材料力学性能，从金属材料表面来看，并不能发现其破坏的突然性，虽然对金属材料的损失较小，但对设备却造成极大的损害。如针对金属材料焊接时温度达到500～800℃，其焊接晶粒边界处即会出现铬的碳化物，特别是在不锈钢焊接时，若未做出相关稳定化处理，变化出现晶间腐蚀现象。因此，为有效降低腐蚀所产生的影响，一般可采用焊接热后处理法或低碳不锈钢等方法进行处理。

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        2.6高温氧化
        高温氧化腐蚀最主要特点即是高温与氧化，从其腐蚀机理来看属于化学腐蚀的一种。主要是以碳钢和低合金钢在高温环境下快速氧化为表现形式，多发生在400～800℃之间，而合金金属铬具有抗高温氧化的性能，因此，在高温环境中一般选用金属铬形成氧化膜附着于金属表面，以来增强金属抗氧化能力。
        3金属材料防腐的研究进展
        3.1保护金属表层
        金属的磷化处理：金屬的磷化处理，对于金属的腐蚀问题也有很好的处理作用。磷化处理也就是说将钢铁制品去油除锈之后，然后在使用特质的磷酸盐溶液，将其进行浸泡，使得金属材料的表面形成一种不溶于水的磷酸盐薄膜，这种薄膜可以很好的提高金属的耐腐蚀性，从而也就避免了金属的腐蚀现象。
        金属的氧化处理：首先，进行相应的金属氧化处理，将钢铁的制品添加到NaOH和NaNO的混合液当中，然后在进行相应的加热处理，加热处理完成后，金属的表面将会形成一种约有0.5-1.5um 厚的蓝色氧化膜[2]，这种氧化膜可以很好的对金属进行相应的保护，从而也就有效的避免了金属的腐蚀问题。
        非金属涂层：也就是在金属材料的表面涂上一些非金属的材料，以起到相应的保护作用。可以采取的材料，就比如说是油漆、塑料、矿物性质油脂等非金属材料，以非金属材料的油脂保护性来对金属腐蚀的问题进行控制。
        3.2重型防腐油漆涂装防腐技术
        在涂料防腐技术中，其防腐原理是利用涂料的密封性将金属与腐蚀介质进行隔离，防止金属与腐蚀介质发生物理化学反应，进而起到阻止或减缓介质对金属的侵蚀。防腐涂料的构成又分为底漆、中间漆和面漆三部分组成。对于防腐油漆涂层而言，难免受时间、环境等因素影响，而产生老化现象，进而影响其防腐功能。因此，在实际的金属材料防腐保护工作中，应重点认识到金属材料腐蚀所带来的危害，不断探索及改进涂料防腐技术，在对金属表面进行初次涂装后，仍需进行定期刷面漆，做好金属材料表面涂料维护工作，该技术常用于室外钢结构等金属材料防腐工作。除此以外，在针对金属设备的定期维护和保养过程中，需及时对之进行喷砂除锈处理，对于掉漆部位及时补漆。如在石化工业当中，针对腐蚀性及金属类的预期使用寿命，充分考虑材料结构与价格，对之表面进行防腐油料涂抹，或可采用电镀防护膜的方式进行防腐。
        3.3热喷涂防腐技术
        热喷涂，就是将某些特定的材料进行高温处理后，变成微粒状物质，再利用专门工具将其以很高的速度喷涂于车辆表层，以形成具有一定保护功能的涂层。根据加热方法以及加速方式的不同，可将其分为不同的类型，要结合现场实际进行选择。实践表明，热喷涂技术的应用可显著提高车辆的防腐蚀性能，从而大大的延长其可用寿命。
        3.4电流法进行保护
        电流法的保护措施，在金属腐蚀保护措施当中的应用，还是较为广泛的。具体的操作就是将被保护的金属与另一附加电极作为电池的两极，电池的阴极所连接的是被保护的金属，再通过外加直流电的方式，使得阴极所连接的金属得到保护。这会直接降低因为水分影响而形成的金属腐蚀问题发生概率。
        结语
        综上所述，金属材料具有重要的应用价值，金属材料的腐蚀防护工作也是科技工作者研究的重要课题。目前，随着对金属材料腐蚀工作的深入研究，金属材料防腐技术与工艺已取得了一定的成效，但部分具备强抗腐蚀能力的新材料由于成本原因在推广使用过程中受到限制，一些防腐工艺方法也面临危害环境、工艺成本高、操作条件复杂等问题。因此，进一步开展金属材料的腐蚀防护措施研究具仍有重要研究价值与现实意义。
        参考文献：
        [1]邹绍维.金属材料的腐蚀与防腐措施研究[J].中国石油石化，2017（03）：93-94.
        [2]张卓然.金属材料的腐蚀与防腐措施[J].中国战略新兴产业，2017（40）：142.