摘要:当今社会,金属材料的应用范围非常广,许多行业产业都会用到金属材料,比如在航空、兵器、汽车等制造业当中都会得到应用,还需要不断拓展材料的使用范围。然而,在对金属材料的利用期间会受到很多外部原因的制约,所以就会呈现出很多金属材料的腐蚀现象。而这种腐化侵蚀对金属材料的伤害非常大,对其功能有很大影响,所以,重视金属材料的抗腐蚀这项任务就非常关键了。这有助于它们真正作用得以施展,同时也增加了其使用期限。
关键词:金属表面;防腐材料
引言
金属材料与它所处的环境介质之间发生化学、电化学或物理作用,引起金属的变质和变坏,称为金属腐蚀。在各个行业领域中,应用金属材料发挥着重要的作用,但是,在实际应用金属材料时,材料本身时常有腐蚀现象出现,这样使得金属制品的各种力学性能受到严重影响。
1金属材料概述
金属元素是金属材料的主要构成部分,金属材料是什么呢？就是具有金属特征的材料。通常被我们广泛使用的金属材料大都以纯金属、合金、金属化合物还有特殊金属材料为主,它们的机械功能就是它们的主要功能。对它们详细进行划分,可分成工艺功能与使用功能。工艺功能的涵义是指金属材料在机器部件加工制作时于不同温度加工前提下所呈现出的功能,这种功能与它们在加工期间制作成型的适应能力有直接联系,然而,因为金属进行加工的生产条件是不一样的,所以会导致它们的工艺功能有一些不同的地方。金属材料在运用期间所呈现出的功能就是它们的使用功能,使用功能的优劣对金属材料的运用领域与使用期限有直接影响。金属材料在机械加工领域运用的机械部件比较多,它们都需要在常温、常压以及不易腐化侵蚀的载体的条件下运用,并且,在运用期间所需承受的负荷是不同的。在负荷作用在金属上的时候,金属材料需具备相对强的抵御损坏的能力,也就是金属材料的机械功能,同时也是金属材料制作时的主要根据,在详细的制作过程当中和选取材料的过程中,要根据外加负荷特质选择合适的金属材料机械功能。性能不一样对金属材料各种性能的需求也是不相同的。
2金属表面防腐材料的研究进展
2.1自愈合涂层
近年来,发展十分迅猛的自愈合涂层的种类越来越多,高分子材料为主要成分仍然是大多数的自愈合涂料的选择。目前自愈合涂层体系还没有健全,根据触发原理来划分自愈合涂层,可分为自发性与非自发性两种类型。非自发性自愈合涂层需要在外界条件的影响下才能具备受损后自愈合的功能。修复剂在非自发性自愈合涂层与自发性自愈合涂层中都含有,但自发性自愈合涂层中修复剂发生交联固化反应不需要外界环境刺激。由于环氧树脂具有各种优良的特性,在金属材料表面防腐中使用广泛。
2.2缓蚀剂
在环境(介质)中以适当的形式和浓度存在,使金属腐蚀受到抑制的化学物质称为缓蚀剂。质量分数在0．1%～1%之间为缓蚀剂的用量,效果显著但含量小。缓蚀剂受缓蚀剂浓度、外部环境温度及溶液的pH值等多种因素的影响。按化学成分分类,缓蚀剂可分为无机、有机以及聚合物类缓蚀剂。在酸性环境中,防止金属材料腐蚀的有效方法是使用缓蚀剂。目前不同类型的有机和无机化合物作为缓蚀剂已合成,例如杂环化合物(由氮、氧和硫原子组成)。防腐蚀化学品的广泛使用,为降低对环境和人类造成的危害,在使用缓蚀剂过程中,开发绿色环保且缓蚀效率高的新品种成为当前研究的热点。对金属表面进行化学预处理采用环保型硅烷基涂料,可以增加金属表面与有机涂料的黏结强度,金属基材的抗腐蚀性能也增强。近年来,通过开展几种类型的硅烷组合,以及添加无机与有机缓蚀剂或阻挡纳米颗粒来增加硅烷基涂层防腐蚀效果方面的研究工作。
2.3石墨烯涂料
石墨烯研究和应用快速发展的主要原因是石墨烯具有优异的力学、热学、电学等性能以及低价格原料。石墨烯的应用常通过制成石墨烯纳米复合材料实现,可使高分子涂料的孔洞和缺陷中填充粒径较小的石墨烯,形成致密隔绝层以层层叠加方式,防水作用效果显现。此外,在聚合物涂层中,力学性能优良的石墨烯,可以提高抗磨性能。
3加强金属表面防腐材料的措施
3.1科学合理选材
金属材料在使用过程中,通过科学合理的选材,能够避免很多腐蚀现象。合理选材的要点如下:①充分了解金属材料的使用、存放环境因素,重点弄清楚对金属材料腐蚀产生明显作用的空气湿度、温度、压力、介质种类、含氧量以及固体悬浮颗粒物质等情况;②对金属材料的使用范围、规格、时间要求等相关资料进行认真研究;③按实际测试数据,进行仿真模拟实验,保证实验环境下金属材料的耐腐蚀性达到要求,进而获取选材的可靠数据;④综合衡量金属材料的经济性和耐腐蚀性。在实际选材过程中,还要结合实际金属材料的应用途径,如使用的钢材,可以根据具体使用耐腐性能要求的不同,加入镍元素,制作成不锈钢,可以大大增强刚才的抗腐蚀能力。
3.2镀层防腐
很多金属材料防腐都需要用到镀层防腐的方式,这种方式就是用防腐涂料,对金属材料的表面进行处理,形成防腐保护层。镀层能够使得金属材料与外界的介质有效隔离,进而阻止金属材料的表层原子与外界介质发生相互作用。镀层防腐,在很多金属管材中很常见,如水管中的镁锌镀层,其防腐效果很好。镀层防腐的优点在于防腐时间较长,金属表面的镀层均匀,如镀铬、镀镍镀层有较好外饰面效,很多装饰材料在防腐处理过程中,就使用这类镀层防腐。但是,镀层防腐中,一些其他防腐方法,如扩散渗镀,电镀废液中金属元素含量大,处理的难度较大,如果处理不当,会造成严重的环境污染问题。以下是主要的镀层防腐方法介绍:(1)扩散渗镀。扩散渗镀,是目前金属材料防腐领域,应用较多,并且防腐效果相对稳定的防腐方法。这种防腐方法的主要原理是通过在金属材料的表面,渗入相关的防腐材料,防腐材料在金属材料的表面,形成合金化合物,合金化合物通常具有较好的防腐性能。例如,在渗镀防腐工艺中,把待镀的金属材料预先埋置在惰性填料、氯化物等防腐材料组成的包渗箱中,在通过一定的温度条件,使得渗入的金属元素之间相互扩散,最终形成一种防腐能力很强的合金覆盖层。(2)喷镀方法,就是通过高压气体压力作用,用喷枪将熔融金属的防腐元素喷到金属材料表面,从而形成一种有效的防腐保护层。这种防腐方法在实际作业过程中,常适用于熔点高的金属材料,因为熔点高,所以使用喷枪将高温熔融后的惰性防腐材料元素,喷到金属材料表面,能够形成有效的覆盖层。一些大面积的工件,经常需要进行喷镀处理进行防腐。(3)电镀就是利用电流和电解液的相互作用,析出金属,将析出的金属作为金属工件材料的表面沉积结晶,这种结晶体就是电镀层。电镀防腐技术应用也很广泛,经常在一些耐磨金属器件、电极金属材料防腐中使用。不过这种电镀层防腐措施,需要耗费较多的电量。
结束语
金属表面防腐材料的制备与性能研究,有很多研究成果已在实际生产中进行应用。制备了各种自愈合防腐涂料、新型缓蚀剂、石墨烯复合涂料,这些材料提高了金属的耐腐蚀性,金属材料表面能够长期稳定不被腐蚀。在将来的研究中,研究重心在开发现有材料的同时,还应该思考原料成本、环境影响、工艺条件等问题,使得金属表面防腐材料的开发向着更加节约成本、绿色、实用的方向发展。
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