浅谈金属防腐蚀办法

一、金属腐蚀
金属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，腐蚀现象是十分普遍的。从热力学的观点出发，除了极少数贵金属(Au、Pt等)外,一般金属发生腐蚀都是一个自发过程。
人们已经认识到使用的金属很少是由于单纯机械因素(如拉、压、冲击、疲劳、断裂和磨损等)或其他物理因素(如热能、光能等)引起的破坏的，绝大多数金属材料的破坏都与其腐蚀因素有关，因此金属材料的腐蚀己成为当今不可忽略的重要问题。

另外，金属腐蚀给人类社会带来的直接损失是巨大的。20世纪70年代前后，许多工业发达国家相继进行了比较系统的腐蚀调查工作，并发表了调查报告。结果显示，腐蚀的损蚀占全国GNP的1%到5%。这次调查是各国政府关注腐蚀的危害，也对腐蚀科学的发展起到了重要的推动作用。
在此后的30年间，人们在不同程度上进行了金属的保护工作。在以后的不同时间各国又进行了不同程度的调查工作，不同时期的损失情况也是不同的。有资料记载，美国1975年的腐蚀损失为820亿美元，占国民经济总产值的4.9%；1995年为3000亿美元，占国民经济总产值的4.21%。
这些数据只是与腐蚀有关的直接损失数据，间接损失数据有时是难以统计的，甚至是一个惊人的数字。我国的金属腐蚀情况也是很严重的，特别是我国对金属腐蚀的保护工作与发达的工业国家相比还有一段距离。
据2003年出版的《中国腐蚀调查报告》中分析，中国石油工业的金属腐蚀损失每年约100亿人民币，汽车工业的金属腐蚀损失约为300亿人民币，化学工业的金属腐蚀损失也约为300亿人民币，这些数字都属于直接损失。
如该报告中调查某火电厂锅炉酸腐蚀脆爆的实例，累计损失约15亿千瓦·时的电量，折合人民币3亿元，而由于缺少供电量所带来的间接损失还没有计算在内。所以说，金属腐蚀的损失是很严重的，必须予以高度的重视。

二、金属防腐方法
针对金属腐蚀的原因采取适当的方法防止金属腐蚀，常用的方法有：
1.结构改变法
例如制造各种耐腐蚀的合金，如在普通钢铁中加入铬、镍等制成不锈钢。
2.保护层法
在金属表面覆盖保护层，使金属制品与周围腐蚀介质隔离，从而防止腐蚀。如：
（1）在钢铁制件表面涂上机油、凡士林、油漆或覆盖搪瓷、塑料等耐腐蚀的非金属材料。
（2）用电镀、热镀、喷镀等方法，在钢铁表面镀上一层不易被腐蚀的金属，如锌、锡、铬、镍等。这些金属常因氧化而形成一层致密的氧化物薄膜，从而阻挡水和空气对钢铁的腐蚀。
（3）用化学方法使钢铁表面生成一层细密稳定的氧化膜。如在机器零件、枪炮等钢铁制件表面形成一层细密的黑色四氧化三铁薄膜等。

3.电化学保护法
利用原电池原理对金属进行保护，设法消除引起电化腐蚀的原电池反应。电化学保护法分为阳极保护和阴极保护两大类，应用较多的是阴极保护法。
4.牺牲阳极保护
此法是将活泼金属（如锌或锌的合金）连接在被保护的金属上，当发生电化腐蚀时，这种活泼金属作为负极发生氧化反应，因而减小或防止被保护金属的腐蚀。这种方法常用于保护水中的钢桩和海轮外壳等。
例如水中钢铁闸门的保护，通常在轮船的外壳水线以下处或在靠近螺旋浆的舵上焊上若干块锌块，来防止船壳等腐蚀。
5.外加电流保护
将被保护的金属和电源的负极连接，另选一块能导电的惰性材料接电源正极。通电后，使金属表面产生负电荷（电子）的聚积，因而抑制了金属电子，而达到保护目的。此法主要用于防止在土壤、海水及河水中的金属设备受到腐蚀。
电化学保护的另一种方法叫阳极保护法，即通过外加电压，使阳极在一定的电位范围内发生钝化的过程。可以有效地阻止或防止金属设备在酸、碱、盐类中腐蚀。
6.处理腐蚀介质
消除腐蚀介质，如经常揩净金属器材、在精密仪器中放置干燥剂或在腐蚀介质中加入少量能减慢腐蚀速度的缓蚀剂等。

三、防锈颜料种类
用于防腐涂料的防锈颜料的种类较多，其常见有以下几种：
1.与成膜剂起反应形成致密的防腐涂层；
2.颜料是碱性物质，溶于水则形成碱性环境；
3.水溶性的成分到达金属表面使表面钝化；
4.与酸性物质反应使其失去腐蚀能力；
5.水溶性成分或与成膜剂的反应生成物在水中溶解变为防腐成分等。

四、机理
防锈颜料的上述防腐作用通常是同时存在的，其防腐机理包括下列物理、化学、电化学的三个方面。
1.物理防腐作用
适当配以与油性成膜剂起反应的颜料可以得到致密的防腐涂层使物理的防腐作用加强。例如含铅类颜料与油料反应形成铅皂使防腐涂层致密，从而减少了水、氧等有害物质的渗透。
磷酸盐类颜料水解后形成难溶的碱式酸盐，具有堵塞防腐涂层中针孔的效果。而铁的氧化物或具有鳞片状的云母粉、铝粉、玻璃薄片等颜料填料均可以使防腐涂层的渗透性降低，起到物理的防腐作用。
2.化学防腐作用
当有害的酸性碱性物质渗入防腐涂层时，能起中和作用变其为无害物质，这也是有效的防腐方法。尤其是巧妙地采用氧化锌、氢氧化铝、氢氧化钡等两性化合物，可以很容易地实现中和酸性或碱性的有害物质而起防腐作用，或者能与水、酸反应生成碱性物质。
这些碱性物质吸附在钢铁表面使其表面保持碱性，在碱性环境下钢铁不易生锈。

3.电化学防腐作用
从涂层的针孔渗入的水分和氧通过防腐涂层时，与分散在防腐涂层中的防锈颜料反应形成防腐离子。这种含有防腐离子的湿气到达金属表面，使钢铁表面钝化（使电位上升），防止铁离子的溶出，铬酸盐类颜料就具有这种特性。
或者利用电极电位比钢铁低的金属来保护钢铁，例如富锌涂料就是由于锌的电极电位比钢铁低，起到牺牲阳极的作用而使钢铁不易被腐蚀。