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第六章防锈蚀包装 第一节金属制品锈蚀原理第二节防锈包装材料及方法第三节气相防锈包装技术 第一节 金属制品锈蚀原理 金属锈蚀对金属制品及材料具有非常严重的破坏作用 实验证明 金属制品因金属锈蚀而造成的损失远远超过原有材料的价值 金属制品锈蚀的原理包括金属锈蚀的机理和影响金属锈蚀的因素 一 金属锈蚀的机理 金属锈蚀是指金属与周围介质 气体或液体 发生化学或电化学作用所引起的破坏现象 按金属锈蚀的机理 金属锈蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀两种类型 其中 电化学腐蚀是破坏金属的主要形式 对于大多数金属的锈蚀也是发生电化学锈蚀而造成的 金属发生电化学锈蚀必须同时具备以下三个条件 金属上各部分 或不同金属间 存在着电极电位差 具有电极电位差的各部分必须相联 具有电极电位差的各部分要处于相联通的电解质溶液中 金属锈蚀的机理 1 化学锈蚀原理化学锈蚀是指金属与周围介质 O2 CO2 H2S Cl2 HCl SO2 H2等 中发生直接化学作用而引起的锈蚀 特点 锈蚀过程中没有电流产生 并且锈蚀产物沉积在金属制品表面 在化学锈蚀过程中 如果所生成的锈蚀物不是以完整的膜留在金属表面上 介质则可以无阻碍地与金属表面接触 继续按吸附 分解 化合的程序锈蚀 如下图所示 金属锈蚀的机理 若形成的膜很紧密 很完整 能把金属和介质隔离开 阻碍它们互相接触 则可保护金属不遭受进一步的锈蚀 由一层锈蚀产物组成的 能把金属表面遮盖起来 从而降低金属锈蚀速度的薄膜 称为表面保护膜 金属锈蚀的机理 化学锈蚀一般可以分为五个类型 1 化学腐蚀后逐步形成保护膜而形成挥发性产物 腐蚀速度仅由化学反应速度决定 即氧化物的升华速度 Q K Q 单位面积金属表面上锈蚀的金属重量 时间K 常数锈蚀量与时间成直线关系 金属锈蚀的机理 2 在金属表面上形成不完整的膜 如膜中有许多裂缝或较大的气孔 这种膜不具有保护作用 介质仍然能够在金属表面没有被膜覆盖的部分同金属相互作用 继续进行锈蚀 因而锈蚀量与时间之间也是直线关系 如钾 钠 钙 镁等 3 在金属表面形成完整的膜 膜对于化学腐蚀的扩散有阻碍作用 因而使腐蚀量随时间的推移而逐渐减少 铁 铜 镍 锰 在此情况下 腐蚀速度由扩散速度和化学反应速度决定 可用下图表示 金属锈蚀的机理 金属锈蚀的机理 4 金属表面形成完整的膜 对化学腐蚀的扩散有很强的阻碍作用 其腐蚀速度与时间成对数关系 如锌 铝等 铁在较低温度下的氧化 也服从对数关系 如下图所示 金属锈蚀的机理 5 很多金属与空气中的氧作用 都会在表面形成一层氧化膜的保护层 这一层膜的厚度与金属的性质 表面状态 氧化温度和介质的组成有关 金属在常温状态和干燥空气中形成的膜非常薄 有些金属如银 铜及铜合金在含硫化物的干燥空气中形成的氧化膜表面会变暗 这种现象称失泽 金属锈蚀的机理 实验证明 金属表面在空气中氧化成膜 或在溶液中钝化成膜 其保护膜的成长过程如为直线规律 则表面氧化膜不具有保护性能 它将不断受到破坏而剥落 钾 若表面保护膜的生长遵从对数规律 则此种保护膜具有良好的保护性能 铝 金属锈蚀的机理 2 金属电化学锈蚀原理是指金属与酸 碱 盐等电解质溶液或潮湿空气接触时 发生原电池或微电池作用 有电流产生的腐蚀过程 也称为电化学腐蚀 是金属材料及其制品破坏的主要形式 金属锈蚀的机理 1 金属的电极电位 金属锈蚀的机理 金属作为一个整体是呈中性的 当金属表面的金属离子由于水化而进入电解质溶液中时 金属表面就带负电 而与金属表面相接触地电解液带正电 图2 4a 金属锈蚀的机理 已进入电解液中的金属离子受金属表面负电荷吸引又重新沉积到金属上的趋势 当金属刚刚浸入电解质溶液中时 由于电解液中金属离子的浓度很低 金属表面离子水化是主要趋势 此时 在金属表面与电解液交界处发生了电位突变 即金属表面同它相接触地电解液层之间有电位差产生 这种电位突变 或称为电位差 就是金属在该电解质溶液中的电极电位 金属锈蚀的机理 不同金属的电极电位是不同的 有些金属表面的离子会进入电解液中成为溶于电解液的正离子而使金属本身 即金属表面 带有负电荷 从而使金属显示负的电极电位 图2 4a 有的金属则相反 电解液中的金属离子回到金属表面上的趋势比金属离子进入电解液中的趋势强 这样带正电荷的离子沉积使得金属表面带正电而显示正的电极电位 图2 4b 在研究金属腐蚀时 金属的电极电位代表着金属在电解液中经溶解而被腐蚀的趋势 金属锈蚀的机理 通常将氢的电极电位规定为零 其它金属与氢作比较 确定出各种金属的电极电位 称为标准电极电位值 表下所列为一些重要的金属的标准电极电位 金属锈蚀的机理 表中位于氢以上的金属称为负电性金属 位于氢以下的金属称为正电性金属 负电性愈强 则离子转入电解液中的可能性就愈大 金属锈蚀的机理 2 电化学腐蚀原理将两种金属放在电解质溶液中 并以导线连接起来时 在导线中就会有电流 i 通过 这就是最简单的原电池 如下图所示 金属锈蚀的机理 整个电化学腐蚀过程是由阳极反应 电子流动和阴极反应这三个环节组成的 三者缺一不可 因此 金属电化学腐蚀的进行必须满足下列三个条件 金属上各个部分 或不同的金属之间 存在着电极电位差 具有电极电位差的各部分金属处于相互接触之中 即相联 具有电极电位差的各部分金属处于互相连通的电解质溶液中 金属锈蚀的机理 电化学腐蚀之所以发生 主要是金属制品表面的电化学不均匀性引起的 在潮湿空气当中 在极薄的水膜下易发生金属腐蚀 因为金属表面电解液膜的形成 主要是水蒸气在金属表面的凝聚 如表面吸附与毛细凝聚 化学凝聚 盐类吸湿凝聚与自然凝聚 且空气中含SO2 H2S HCl CO2 NH3等气体 均可溶于水而形成电解液 加剧金属腐蚀 金属锈蚀的机理 二 影响金属锈蚀的因素 P286 1 金属制品本身的特征对锈蚀的影响 内部因素 金属成分 杂质 2 金属制品的储存环境因素对其锈蚀的影响 外部因素 空气湿度 气温 空气中的有害杂质 第二节防锈包装材料及方法 一 防锈包装材料金属产品在运输及储存过程中的防锈不论采用何种防锈材料和方法 都要进行包装 因此正确选用内 外包装材料 对防锈效果影响很大 常见的防锈包装容器有 纸板盒 瓦楞纸板盒或箱 木盒 塑料容器 金属容器 封套 木箱 常见的内包装材料为包装纸膜 主要有中性原纸 石蜡纸 电容纸 羊皮纸 苯甲酸钠纸 亚硝酸钠 苯甲酸钠防锈纸 气相防锈纸 气相防锈薄膜 塑料薄膜 防潮玻璃纸 塑料复合纸 铝箔 铝塑料膜 铝塑料薄膜纸 布 浸胶布 增强纸 沥青纸 防锈包装材料及方法 二 防锈包装方法防锈包装方法是对处理好的金属制品通过防锈包装材料进行包装达到防锈目的的方法 从防锈的角度看 包装的目的是为了防止外部冲击造成防锈皮膜的损伤 防止防锈剂的流失而污染其他物品 除此之外 包装还应具有便利储运 提高商品价值等目的 防锈包装的效果应从单个包装 内包装和外包装来统一考虑 防锈包装属于内包装 就包装而言主要是进行防潮处理 防锈包装材料及方法 防锈包装方法是根据防锈材料与被包装物的防锈期要求而提出来的 主要有 1 一般防湿防水包装 2 防锈油脂包装 包括涂覆防锈油脂 涂覆硬膜防锈油料 涂覆防锈油脂后用防锈纸包覆 涂防锈油脂用塑料袋包装 用铝塑薄膜包装 3 气相防锈材料包装 主要分为气相防锈材料包装 气相防锈包装 气相塑料薄膜包装 4 密封容器包装 分为刚性金属容器密封包装 非金属刚性容器密封包装 刚性容器中防锈油浸泡包装 密封系统的防锈包装 5 可剥性塑料包装脂 又分为涂覆热浸型可剥性涂料和涂覆溶剂型可剥性涂料 贴体包装 充氮包装 6 干燥空气封存包装和刚性容器干燥空气封存和套封包装等 防锈包装材料及方法 现行的几种防锈包装方法的比较见表20 1 在选择防锈包装时 要把包装对象制品的种类及特性 防锈期限 生产地点 运送路线 发送地的温湿度和空气污染程度等储运环境 运送过程中的搬运状况以及包装材料费用 操作费用和时间等经济性都综合性地进行考虑 其中最重要的是防锈期限 最后 选择合理的防锈方法 防锈包装材料及方法 第三节气相防锈包装技术 一 气相防锈材料原理1 气相防锈材料 它是经特殊配料合成的一种腐蚀抑制剂 防锈粒子气化成气体 在金属表面形成保护膜 切断金属离子与水 氧气接触的可能性 从而达到防锈效果 气相防锈包装技术 2 气相防锈原理在常温下 分子具有比空气高的气化性压力 并释放分子进入封闭的包装空间 和所包装保护的金属表面接触后 分子即浓缩并被现存的湿气分解 形成自由保护离子溶入电解质 电解质中离子同 离子发生反应 取代金属分子附着在金属表面 抑制金属腐蚀的电化学反应发生 分子慢慢地挥发 使包装空间内始终保持 饱和 状态 从而达到长期稳定的防锈效果 气相防锈包装技术 3 气相缓蚀包装材料的缓蚀机理气相缓蚀包装材料在封存后 在常温下自动向被包装的空间内挥发一种或多种缓蚀剂物质 挥发后吸附到金属表面 使金属表面钝化或使活性点失活 实现对金属的防锈 其缓蚀机理有下面三种情况 气相防锈包装技术 1 吸附缓蚀机理 2 成膜缓蚀机理 3 电极过程缓蚀机理 气相防锈包装技术 二 气相防锈材料分类 按载体分有 纸布载体法 缓冲材料法 塑料薄膜载体法 纸塑载体法 可剥离粘胶带法2 按气相缓蚀剂种类分有 黑色金属类 有色金属类 多种金属类 金银专用类 另外 根据特种金属和各专业设备也有与之相适应的防锈包装材料 气相防锈包装技术 三 气相缓蚀包装材料与涂防锈油等封存法相比较 1 气相缓蚀包装材料在封存后挥发的防锈气体无孔不入 因此 对不定形的 表面不平及结构复杂 不易为其它防锈涂层所能涂覆的制件组合件等采用气相缓蚀包装材料最为合适 2 操作方便 能避免包装前的涂油和启封后的清洗等手续 并且有清洁 劳动强度低的特点 3 可减少生产占地面积和工序间的运输量 并能提高包装效率 从整个包装角度来考虑 它比防锈油等普通包装封存法要经济得多 气相防锈包装技术 4 防锈期长 用气相包装材料封存的产品 一般三至五年不需拆换包装 有的可以封存十年以上不致锈蚀 5 包装外观精美 改善了产品装潢 适合现代化文明包装的要求 6 使用范围广泛 可用于机电设备 精密仪器 精密仪表 武器设备 金属零部件等包装 7 不影响内容物的精密度 如我国出口轴承涂国产防锈油产生振动值反超 即涂油后的振动比不涂油时高2 5分贝 而用气相缓蚀包装材料很少出现