金属腐蚀的防护与利用

1、钢铁具有优良的机械性能。 普通碳钢在大气中容易腐蚀，在湿热、海洋环境中更易腐蚀。普通钢铁不保护，并没有应用价值。 钢铁防腐蚀措施能使钢铁及许多金属以可接受的成本，在工业上广泛应用，构成现代工业文明。,一、 金属材料的耐蚀性,隔离层 设计金属构件时，应避免两种电极电势差大的金属直接接触。需要装配在一起时，应加隔离层： 喷绝缘漆，衬塑料或橡胶垫； 铝合金与钢铁组合时，铝合金表面阳极氧化，钢铁件镀锌后使用。,选择适当金属材料 接触一般性溶液的，可使用镍、铜。 接触氧化性性溶液的，可使用钛、钽。 不锈钢是铁合金，含铬11.530%,镍22%。 不锈钢在氯化物介质或做应力构件时，还不如普通的碳钢。,替代

2、金属的材料 橡胶、塑料的强度和硬度低，不耐高温。 陶瓷的耐蚀性和耐热性高，但太脆。 石墨的耐蚀性、导电性和导热性好，但脆。 木材腐蚀环境一般不用。,二 防止介质对材料的腐蚀,1 隔绝介质与材料的接触 采用覆盖层，将金属或合金与周围的介质隔离开，达到防腐蚀的目的。 常用的钝化保护膜有氧化膜和磷化膜。,特点：膜薄（0.5-1.5m）； 有一定的防腐效果。 反应：Fe NaNO2+NaOH Na2FeO2 Fe NaNO3+NaOH Na2Fe2O4Fe3O4 条件：145-150,钢铁发蓝或发黑 生成致密的蓝黑色四氧化三铁膜。,钢铁零件放入高浓度的氢氧化钠和硝酸钠或亚硝酸钠混合溶液中，在14015

3、0处理得到的。 发蓝过程中不产生氢气，避免氢脆，用于弹簧表面的处理。 因在湿气中防腐蚀性差，处理后涂防护油。,磷化 目前钢铁防腐蚀费用的三分之二用于形成漆膜，来保护钢铁。磷化自从二十世纪三十年代以来，作为涂料底层在工业上广泛应用。 磷酸和磷酸二氢盐（如锰、锌、铁盐）溶液（pH=4）在一定温度下处理金属工件.,金属与氢离子反应，消耗工件表面的氢离子，使工件表面pH上升，沉积一层磷酸盐覆盖层，称为磷化膜。 常磷化的金属有钢铁、锌和铝合金，主要用于钢铁和镀锌板 。 锰盐磷化膜较厚，起减磨润滑作用，采用磷酸二氢铁锰盐，俗称马日夫盐。,反应：Fe H3PO4，Zn(NO3)2 Zn3(PO4)2.xH2

4、O M3(PO4)2.xH2O 其中M是Mn2+、Zn2+、Fe3+ 条件：一般 50-70,锌盐磷化因使漆膜的附着力和防腐蚀性都得到了提高，目前得到广泛应用。 锌的浓度较高，则沉积出水合磷酸锌；锌的浓度低，析出的为水合磷酸锌铁。,锌盐磷化膜的机理。 具体表现为： 磷化膜层与基体金属和有机漆膜结合很好； 减小涂层下的腐蚀电流； 抑制氧和水的扩散。,金属保护层,电镀的原理： 阳极溶解，阴极沉积出金属。 过程: 去污 除油； 再酸洗去氧化层，露出金属； 选择电镀液；,目前工业上电镀的主要品种是镀锌、镀镍。电镀占防腐业务量的约三分之一。 镀锌约占电镀业务量的一半，主要用于保护钢铁。 装饰性电镀为镀镍

5、，有铜-铬-镍体系、二层镀镍体系和三层镀镍体系，如一些自行车的车轮圈、车把等处。,我们的镀锌实验采用目前应用最多的氯化钾光亮镀锌。 阴极为待镀的零件，阳极为锌棒。 镀液为氯化锌、氯化钾溶液。 由硼酸构成饱和溶液，形成缓冲溶液，维持pH=4。 光亮剂是一些有机化合物。,2 改善环境气体介质 易腐蚀的仪表、器件等封到一个小环境中，采用干燥剂来保护。 常用含氯化钴的硅胶作干燥剂，靠颜色变化来指示干燥剂的干燥能力。,硅胶变为粉红时，表示已经没有吸附能力，需要加热再生。,在密封装置中使用干燥剂或直接充入干燥空气，控制相对湿度在35%以下，金属不易生锈，非金属不易发霉。 采用空调设备除湿，使整个库房的湿度

6、控制在规定的范围内。 在密封装置中，可以采用充入氮气，或去氧封存。,3控制和改善环境液体介质 发电厂的锅炉、管道等发生吸氧腐蚀，给水加热煮沸，可以除去水中的溶解氧。 加入联氨（肼）除氧，同时还可除氧化皮。,缓蚀剂：在腐蚀性溶液中减轻金属的腐蚀。 缓蚀剂分为无机物和有机物。 AsCl3、SbCl3等在阴极区被还原，还原产物(As、Sb)沉积于阴极区，使氢离子难反应。,K2Cr2O7,亚硝酸钠等使生成金属钝化膜，减缓腐蚀。,有机缓蚀剂中需要含有孤对电子原子(S、N等)或不饱和键(炔基)基团，都能与金属原子的d轨道形成d-d，d-配位键，吸附于金属表面。 有机缓蚀剂的疏水性基团在金属表面指向溶液作定

7、向排列，形成单分子层疏水薄膜，抑制金属溶解。,三 电化学保护法,阴极保护法： 牺牲阳极法,用活泼的金属（如Zn、Al）作阳极，使被保护金属成为阴极。,把被保护金属与直流 电源负极连接，被保护 金属成为阴极。,外加电流法,四 化学腐蚀的利用,1 阳极氧化，主要用于铝合金。,金属挂在电解池的阳极上，用酸边溶解，边生成氧气，把金属氧化成其氧化物。,膜厚：未氧化前，铝上氧化膜的厚度0.010.05m，太薄，保护性不够。 硫酸阳极氧化后 35m。,氧化膜靠近基体金属一边是厚度仍为0.010.05m的纯氧化铝； 靠近电解液一边是由酸蚀形成的多孔的氧化膜，由氧化铝和一水合氧化铝构成。,阳极（Al）：2Al+

8、3H2O-6e-Al2O3+6H+ 阴极（Pb）：2H+2e-H2,封闭处理：需要封闭氧化膜上的孔，在铬酸盐溶液中浸一下，生成碱式盐使膜体积膨大，填充孔。 染色处理：氧化膜能吸附各种染料，既形成需要的颜色，有起封闭膜孔的作用。 经过封闭或染色的氧化膜才达到要求的保护厚度。,2 电解抛光 电解过程中，阳极工件溶解， 工件表面凸出部位的溶解速率大于其他部位的溶解速率， 靠这种溶解作用使金属表面平整，从而光亮。 电解抛光液有磷酸、稀硫酸、铬酸和高氯酸。磷酸最常用，内加少量铬酸。,磷酸及其盐粘度高，不结晶，在金属表面形成粘性薄膜。 薄膜发生极化，减缓金属的溶解。 凸起部分膜薄，凹陷部位膜厚。凸起部分极

9、化程度小，溶解快。,3 化学铣削 化学铣削又称腐蚀加工。 不需要腐蚀的地方用涂层保护起来，浸入腐蚀液进行腐蚀。 步骤：金属表面清洁处理、涂防蚀涂层、刻画涂层的图形、腐蚀加工、去掉防蚀涂层。,防蚀涂层目前常用氯丁橡胶或异丁烯异戊二烯共聚物。加工条件下粘附在金属上，加工后易剥离。 印刷线路板 塑料在制造时表面粘上一层铜箔，把铜箔不需要的部分溶解下来，剩余的作为电路的导线，在上面焊电子元件。 我们安排这方面的示意实验：,实验步骤： 1、预处理 清除铜箔上的油污和污物，保证涂漆时得到的漆膜均匀完整。 2、涂漆 使用的是硝基磁漆，挥发溶剂后干燥，又可以用适当的溶剂溶解掉。,3、腐蚀 用三氯化铁溶液腐蚀未用漆膜保护的铜箔。,4、化学镀银 用六次甲基四胺在水中离解出的甲醛来还原银离子，得到金属银。 5、钝化处理 钝化的目的是为了在银表面生成一层透明很薄的氧化膜，降低银表面的活性，因为银接触氯化物或