什么是金属腐蚀？

什么是金属腐蚀？

金属腐蚀:金属材料受周围介质的作用而损坏，称为金属腐蚀。

金属在腐蚀过程中所发生的化学变化，从根本上来说就是金属单质被氧化形成化合物。

这种腐蚀过程一般通过两种途径进行：化学腐蚀和电化学腐蚀。

金属在环境的作用下所引起的破坏或变质叫作金属的腐蚀。

什么是金属腐蚀？
答 腐蚀是环境作用下引起的破坏和变质。金属或合金的腐蚀，主要是化学作用或电化学作用引起的破坏，有时还同时包含机械、物理或冲刷的破坏作用。

金属腐蚀的定义
腐蚀是金属材料在其成为制品和使用过程中的环境与介质消耗的现象，它是热力学自发过程，是绝对不可逆转的。
金属以其优良的性质，例如导电性、导热性、强度、塑性、耐磨性、铸造性以及其他特性，成为至今仍然是最重要的结构材料，广泛地应用在生产、生活和科学技术的各个方面。
金属的各种制品，在它们的生产和使用过程中都会受到这样或那样的损坏，例如机械磨损、生物性的破坏、腐蚀损坏等等，其中腐蚀损坏易被人们忽视，危害特别大。全世界每年总是付出10%的金属被腐蚀掉的沉重代价。如果不是防腐蚀技术在支撑，腐蚀的消耗将成倍增长，其代价会更大。中国的桐油和大漆统管了中国几千年的防腐作业，创造过郑和船队七下西洋的奇迹，自贡的井盐开采，千百年不衰，都是人们与腐蚀进行了有代价的抗争过程和结果。
那么什么是金属腐蚀呢？金属腐蚀是指金属在环境介质的作用下所引起的破坏或变质，即变成金属化合物的过程。
正确理解这一定义，首先应对“环境”二字的内涵作一定了解。这里的环境是指与金属相接触的物质，例如自然存在的物质：大气、土壤、海水、淡水，生产用的原料、材料及其产品等。
第二，金属腐蚀主要是这些物质与金属发生化学或电化学作用所致，即发生化学腐蚀和电化学腐蚀所致。其结果是金属生锈、开裂、穿孔，有的虽然看不出这些现象，但变质了、变脆了。
重防腐涂料的防腐原理，就是重防腐涂料涂装成膜后，通过隔绝被涂物与外界腐蚀介质的侵入，阻止发生化学或电化学作用，来实现防腐目的。
注1：防腐涂料与涂层技术，都是寻找可以身先士卒地与介质环境抗争的涂层材料，来代替金属表层，使之退居“二线”，进而保全金属材料或设备的整体及其正常运行。
注2：人们致力于防腐蚀的研究，所追求的目标绝不是消除腐蚀，而是选择付出 较少的代价保护高出金属本身价值许多倍的设备、构筑物工程设施。
1.1.2.2 金属腐蚀的原因
在了解金属腐蚀的形成原因之前，还需要了解金属腐蚀的种类：
1.1.2.2.1 金属腐蚀分类
金属腐蚀按照腐蚀作用的机理可以分成三类：
①金属高温气体腐蚀。钢铁在常温和干燥的空气中，一般认为并不腐蚀，但在高温(500～1000℃)下，就容易被氧化破坏，在表面生成氧化皮。如金属在冶炼与轧制过程中的氧化剥落；化学工业中硫铁矿焙炉的腐蚀；石油工艺中高温炉管及核工业设备的高温氧化等，都属于这类腐蚀，人们把这种现象称之为金属的高温气体腐蚀。
②化学腐蚀，即干腐蚀。所谓干腐蚀是指环境中没有液相或凝露现象存在情况下产生的腐蚀，这种腐蚀是金属原子与介质分子两相的介面上直接交换电子，发生直接的化学反应，其特征是腐蚀时没有电流产生。化学腐蚀的介质是不电离不导电的干气体和非电解质溶液。所谓非电解质溶液是指不含有水、不电离的有机化合物，如石油、苯、醇等，这类腐蚀往往比较轻微，所以人们研究得比较少。
③电化学腐蚀，即湿腐蚀。所谓湿腐蚀是指有液体（水）存在即电解质溶液接触的腐蚀过程。其特征是金属原子在阳极区失去电子，腐蚀介质的分子在阴极得到电子，并且伴有电流产生。金属在潮湿空气中的大气腐蚀，在酸、碱、盐溶液和海水中的腐蚀，在地下土壤中的腐蚀，在不同金属接触处的腐蚀等都是电化学腐蚀。电化学腐蚀比化学腐蚀更严重、更普遍。
1.1.2.2.2 形成微电池腐蚀的原因
主要有以下两个方面：
①内部因素。这是指钢铁本身的成分、组织、结晶方向、残余应力、表面转化膜等导致的不均一性，这种不均一性使金属内部有不同电位的区域存在，进而形成微电池。
②外部因素。是指与钢铁表面接触的介质溶液，也就是说钢铁腐蚀受到环境的支配，如果环境改变，腐蚀的状态、速度就会发生变化。例如，把潮湿环境中的金属转移到干燥的环境中，腐蚀速度也会减慢；把海边的金属移到离海岸较远的普通环境之中，腐蚀也会减慢。
表1-1-1 环境与钢的腐蚀速度的关系
腐蚀环境种类 普通钢的腐蚀速度(mm/α)
大气 工业地域 0.15
乡村地域 0.03
水中 纯 水 0.075
盐 水 0.11
地下 —— 0.05
在大气中除了基本的空气成分以外，还含有水分、二氧化硫等气体，以及盐类、烟尘等物质。这些物质的含量因地域不同而呈现较大的差异，并且，这些腐蚀物质含量的差异也会导致金属腐蚀的速度不一样。
表1-1-2 环境条件与腐蚀程度
大气中腐蚀
成分的含量 设施设备所处的环境 宏观气候条件区分
温带 寒带 热 带
干燥 湿润
SO2 0.2mg/m3以下，海盐粒子0.03mg/(㎡.d)以下(相当于乡村大气) 露天 中等腐蚀 中等腐蚀 中等腐蚀 严重腐蚀
半露天 中等腐蚀 中等腐蚀 中等腐蚀 严重腐蚀
无空调室内 中等腐蚀 中等腐蚀 轻微腐蚀 严重腐蚀
有空调室内 轻微腐蚀 轻微腐蚀 轻微腐蚀 轻微腐蚀
SO2 0.02～2.0mg/m3以下，海盐粒子0.3～2.0mg/(㎡.d)以下(相当于工业大气) 露天 严重腐蚀 严重腐蚀 中等腐蚀 极严重腐蚀
半露天 严重腐蚀 严重腐蚀 中等腐蚀 极严重腐蚀
无空调室内 中等腐蚀 中等腐蚀 中等腐蚀 严重腐蚀
有空调室内 轻微腐蚀 轻微腐蚀 轻微腐蚀 中等腐蚀
SO2 0.02～0.2mg/m3以下，海盐粒子2～2000mg/(㎡.d)以下(相当于海洋大气) 露天 极严重腐蚀 严重腐蚀 轻微腐蚀 极严重腐蚀
半露天 极严重腐蚀 严重腐蚀 —— 极严重腐蚀
无空调室内 严重腐蚀 严重腐蚀 —— 严重腐蚀
有空调室内 中等腐蚀 中等腐蚀 —— 中等腐蚀
③主要外部因素的影响
为了帮助大家更好地理解外部因素对腐蚀的影响，这里把腐蚀的主要外部因素及影响的程度，简述如下：
a.温度湿度的影响
在相对湿度大，温差变化剧烈的环境中，容易形成水膜，而钢铁在水膜下的腐蚀速度极快。钢铁的大气腐蚀速度与其表面形成的水膜厚度的关系，可分为以下四种情况：
第一、在临界相对湿度附近（即在相对湿度为70%～75%时），水膜为100A以下时，腐蚀速度很小；
第二、当湿度超过临界相对湿度时，其腐蚀速度将成倍增加，尤其是相对湿度80%～100%、水膜在1μm以下时，由于氧气的扩散速度快，因而钢铁在这种水膜下的腐蚀速度很快；
第三、随着水膜增厚，将形成肉眼可见的液膜，这时由于氧气的扩散速度变慢使腐蚀速度相对降低；
第四、当水膜厚度逐渐增加形成水滴时，其腐蚀的速度与金属在液体中浸渍条件下的腐蚀相类似。
注：在腐蚀防护下，有一个概念经常被提到，就是“凝露”。所谓凝露是指当大气中水蒸汽的含量多时，水蒸汽就以液体水的形式析出，附着在物体的表面，人们把这种现象称之为凝露。
b.大气中污染物质的影响
空气污染是金属腐蚀的主要原因。在不同的环境下，引起空气污染的物质种类和金属腐蚀的速度是不一样的。常见能够引起凝露中心核子的污染物质有三氧化硫、硫化氢等气体类和烟尘、海盐类等固体物质。当大气中的相对湿度达到70%以上时，如果在钢铁表面吸附的二氧化硫的量越多，金属腐蚀速度就越快；其次，在城市大气中含有较多的烟尘，这些烟尘中含有各种各样的吸湿性盐类化合物，即使在很低的相对湿度下，也容易引起毛细管凝聚，进而使钢铁表面形成水膜而加快金属腐蚀速度；在海岸地带作为海水中的海盐粒子是重要的腐蚀成分。海盐粒子的量是根据离海岸的距离、风向、风速而异，因而导致金属腐蚀的速度是随着离海岸的距离增加而减少的。
针对腐蚀的上述原理，人们通过防腐涂料尤其是重防腐涂料，使其涂装成膜后隔绝外界腐蚀性物质对被涂物的侵入，阻碍腐蚀原电池中阳极与阴极区之间离子的移动，相当于等效地在腐蚀电池回路中串入了高电阻，抑制了腐蚀电流强度，从而减缓腐蚀速度，起到防腐的作用。
1.1.2.3 防腐涂料的作用
防腐涂料包括重防腐涂料对防腐的作用主要表现在：
1.1.2.3.1 成膜剂的作用
在采用防腐涂料进行防腐时，防腐涂料能够起到增强极化的作用，这种作用主要是靠防锈颜料来实现的，而增大防腐涂层内部电阻主要决定于防腐涂料中的树脂（成膜剂）的种类。支配腐蚀环境中防腐涂层电阻大小的是水、氧、电解质及其它有害物质对防腐涂层的透过率。但是防腐涂层表面往往存在许多肉眼看不到的微小针孔，由于这些针孔的存在，外部的腐蚀性物质还是会渗入防腐涂层内部与底金属发生反应引起金属腐蚀。因此必须增加防腐涂层的层数，使针孔减少到最低限度，才能起到防腐作用。不同的树脂（成膜剂）产生的针孔数量不同，防腐效果也不同。一般来说，合成树脂、天然树脂或纤维素、天然橡胶的衍生物等作为成膜剂的涂层比油性防腐涂料的防腐涂层产生的针孔要少，有较好的防腐效果。
1.1.2.3.2 防锈颜料的作用
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。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的、化学的、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