金屬的腐蝕和防護
銅臭 / 2022-08-10
世界上由于金屬腐觸而遭受的損失是巨大的。僅就氟鐵而言，據(jù)估計每年損失將近至世界產(chǎn)量的四分之一。腐蝕是金屬與周圍的氣體接觸或在其他介質(zhì)中，發(fā)生化學(xué)作用而受到破壞的過程。金屬腐蝕的本質(zhì)就是失去電子的作用，例如
Al→Al³?+3e
若是金屬的價不止一種，那末，首先形成的是低價離子:
Fe→Fe??+2e
金屬在電動序中的位置愈高，它受腐蝕的趨勢愈大。
金屬與氣體接觸時所發(fā)生的腐蝕最為簡單。只在金屬表面上形成相應(yīng)的化合物——氧化物、 硫化物、堿式碳酸鹽。這些化合物 通常成為緊密的一層膜復(fù)蓋在金屬表面上，使金屬不再繼模受這種氣體作用。
金屬與水及溶解于其中的物質(zhì)相接觸時，發(fā)生的情況就不一樣。這時所形成的金屬化合物可以溶解，或水中溶質(zhì)可不斷與金屬接觸，腐蝕作用就繼續(xù)進行，使金屬全部受到破壞。顯而易見，若沒有可還原的物質(zhì)來接受金屬放出的電子，那末金屬就不會有腐蝕作用。通常使金屬腐蝕的可還原物質(zhì)有兩種:
(i)氫離子H?被還原為氫氣:
2H?+2e=H
(ii)氧氣O?被還原為氫氧離子:
O?+2H?O+4e=4OH?
要注意的，這兩種作用都使溶液的酸度減少或堿度增高。
作用(i)釋出氫氣，只在酸性溶液內(nèi)發(fā)生。鐧和鐵在酸性相當于pH=4.3的溶液中才有這種作用。吸收氧氣的作用(ii)，只要有氧供應(yīng)，雖在中性或堿性溶液中，都可以發(fā)生。若隔絕氧氣，鐧和鐵雖在中性或微酸性的水中，也不生銹或顯腐蝕的作用。
有一些金屬，像鋁和鉻，在表面上所形成的氧化膜緊密而牢固地粘在金屬上，只要這氧化膜存在，金屬就不再受腐觸。另外也有一些金屬，特別象鐧和鐵，與空氣接觸時在表面所生成的氧化膜不夠緊密，而且容易斷裂，所以不但沒有保護作用，反而可促進腐蝕的進行，圖26-5表示鐵表面上的氧化膜與金屬為水層所分開。
在這部分，氧與金廚的接觸受到氧化膜阻礙，但鐵原子就在這里釋出電子而進入溶液，使這部分成為陽極。釋出的電子則通過金屬體內(nèi)傅到金屬與氧氣接觸的地方。在這里，氧取得電子而形成OH?，成為陰極。在附著于金屬表面上的水膜內(nèi)有Fe??, OH?和其他存在的離子的遷移。因此，金屬在與溶液接觸時的腐觸作用本質(zhì)上是電化學(xué)作用。雖然腐蝕作用必需有氧參加，但作用卻發(fā)生在氧供應(yīng)缺乏的部分。鐵“銹”形成的過程不只包括以上所述的階段。在陽極部分所形成的鐵????離子Fe??遇到氧氣很易變到鐵四狀態(tài):
4Fe??+O?+2H?O=4Fe³?+4OH?
Fe??和Fe?朝陰極遷移，與朝反向遷移的OH?相遇(見圖26-5)，就生成氫氧化鐵????和鐵?????的混合沉淀。這沉淀受空氣內(nèi)的CO?作用而轉(zhuǎn)變?yōu)楦鞣N堿式碳酸鹽，這就是鐵銹的主要成分。
腐蝕作用既然是一種電化學(xué)過程，那末，幾影響腐觸作用的電流強度的因素就影響金屬腐蝕的速度。首先，金屬內(nèi)的雜質(zhì)是促進腐觸作用的一個因素。特別是電正性較低而可作為陰極的物質(zhì)，嵌在金屬內(nèi)就產(chǎn)生局部電流，使周圉的金屬腐蝕加速。例如，鋼鐵里的石墨、硫化物或爐渣雜質(zhì)的粒子都足以引起周圉金屬的腐蝕作用。其次，離子化合物溶解在與金屬接觸的水內(nèi)時，也加速腐蝕作用，因為它們使溶液的導(dǎo)電性增加，海水對金屬的腐蝕性之所以高，這是一個原因。最后，在制作金屬時所產(chǎn)生的張力、裂痕等都使金屬一部分成為陽極，一部分成為陰極，因而增進金屬的腐蝕作用。
防止金屬腐蝕的最簡單方法是用油漆、噴漆、搪瓷或者用其他金屬薄層將金屬表面保護起來，不使金屬與可還原的物質(zhì)，主要與氧相接觸，因為防止金屬腐蝕就是防止金屬失去電子。以上方法是使金屬不與接受電子的物質(zhì)接觸。另類方法是減少金屬失去電子的趨勢。金屬的成分應(yīng)當均勻一致，無機械應(yīng)變。它的露面不可與碳、銅、錫或其他電正性較低的單體元素直接接觸。反之，與電正性較高的元素接觸可受到保護。若與適當金屬形成合金，例如鐵中加入少量的鎳和鉻，就可抗腐蝕。
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