钢铁的锈蚀和防腐
5页1、钢铁的锈蚀和防腐(一)钢铁锈蚀随着现代化建设的飞速发展,钢铁材料及其制品的防腐处理越来越引起各方面的重视。金属的 腐蚀遍及国民经济各个领域,给国民经济带来了巨大的损失。因为因钢铁锈蚀造成的损失是极其严 重的:如我国每所由于金属腐蚀造成的经济损失高达300亿元以上,约占国民生产总值3-4%, 在发达国家中每年腐蚀生锈的钢铁占年产量的1520%。约有30%的设备因腐蚀而报废。1钢铁锈蚀产生的原理及一般发展过程金属等物体受周围环境、介质的化学作用或电化学作用,而损坏的现象称为腐蚀。钢铁等金属 是由原始化铁氧化合物经冶炼,并消耗了大量的能量而制成,这些能量呈元素态潜存于钢铁中;它 们可随时随地再与氧化合,恢复至原始自然的化合态而释放出能量。这种过程是化学热力学自发的 过程,表现即为钢铁的腐蚀现象。钢铁表面是一个活性的表面,与空气中的氧气、水分及其他腐蚀性介质作用面生锈,铁是一个 多化合价的金属,从腐蚀起开始,它由低价的铁变成稳定的高价氧化物。铁锈生成和老化过程是持 续不断的变化过程,锈蚀过程生成物示意图如下:I旳一20 鮒口 农皿: 臭(OH 扎y - JTqOOJI F帥 b 価 QI 助尸
2、砌隹锈蚀表观层次可分三层:r-FeOOH为立方晶格,a-FeOOH为六方晶格,Fe3O4为非晶形物质, 它们的稳定性是Fe3O4Fe2O3a-FeOOHr-FeOOHo浮锈Fe3O4为非晶形物质,锈蚀疏松,是已成 熟的,惰性的物质。FeO最不稳定,容易继续发生变化成为锈蚀。2. 锈蚀与防腐人们已经认识到,人类使用的钢结构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)引起破坏的,绝大多数金属结构的破坏都与其周围环境 的腐蚀因素有关。因此,钢结构的腐蚀与防腐已成为当今材料科学、化工业与工程等领域不可忽略 的重大课题,受到了政府与钢结构应用相关的各行业的重视。到目前为止,钢结构的腐蚀问题正在给世界各国的国民经济带来巨大的损失。据一些工业发达 国家统计,每年由于钢结构腐蚀而造成的经济损失约占国民经济生产总值的2% 4%。美国1975 年因腐蚀造成的经济损失约为700亿美元,约占当年国民生产总值的4.2%,1982年高达1260亿 美元;英国1969年腐蚀损失为13.65亿英镑,占国民生产总值的3.5%;日本1976年腐蚀损失为 92亿美元,占国民
3、生产总值的1.8%;据我国1995年统计,腐蚀损失高达1500亿元人民币以上, 约占国民生产总值的4%。目前,全世界每年因钢结构腐蚀造成的经济损失已高达数千亿美元以上。长期以来,人们一直采用多种技术对金属加以保护,防止腐蚀的发生。由于防腐涂料具有性能 优异、制造方便、价格低廉等一些其它材料无法比拟的优点,因此在选择防腐措施时成为优先考虑 的对象。随着防腐技术的成熟,旧的涂料不断被淘汰,新的技术不断产生。3. 涂料防腐的主要原理腐蚀的三个重要因素是水、氧和离子化合物。所以防腐涂料在金属表面的所生成的涂层,必须 能阻缓上述三因素的透过而发挥防腐作用。故良好的防腐蚀涂料必须具备以下几个方面的性能:A)屏蔽能力水是通过漆膜的自由体积的空穴在漆膜内穿行,由于传统的防腐涂料是颗粒成膜,难免出现孔 隙。这种微观的缺陷比分子的自由体积空间大,使水、氧离子容易进入,所以采用多涂层加厚膜涂 装,使缺陷小孔不会延伸到钢铁表面,阻缓水的渗透,降低透水率,其涂层厚度要求在120-200ym 不等。氧是造成金属腐蚀的重要因素,涂层下的金属为了维持氧化还原反应,阴极必须有足够的氧透过漆膜;自然环境中,氧是金属腐蚀的
4、极化剂。传统的100pm漆膜在20C时,其透氧率刚好与钢 材腐蚀所需求的氧量相接近,所以漆膜要求大于100pm以上,减少透氧率是防腐的关键。在电化学腐蚀过程中,必须也必然有离子参加反应。厚涂层的电阻率大,可阻挡离子的通过和 进入、阻缓了电化反应。离子透过漆膜比水和氧要慢得多,漆膜内有了水和氧离子进入并开始扩散 至底部,其所含的酸基离子使漆膜带负电,因而吸收阳离子进行交换,进而发生电化腐蚀。B) 与金属表面的结合能力水、氧离子是自然界中固有的,是不可避免的;金属涂层粉化剥离,腐蚀便成为自然现象。那么金属涂层在不增加厚度的前提下如何克服水的渗透、氧的进入,阻止离子参与电化反应成为我们 的重要课题。传统的金属防锈处理是以物理遮盖并加以牺牲阳极(富锌)来实现的。为了获得优良 的防腐蚀性能,在涂漆前必须将钢铁表面上的锈和氧化皮处理干净,否则会因锈蚀的膨胀而大大加 速腐蚀速度,造成涂层与工件剥离。(1) 屏蔽作用。涂料成膜后,阻止腐蚀介质和材料表面接触;隔断腐蚀电池的通路,增大了电阻。(2) 缓蚀作用。某些颜料,或其与成膜物或水分的反应产物,对底材金属可起缓蚀作用(包括钝化)。(3) 阴极保护作用
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