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金屬防腐蝕方法


防止金屬腐蝕的方法和途徑很多,主要有以下幾種:

一、提高金屬材料內在耐蝕性能

采用不易與周圍介質發生反應的金屬及合金材料來加工產品,是有效的防腐辦法。例如,有些金屬及合金在空氣里不易氧化,或能生成致密的鈍化薄膜,可以抵抗酸、堿、鹽腐蝕,如不銹鋼,就是在鋼中加入定量的鉻、鎳、鈦等元素,當鉻元素含量超過12%時,就可以起到不銹的作用.有些在高溫高壓時性能穩定,如耐熱不起皮鋼;有些在空氣中不易腐蝕,如鋁、鋅等。獲得這種金屬材料的途徑主要是采用冶煉方法來改變金屬的化學成分,例如在碳鋼中加入鎳、鉻、硅、錳、釩等元素煉成耐蝕合金鋼。不銹鋼就是含有較多鉻、鎳、鈦等元素的高合金鋼。耐蝕低合金鋼就是在鋼中加入微量的釩、鈦、稀土等元素煉成的低合金耐蝕鋼。此外,對于某些金屬材料,還可以通過熱處理方法,改變金屬的金相組織,提高耐蝕性能。

二、涂、鍍非金屬和金屬保護層

在金屬表面上制成保護層,借以隔開金屬與腐蝕介質的接觸,從而減少腐蝕。根據構成保護層的物質,可以分為以下幾類。

 (1)非金屬保護層把有機和無機化合物涂覆在金屬表面,如油漆、塑料、玻璃鋼、橡膠、瀝青、搪瓷、混凝土、琺瑯、防銹油等。在金屬表面涂覆非金屬保護層,用得最廣泛的是油漆和塑料涂層。油漆是千百年來的傳統方法,但油漆在造漆和涂裝過程中有環境污染現象,正在變革工藝,向水溶性方向發展。塑料涂層是近幾十年來發展最快的防腐方法,尤其是把有機樹脂做成粉末涂料,采用各種方法在金屬表面形成優良的涂層,獲得了空前的發展。本書將重點闡述這方面的工藝和技術。

(2)金屬保護層  在金屬表面鍍上一種金屬或合金,作為保護層,以減慢腐蝕速度。用作保護層的金屬通常有鋅、錫、鋁、鎳、鉻、銅、鎘、鈦、鉛、金、銀、鈀、銠及各種合金等。獲得金屬鍍層的方法也有許多。

①電鍍  用電沉積的方法在金屬表面上鍍上  層金屬或合金。鍍層金屬有NC rCuSnznCd等單金屬鍍層:也有znNICdTicuznCuSn等合金鍍層。電鍍金屬保護層除了具有防腐功能外,還有裝飾、耐熱、耐磨等功能。

②熱鍍也叫熱浸鍍,是將被保護的金屬材料或制品浸漬在熔融的金屬中,使其表面形成一層保護性金屬覆蓋層。能形成液態的金屬般是相對低熔點、耐蝕、耐熱的金屬,如AlznsnPb等。熱鍍鋅的溫度在450℃左右,熱鍍錫的溫度在31 0330℃。與電鍍相比,金屬熱鍍層較厚,在相同環境下,其壽命較長。例如高速公路兩側的波形板一般用熱鍍鋅,而不用電鍍鋅。

③噴鍍將粉末金屬放入噴槍中,通入高壓空氣或保護氣體,粉末金屬被火焰或電弧熔化后成霧狀噴涂到金屬表面,形成均勻的覆蓋層。噴鍍常用作金屬部件的修復,常用的金屬噴料有A1znsnPb、不銹鋼、NAlN 3Al等。

④滲鍍利用金屬原子在高溫下的擴散作用,在被保護金屬表面形成合金擴散層。滲鍍層均勻,無孔隙,熱穩定性好,用于改善材料的物理化學性能。常見的滲鍍材料有sic rA lTiBwM0等。

⑤化學鍍利用氧化一還原反應,使鹽溶液中的金屬離子在被保護金屬上析出,形成保護涂層。化學鍍層均勻、致密、針孔小,適用于形狀復雜的絲、帶、網、管件內表面。如鋼絲化學鍍銅等。

⑥機械鍍機械鍍是把沖擊料(如玻璃球)、表面處理劑、鍍覆促進劑、金屬粉和被鍍金屬件起放入滾筒內,通過滾筒滾動的動能,把金屬粉冷壓到工件的表面上形成鍍層。機械鍍層均勻,無氫脆、耗能少,成本低,但僅限于體積較小的工件,如標準件螺絲等。

⑦包鍍將耐蝕金屬碾壓到被保護的金屬或合金上,形成包覆層或雙金屬層。如在高強度鋁合金表面覆蓋純鋁層等。

⑧真空鍍真空鍍有真空蒸鍍、濺射鍍和離子鍍,都是在真空中鍍覆要求的金屬。真空鍍層均勻,無氫脆,但鍍層薄、設備貴、鍍件尺寸受限,多數用于裝飾性鍍層。

(3)化學保護層化學保護層也稱化學轉化膜。采用化學或電化學方法使金屬表面形成穩定的化合物膜層。根據成膜時所采用的介質,可將化學轉化膜分為氧化物膜、磷酸鹽膜、鉻酸鹽膜等。

①氧化膜在一定溫度下把鋼鐵件放人含有氧化劑的溶液中,處理形成致密的氧化膜。例如鋼鐵的“發藍”或“發黑”處理。

②磷化膜把金屬放八含有鋅、錳、鐵等的磷酸鹽溶液中進行化學處理,可以在金屬表面生成一層難溶于水的磷酸鹽保護膜。磷化膜呈微孔結構,與基體結合牢固,具有良好的吸附性、潤滑性、耐蝕性。

③鉻酸鹽鈍化膜把金屬或金屬鍍層放入含有某些添加劑的鉻酸或鉻酸鹽溶液中,可以生成鉻酸鹽鈍化膜,鉻酸鹽膜與基體結合牢固,結構比較緊密,具有良好的化學穩定性、耐蝕性,對基體金屬有較好的保護作用。

(4)復合保護層  為了進一步提高金屬的耐腐蝕性能,近些年來,人們把金屬保護層、非金屬保護層以及化學保護層結合起來,綜合利用,達到更好的防腐效果。例如“達克羅”技術,就是把鋼鐵件表面先除銹,并經鉻酸鹽處理,而后浸入一種混有片狀鋅或鋁的有機樹脂中,涂覆后再經烘烤,形成很薄的  層復合涂層,其耐蝕性遠比單純鍍鋅或鍍鋁性能強。達克羅實際是鋅鉻和有機樹脂涂層,用于標準件可以達到防腐和自潤滑的效果。

三、處理腐蝕介質

處理腐蝕介質就是改變腐蝕介質的性質,降低或消除介質中的有害成分以防止腐蝕。這種方法只能在腐蝕介質數量有限的條件下進行,對于充滿空間的大氣當然無法處理。處理腐蝕介質般分以下兩類。

一類是去掉介質中有害成分,改善介質性質。例如在熱處理爐中通八保護氣體以防止氧化,在酸性土壤中摻八石灰進行中和,防止土壤腐蝕等。

    另一類就是在腐蝕介質中加入緩蝕劑。在腐蝕介質中加入少量的緩蝕劑,可以使金屬腐蝕的速度大大降低,此種物質稱緩蝕劑或腐蝕抑制劑。例如在自來水系統中加入定的苛性鈉或石灰,以去除水中過多的coz,防止水管腐蝕,在鋼鐵酸洗溶液中加緩蝕劑,以抑制過酸洗和氫脆性等。

四、電化學保護

    用直流電改變被保護的金屬電位,從而使腐蝕減緩或停止的保護法叫做電化學保護。這類保護方法主要有外電源陰極保護法、保護器保護法和陽極保護法三種。

外電源陰極保護法就是把被保護的金屬設備接到直流電源的負極上,進行陰極極化,從而達到保護金屬的目的。例如,地下石油管道和船舶的外殼,均可采用此種保護法。

    保護器保護法(又叫犧牲陽極陰極保護法)就是把低于被保護金屬電極電位的金屬材料作為陽極(犧牲陽極),從而對被保護金屬進行陰極極化。例如,采用電極電位較負的鋅合金或鋁鎂合金連接于鋼鐵制品上,前者作為陽極而不斷遭受腐蝕,后者得以保護。

    利用直流電對保護金屬進行陽極極化,使金屬處于陽極鈍化狀態,從而達到保護目的的方法,叫做陽極保護法。



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