金属腐蚀的防护技术浅析

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摘要：在当今的生产活动中，金属腐蚀的问题越发突出。本文从金属腐蚀的原理出发，将金属腐蚀防护的现今技术手段做出归纳，总结了现今面临的问题。从改善金属防腐工作的角度出发，为金属防腐工作研究提出建议，为以后更加优良的金属腐蚀防护技术和工艺打下基础。

关键词：金属材料；金属腐蚀；防护技术

金属材料和其合金作为目前应用最为广泛的材料，在日常生活生产中起着尤为重要的作用，随着金属材料的广泛应用，金属腐蚀问题也成为目前我们不得不面临的问题。金属腐蚀并非像自然灾害一般带给人强烈的冲击，但是它是无时无刻不在发生的。每年金属腐蚀所造成的经济损失远远超过自然灾害，同时因为金属腐蚀带来的人力、物力的损失也极其严重。面对现状，我们尚未能够完全阻拦金属腐蚀的进程，金属腐蚀伴随着金属存在的各个阶段。因此，金属腐蚀的防护工作显得尤为重要，我们必须重视金属的防护工作，努力减缓金属腐蚀的进程，有效的规避金属材料在使用过程中带来的损失。

1.金属腐蚀的原理

(1)腐蚀的主要形式与原因

金属的腐蚀是金属材料在外部环境的影响下发生化学反应的过程，在其发生化学反应的过程中破坏金属使其变质和破坏。其主要分为两种形式：电化学腐蚀和化学腐蚀。电化学腐蚀作为最为常见的一种金属腐蚀方式，主要诱导原因是金属在环境中接触了电解质溶液，从而形成了自然环境下的原电池。由被腐蚀的金属作为阳极，氧通常作为阴极，由于氧的电极电位总是高于金属电极，所以金属通常作为阳极失去电子导致金属表面的相应的成分被氧化，相应的金属电极就被消耗损失。在金属身处于不同的环境中，电化学腐蚀又分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀两种。如果金属处于酸性介质中，发生析氢腐蚀反应，此时金属在发生反应后就会释放出氢气。而吸氧腐蚀反应是金属在空气中最为常见的一种腐蚀形式，在酸性、碱性、中性条件下均可发生，此反应需要吸收氧气，所以称为吸氧反应。以最为常见的金属铁的腐蚀为例，钢铁产品中通常含有碳元素，当其处于潮湿的空气中时，水蒸气能够被吸收在钢铁的表面形成一层水薄膜，此时二氧化碳将会溶解在这层水膜上，变成电解质溶液，增加水中的氢离子，发生析氢腐蚀反应。当铁表面潮湿或接触带有水分的空气时，铁就会被空气中的氧气腐蚀，导致其生锈，发生吸氧腐蚀反应。这两种电化学反应是目前金属腐蚀的主要成因，当金属处于相应的环境中就会被腐蚀，需要寻找正确的途径解决金属的腐蚀问题[1]。另外一个金属腐蚀的方法就是化学腐蚀。化学腐蚀在日常生活中较少一些，当金属材料在干燥空气或者非电解质溶液中进行纯粹的化学反应，而所产生的侵蚀就称为化学腐蚀。其基本原理是在金属的表面的原子与一定条件下的氧化物之间直接进行氧化还原反应。由于此种腐蚀状态仅出现在一定的场合中，且相对于电化学腐蚀更加罕见，所以我们目前所要处理的重点问题就是金属电化学腐蚀的问题。

(2)金属腐蚀速率的影响因素

金属腐蚀的速率在不同的条件下差距较大，导致金属腐蚀的诱导因素也较为繁多[2]。首先，空气中的相对湿度和相应金属的腐蚀临界值是影响金属腐蚀速率的一个重要因素。空气中的氧气始终是存在的并且占据大多数，主要的诱发原因在于空气中水的含量，也就是湿度，如果水分的含量和氧气都充足的条件下，以金属铁75%的相对湿度腐蚀临界值为例，过于此含量将会加剧其腐蚀。其次，空气中污染物质如硫酸根、碳酸根、二氧化硫、二氧化碳和灰尘等的含量也是金属腐蚀的原因之一，不同粒子的存在决定了水膜电解质的浓度，会和酸碱性一样影响金属腐蚀速率。再次，温度也是影响金属腐蚀反应的重要因素，不同的金属在其适宜的温度下将会有着不同的反应速率。

2.金属腐蚀防护的主要技术

金属的腐蚀防护的方法有很多，可以通过金属表面处理、电化学保护、改变金属的本质和环境改良等方法对金属的腐蚀进行防护。

(1)金属表面处理

金属表面的腐蚀致使金属被损耗，于是金属的表面处理工作可以作为金属阻隔腐蚀反应的第一道防线。对于可以进行覆盖不影响金属材料正常使用的前提下，对所保护的金属材料进行表层覆盖操作，目的是将金属本体与腐蚀介质隔离开，防止金属的氧化作用使其失去电子，达到防止腐蚀的目的。目前主要的相关隔离材料分为非金属合金属2种保护材质。非金属材质包括油漆、沥青、陶瓷、塑料、橡胶等，金属保护层以耐腐蚀性强的其他金属或合金做保护措施，它们能够在金属表面上形成保护膜。目前最主要的保护涂层有电镀、化学镀、真空镀等。主要包括了阴极保护涂层和阳极防护涂层，然而由于电镀会存在表面损伤的问题，所以如果在阴极涂层，电镀损伤后反而会增加对保护金属表面的腐蚀。但是如果在阳极涂层，电镀损伤后可能仍然具有防护效果。所以，对表面处理的材料和电极的选用也必须有所选择。这些保护膜一般都为非常薄的层体，否则就会对保护基材的应用造成影响，正是由于较为严格的工艺要求，所以一旦涉及到大规模的工业生产之中，不可避免地会因为价格等因素导致金属腐蚀防护工作处理受到阻碍。

(2)电化学保护法

电化学保护法，是一种通过运用电化学原理在需要防护的金属表面上采取措施，使之成为腐蚀电极中的负极而避免或减少金属腐蚀的办法。它包括了牺牲阳极的阴极保护法、外加电流的阴极保护法和阳极保护法3个方式。通过电化学保护法让被保护金属获得大量电子从而产生阴极化来消除局部的阳极溶解属于阴极保护法，主要通过牺牲阳极或者外加电流来实现。牺牲阳极阴极保护法是在防护金属材料的表层连接电位更低的金属或合金，将其变成阳极，以代替所要防护的金属材料失去电子。因此，在一些金属材料的防护过程中常采用活泼性更高的金属材料代替防护金属表面的腐蚀，比如在一些船舶的防护中在铁质船底每隔一段距离焊上铝制材料以保证船底不被侵蚀。外加电流阴极保护法需要将被保护的金属接在负极上，使其成为阴极从而免除腐蚀。通常会被用在接入地下电网、地下石油管道的保护等。与外加电流阴极保护法不同，阳极保护法是将金属外接电源的正极，使要保护的金属电位达到校正值，之后在金属表面形成一层氧化膜，进而保护金属降低腐蚀，此方法适用于容易钝化的体系，一般应用于氧化性较为强烈的介质中。

(3)其他方法

除了表面处理和电化学保护法，还有许多方法能够阻挡金属的腐蚀。例如氧化处理法，此种方法通过强氧化剂的作用，在所要保护的金属表面形成约1mm厚的保护膜阻绝介质，它的优点在于保护膜薄能够更好的保护金属材料，一般用在一些精密仪器武器的防护上。还有关于铁、锌等金属的磷化处理，将其浸泡在酸性磷酸盐溶液中，在金属表面发生化学和电化学反应并生成磷酸盐化学膜，我们将其称为磷化膜，同样也是起着阻隔金属与介质的作用。还有就是通过对金属本身的处理起到保护金属的作用，一般向金属中加入碳、锰等元素，促使金属成为更具耐腐蚀性的合金材质。例如，不锈钢就是在钢铁的冶炼中加入其他元素使其更具耐腐蚀性。

3.金属防护过程中存在的问题

金属的腐蚀防护是一个悠久漫长的过程，随着时代发展，防腐工艺和手段逐渐成熟，人们也能够重视金属的防护工作，但是应用到金属腐蚀工作的一般为工业化工企业等，面临大规模的生产活动，大多数金属用品被用作储存或者基础结构的建立，一旦发生问题，就会有泄露、崩塌等问题，这些问题仍然不可避免地急需我们解决。

(1)缺乏一定的安全意识

工业化工的工作环境往往比较危险，尤其是一些危险的高空作业区域，这些场所的危险系数极高。某些施工人员缺乏安全素养，缺少安全操作能力，极易引发一些安全事故。事故的发生往往都是一些操作问题，在重型吊装工作作业和脚手架工作的当今时代，一旦发生操作上的安全问题，就很容易导致生命危险。一些施工单位为了节约成本，往往选择低价劳动力，工作人员对安全条例的理解不深刻安全意识和技术的缺失，易引发相应安全事故。安全问题是工业生产中最为重要的大事，安全细节关乎生产的存在与消亡。不仅仅是施工的基本人员，也包括管理人员，都需要对安全问题足够重视，今年这类安全问题频发，需要引起我们重视。由于金属腐蚀无时无刻不在发生，像高脚架等重工业应用器械，它需要极其严谨的精度和使用方式。如果因为腐蚀原因致使精度或者强度的下降，那么极易导致安全问题。同时质量检验也是工业生产的重中之重，人们往往忽视一些细微的问题，它才是安全问题诱发的根源，所以在日常工作中的质量检验和安全评测尤为重要。

(2)管理方式存在漏洞

一系列的安全问题引发的同时，还暴露了目前我国工业生产的管理问题。化工行业施工工作时，工作人员往往要同时面对诸多化学物质，这些化学品或多或少的存在着危害，且无法避免[3]。其次，在工业生产的过程中，经常出现化学品随意堆叠的现象，大批量危险品堆积在一起，出现安全问题造成威胁。另外一些工业用品的结果产出的保存问题，有害物质的保存一旦发生问题就会对人体产生巨大的危害。所以安全管理法则极其重要。部分剧毒物质一旦保存不到位，轻则损害工作人员的身体机能，重则危及其生命安全。同时，如果化学品使用过度，其产生的危害结果不可估量，对人们的生命安全，还有周围环境的严重污染。我国的化工行业的管理方式理应结合我国国情，不能生搬硬套，在我国近几十年的发展历程中，污染性发展虽然带来了经济的飞跃，但是拔苗助长的方式终究有所影响。化工行业施工现场的安全管理方法的完善是解决化工业安全问题的重要途径。

(3)操作人员专业素养较差

化工行业的安全措施需要拥有专业知识的工作人员参与，由于金属的腐蚀防护往往涉及一些高精尖产业的发展，一些高科技材料的应用已经成为常态，相关工作人员必须要有专业素养匹配技术才能够更好的完成工业生产。由于一些化工产业具有危险性，这就必须对技术人员的工作能力提出要求。新入职毕业生往往缺乏实践的工作经验，缺乏对工作过程中的危险判断能力，在面临一些突发事件时，很难做到及时的应对。施工企业在高位流水线上的用工选择，应该谨慎进行，不能存在侥幸心理。

4.金属防护技术的应用保障

(1)创新技术工艺

在金属腐蚀的工业化生产中，传统的操作方法很难完整的解决这些金属腐蚀带来的相关问题。从安全性和工业成本上来考虑，一些新技术新材料难以推广和使用，以采用重复利用的方式减免罐体损耗为例，经过研究发现，对常见工业储罐的金属防护很难满足正常需求，应尽快加大对应的技术创新力度。储藏不同的物品对罐体的腐蚀程度是不同的，损耗的主要部位在于罐底，所以工业上常常会采用换底的操作，对罐体的底部进行标准化设计，从而让罐体可以更换底部来重复利用储物罐的其余部位[4]，减少材料损失。通过一些简单的技术改革就能够很好的解决问题，所以工业上的技术创新很重要。还有新型材料的应用和制造上的突破，例如纳米材料，在价格占据优势的前提下能够更好的保护基材，还有环境污染物的处理问题，在很多研究中已经能够做到将废弃物中的相关物质继续反复使用，这样就能够减少污染物或有毒物质的排放。还有许多的高精尖科技的研究正在向金属防护方向突进，未来金属防护的安全性，低损耗性将会有更大的突破。

(2)加强日常维护检修工作

对于储存化工产品的金属材质器械，相关企业应该加强相应器械的保养频率，保障其在正常使用的过程中不会产生泄露或破坏。在金属防护的技术应用层面，加强日常维护检修工作同样十分重要。例如，在金属保护过程中，我们往往使被保护金属作为阳极防止其消耗，然而通过形成保护膜或者在其金属表面附加保护膜的原理都存在弊端，那就是金属外膜的损耗。一旦金属的保护外膜有所损耗，那么金属的防护能力就会下降，所以日常的检修非常重要，尤其是针对一些重要的化工工业器械，在工作的工程中一旦发现破损要及时进行修正，这样才能保障在工作中的精度以及相关物品的硬度，防止危险的发生。

(3)建立完善管理体制

对于一些化工企业金属防护工作中的问题，要解决它们的重点条件就是有完善的体制作为依托。在确保部门分工管理明确的前提下进行完善的安全责任体制非常必要。一旦出现问题就能够对应到相关部门和个人上，这样能够第一时间找到相关责任人，承担责任的同时做好相应的善后工作。根据相关法律规定，整个安全责任体系的建立应在法律的规定范围内实施，此行为受到国家安全环保部门的监督。对于相关负责人，不仅要做到对金属原材料的生产规范化，还要做到重视设备维护情况和操作人员的基本素质，使各个环节都能够万无一失。针对施工过程中的合同类问题，需要有完善的标准化进程，这体现在物资、人员、设备的出入等方面，严格的把控标准，拟定坚实的条款是规范行为的重要途径。对于基本工作人员的业务水平做出筛选，尤其是涉及一些高难度高危位置，具有专业素养的人员才能够及时的规避风险，做出妥善处理，这就落实到管理体制的人员筛查上，使用技术过硬的化工行业员工进行生产工作是最为妥当的方式。

5.结语

无论是在生活还是在工业生产中，金属的腐蚀防护工作都显得尤为重要，金属材料的防护手段多种多样，针对不同的材料不同的用途和相应的技术，选择合适的防止腐蚀的工艺和手段尤为重要。针对不同的使用场景，往往需要结合多种手段来使金属的防护效果最大化，我们在进行生活生产的过程中，要合理的选材利用金属材质，良好的结构设计与选材能够在日后的防腐工作中起到至关重要的作用，同样要注重预防和保护的结合，使用最小的成本来达到最佳的金属防腐目的。金属防腐的技术手段也在日益创新，结合时代的发展创建出更为适宜的金属防护技术需要我们共同的努力。

【参考文献】

[1]谢春峰.金属腐蚀原理及防护简介[J].全面腐蚀控制,2019,33(07):18-20.

[2]包月霞.金属腐蚀的分类和防护方法[J].广东化工,2010,37(07):199+216.

[3]朱文英.浅谈化工产品金属腐蚀与防护技术[J].世界有色金属,2021(03):138-139.

[4]宋春才.浅谈金属储罐腐蚀与防护技术[J].今日科苑,2008(04):53.

作者:孙小舟 单位:青岛双瑞海洋环境工程股份有限公司