金屬腐蝕是金屬在環(huán)境作用下自發(fā)進(jìn)行的過(guò)程，主要是由金屬材料與周?chē)h(huán)境發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)引起的。金屬腐蝕現(xiàn)象十分普遍，例如鋼鐵制件在潮濕空氣中生銹、銅器在使用過(guò)程中表面生成銅綠、鋁制品在潮濕空氣中使用后表面生成白色粉末、地下金屬管道腐蝕穿孔、化工機(jī)械在強(qiáng)腐蝕介質(zhì)中的腐蝕，以及發(fā)電廠熱力設(shè)備的腐蝕（如鍋爐爆管、凝汽器管穿孔）等。金屬材料遭受腐蝕后，在外形、色澤，以及機(jī)械性能等方面都將發(fā)生變化，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致不能繼續(xù)使用，甚至造成設(shè)備事故和人員傷亡。金屬腐蝕涉及面很廣從天上到地下、從海洋到陸地，均有腐蝕現(xiàn)象發(fā)生，大到巨輪、人造衛(wèi)星，小到電腦中的芯片， 包括石化、 石油、 化工、電力、城市管線等各行各業(yè)，只要涉及材料就有腐蝕問(wèn)題。可見(jiàn)，腐蝕與人們的生活、生產(chǎn)密切相關(guān)，腐蝕帶給人類(lèi)的是巨大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)危害。

    一、腐蝕的危害

    根據(jù)金屬腐蝕的反應(yīng)機(jī)理，腐蝕可以分為電化學(xué)腐蝕和化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕是指金屬表面與離子導(dǎo)電的介質(zhì)因發(fā)生電化學(xué)作用而產(chǎn)生的破壞；化學(xué)腐蝕是指金屬表面與非電解質(zhì)直接發(fā)生純化學(xué)作用而引起的破壞。電化學(xué)腐蝕是最常見(jiàn)、最普遍的腐蝕，因?yàn)橹灰M成環(huán)境的介質(zhì)中有凝聚態(tài)的水存在，金屬的腐蝕就會(huì)以電化學(xué)腐蝕的形式進(jìn)行。金屬在各種電解質(zhì)水溶液，以及大氣、海水和土壤等介質(zhì)中所發(fā)生的腐蝕都屬于電化學(xué)腐蝕。環(huán)境介質(zhì)中引起金屬腐蝕的物質(zhì)主要是氧分子和氫離子，它們分別導(dǎo)致金屬的耗氧腐蝕和析氫腐蝕，其中又以耗氧腐蝕最為普遍。

    腐蝕的危害首先在于腐蝕造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。這種損失可分為直接損失和間接損失。直接損失包括材料的損耗、設(shè)備的失效、能源的消耗，以及為防止腐蝕所采取的涂層保護(hù)、電化學(xué)保護(hù)、選用耐蝕材料等的費(fèi)用。由于腐蝕，使大量有用材料變?yōu)閺U料，估計(jì)全世界每年因腐蝕報(bào)廢的鋼鐵設(shè)備約為其年產(chǎn)量的 30%,造成地球上的有限資源日益枯竭。全世界每 90s 就有 1 噸鋼被腐蝕成鐵銹，而煉制1 噸鋼所需的能源可供一個(gè)家庭使用 3 個(gè)月，因此，腐蝕造成了對(duì)自然資源的極大浪費(fèi)。因腐蝕而造成的間接損失往往比直接損失更大，甚至難以估計(jì)。這些損失包括因腐蝕引起的停工停產(chǎn)， 產(chǎn)品質(zhì)量下降，大量有用有毒物質(zhì)的泄漏、爆炸，以及大規(guī)模的環(huán)境污染等。一些腐蝕破壞事故還造成了人員傷亡，直接威脅著人民群眾的生命安全。

    中國(guó)腐蝕狀況及控制戰(zhàn)略研究重大咨詢(xún)項(xiàng)目結(jié)果顯示，2014 年中國(guó)腐蝕總成本超過(guò) 2 萬(wàn)億元（人民幣，下同），約占當(dāng)年國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的 3.34%，相當(dāng)于每個(gè)中國(guó)人當(dāng)年承擔(dān) 1555 元的腐蝕成本。這足以說(shuō)明我國(guó)需要進(jìn)一步加強(qiáng)防腐蝕理念。

    二、防腐蝕的重要性與常用的防腐蝕方法

    世界各國(guó)的腐蝕與防護(hù)專(zhuān)家普遍認(rèn)為，腐蝕是世界各國(guó)面臨的共同問(wèn)題，如能應(yīng)用現(xiàn)有的防腐蝕科學(xué)知識(shí)和技術(shù)，25%-40% 的腐蝕成本可以避免。防止或減少金屬的腐蝕常采用以下方法：

    （1）合理選材

    根據(jù)介質(zhì)的性質(zhì)、溫度和壓力，設(shè)備的用途、工藝過(guò)程和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，環(huán)境對(duì)材料的腐蝕以及產(chǎn)品的特殊要求，材料的性能、價(jià)格和來(lái)源等因素，對(duì)特定的體系進(jìn)行合理選材。首先可以查閱有關(guān)資料，了解各種材料在不同介質(zhì)中的耐蝕性能，然后到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)了解類(lèi)似條件下材料的實(shí)際使用情況，并進(jìn)行選材。必要時(shí)對(duì)材料的耐腐蝕性能進(jìn)行試驗(yàn)，防止因選材不合理而造成腐蝕破環(huán)事故的發(fā)生。

    （2）介質(zhì)處理

    通過(guò)介質(zhì)處理降低介質(zhì)的侵蝕性，常用的方法有：除去介質(zhì)中的有害成分；調(diào)節(jié)介質(zhì)的 pH 值；降低氣體介質(zhì)中的水分等。如電廠鍋爐在運(yùn)行過(guò)程中通常采用熱力除氧和化學(xué)除氧的方法除去爐水中的溶解氧，防止鍋爐系統(tǒng)發(fā)生耗氧腐蝕；通過(guò)在爐水中加入氨水等堿性物質(zhì)將爐水的 pH 值提高至 8.5 ～ 9.2, 進(jìn)一步提高熱力系統(tǒng)中鋼材的耐蝕性能。

    （3）電化學(xué)保護(hù)

    分為陰極保護(hù)法和陽(yáng)極保護(hù)法兩種。陰極保護(hù)法可分為外加電流陰極保護(hù)法和犧牲陽(yáng)極法兩種，它是指對(duì)被保護(hù)的金屬進(jìn)行外加陰極極化處理以減少或防止金屬腐蝕的方法，適用于能導(dǎo)電的、易進(jìn)行陰極極化且結(jié)構(gòu)不太復(fù)雜的體系，目前在地下管道、船舶碼頭、橋梁等的保護(hù)中較常用。陽(yáng)極保護(hù)法是指利用直流電源對(duì)被保護(hù)的金屬體系通入陽(yáng)極電流，使金屬陽(yáng)極極化到鈍化區(qū)而得到保護(hù)的方法。這種保護(hù)方法只適用于可以發(fā)生鈍化的體系 --- 金屬在體系介質(zhì)中的陽(yáng)極極化曲線存在鈍化區(qū)。一般在強(qiáng)氧化性介質(zhì)中應(yīng)用較多。

    （4）緩蝕劑保護(hù)

    在腐蝕環(huán)境中，通過(guò)添加少量能阻止或減緩金屬腐蝕速度的物質(zhì)以保護(hù)金屬的方法，稱(chēng)為緩蝕劑保護(hù)。由于設(shè)備簡(jiǎn)單、使用方便、投資少、收效快，因而緩蝕劑防腐蝕被廣泛應(yīng)用于石油、化工、鋼鐵、機(jī)械、動(dòng)力和運(yùn)輸?shù)炔块T(mén)，并已成為十分重要的防腐蝕方法之一。緩蝕劑可分為無(wú)機(jī)緩蝕劑和有機(jī)緩蝕劑。無(wú)機(jī)緩蝕劑有硝酸鹽、鉻酸鹽、磷酸鹽、鉬酸鹽、鎢酸鹽、鋅鹽等，是使金屬表面發(fā)生鈍化或形成沉淀保護(hù)膜的物質(zhì)。有機(jī)緩蝕劑為含有極性基團(tuán)的有機(jī)物，如胺類(lèi)、醛類(lèi)、咪唑啉類(lèi)，以及雜環(huán)化合物、有機(jī)硫化物等。

    （5）金屬表面覆蓋層

    用耐蝕性較強(qiáng)的金屬或非金屬來(lái)覆蓋耐蝕性較弱的金屬，將主體金屬與腐蝕性介質(zhì)隔離開(kāi)來(lái)以達(dá)到防腐蝕的目的。利用覆蓋層進(jìn)行保護(hù)，不僅能提高材料的耐蝕性能，而且能節(jié)約大量的貴重金屬和合金。金屬覆蓋層通常通過(guò)電鍍、熱浸鍍、化學(xué)鍍、滲鍍、真空鍍膜、熱噴涂、電化學(xué)及化學(xué)轉(zhuǎn)化膜層等方式形成。非金屬覆蓋層包括襯里和涂層。襯里主要有玻璃鋼、橡膠、磚板襯里等。防腐蝕領(lǐng)域應(yīng)用的涂料主要有環(huán)氧防腐蝕涂料、聚氨酯涂料、含氯防腐蝕涂料、有機(jī)氟涂料、 富鋅涂料、 玻璃鱗片涂料等。

    （6）金屬的氧化和磷化處理

    采用人工方法將金屬進(jìn)行化學(xué)氧化或電化學(xué)氧化，可以在金屬表面獲得比天然氧化膜厚得多的氧化膜。這種氧化膜能更好地防止金屬腐蝕和機(jī)械磨損，并可進(jìn)行裝飾性加工。鋁及鋁合金的氧化膜具有良好的吸附性能，還可以作為涂漆和染色的底層。磷酸鹽（磷化）處理是指將鋼鐵零件等放入磷酸鹽溶液中，在一定條件下獲得磷酸鹽保護(hù)層的方法。磷化膜多孔，必須在磷化后用重鉻酸鉀溶液或油浸潤(rùn)，作進(jìn)一步的補(bǔ)充處理。經(jīng)過(guò)這樣處理后的金屬表面，對(duì)大氣腐蝕有很高的耐蝕性。這種方法還被用來(lái)減少金屬的摩擦。

    從各種防腐費(fèi)占總防腐費(fèi)的比例來(lái)看，我國(guó)與日本有較大的差距。我國(guó)的防腐費(fèi)有 75.6% 用于涂裝，而用于表面處理、緩蝕劑和電化學(xué)保護(hù)的卻較少。日本的涂裝費(fèi)占總防腐費(fèi)的比例為58.4%, 金屬表面處理費(fèi)占 25% 左右。這說(shuō)明許多先進(jìn)的防腐蝕技術(shù)在我國(guó)沒(méi)有得到普遍采用。另外，我國(guó)在腐蝕研究費(fèi)和腐蝕調(diào)查費(fèi)方面的投入均很少，從而制約著我國(guó)防腐蝕工作的順利開(kāi)展。

    三、人為造成的腐蝕破壞

    腐蝕損失中有相當(dāng)大一部分是可以避免的。從報(bào)道的腐蝕破壞事故看，很多是人為造成的。一方面，有相當(dāng)多的有關(guān)人員對(duì)腐蝕及防護(hù)知識(shí)知之甚少，在設(shè)備的選材、設(shè)計(jì)、采購(gòu)、制造等環(huán)節(jié)中又缺少與腐蝕技術(shù)人員合作，造成了許多違反腐蝕基本常識(shí)的錯(cuò)誤；另一方面，許多有效的防腐蝕技術(shù)缺乏交流和推廣，即使在同行業(yè)中也往往互不了解。下面是造成腐蝕破壞的幾個(gè)例子。

    （1）國(guó)外某發(fā)電廠的凝汽器管是用海軍黃銅制造的。由于進(jìn)口端流速超過(guò) 1.52m/s 的臨界流速，很快發(fā)生磨損腐蝕破壞。后來(lái)改用臨界流速為2.1 ～ 2.4m/s 的蒙乃爾合金，但操作人員仍然按照海軍黃銅的臨界流速控制，使蒙乃爾合金管發(fā)生點(diǎn)蝕。這個(gè)例子說(shuō)明：要根據(jù)材質(zhì)的特點(diǎn)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，銅合金不耐磨損腐蝕，因而運(yùn)行時(shí)流速不能太大；而蒙乃爾合金為鈍態(tài)金屬，流速增大可以加快溶解氧的輸送，使鈍態(tài)更加穩(wěn)定，而流速過(guò)低易造成液體停滯，金屬表面產(chǎn)生沉積物，從而導(dǎo)致點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕的發(fā)生。

    國(guó)內(nèi)電廠也存在類(lèi)似問(wèn)題，過(guò)去我國(guó)內(nèi)陸電廠的凝汽器冷卻管多為銅合金，冷卻水的限速一般為 2m/s. 這幾年來(lái)國(guó)內(nèi)許多電廠開(kāi)始使用更耐蝕的不銹鋼管凝汽器，不銹鋼同樣是鈍態(tài)金屬，運(yùn)行流速不宜太低，但不少電廠未對(duì)冷卻水的運(yùn)行條件作相應(yīng)調(diào)整，仍采用銅管凝汽器的運(yùn)行工況，甚至仍采用銅管凝汽器的水質(zhì)穩(wěn)定劑。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，這不利于不銹鋼管凝汽器的防護(hù)。

    國(guó)內(nèi)相當(dāng)一部分電廠，由于沒(méi)有嚴(yán)格按照規(guī)范操作，化學(xué)監(jiān)督不力，如冷卻水水質(zhì)不合格、不及時(shí)清除凝汽器內(nèi)側(cè)沉積物、水穩(wěn)劑的使用控制不嚴(yán)等，人為地造成了凝汽器的腐蝕泄漏。

    （2）對(duì)換熱器表面要經(jīng)常進(jìn)行化學(xué)清洗，以除去金屬表面的各類(lèi)沉積物和腐蝕物。通常采用酸或酸式鹽清洗，如鹽酸、 硫酸、 硝酸、 氫氟酸、 氨基磺酸、檸檬酸、乙二胺四乙酸等。根據(jù)需要清洗的金屬材質(zhì)類(lèi)型和沉積物的性質(zhì)一般選擇酸洗劑，其中鹽酸因除垢效果好、價(jià)格便宜而被廣泛使用。但鹽酸不能用于清洗不銹鋼，因?yàn)辂}酸中的氯離子會(huì)破壞不銹鋼表面的鈍化膜，使不銹鋼發(fā)生點(diǎn)蝕。某電廠不銹鋼凝汽器在酸洗時(shí)錯(cuò)誤地選用了鹽酸作為酸洗劑，結(jié)果造成了不銹鋼管的大面積腐蝕破壞。對(duì)不銹鋼設(shè)備，可以選用稀硝酸進(jìn)行清洗。

    （3）北方地區(qū)大量使用氯鹽融雪劑融化道路積雪，但近年來(lái)的研究表明，融雪劑對(duì)市政設(shè)施的腐蝕不容忽視。氯鹽類(lèi)融雪劑不但對(duì)花草樹(shù)木具有很大的毒害作用，更為嚴(yán)重的是，對(duì)道路特別是橋梁等市政設(shè)施造成化學(xué)污染和加速腐蝕。如京津地區(qū)的城市立交橋，由于冬天融雪劑的作用，這些橋使用十幾年就出現(xiàn)了問(wèn)題，有的不得不限載、大修，甚至拆除。氯鹽融雪劑的腐蝕機(jī)理是，融雪劑在使用過(guò)程中氯離子滲透到混凝土中，當(dāng)氯離子到達(dá)鋼筋表面并超過(guò)一定量時(shí)，原處于鈍化狀態(tài)的鋼筋就會(huì)活化、腐蝕。銹蝕產(chǎn)物的體積膨脹 2 ～ 6 倍，使混凝土保護(hù)層發(fā)生順?shù)摻铋_(kāi)裂、脫落的現(xiàn)象，導(dǎo)致構(gòu)件或結(jié)構(gòu)承載力的下降或喪失。

    一般采用氯化鈉作為融雪劑，前幾年有人提出使用環(huán)保型的氯化鈣融雪劑，由于氯化鈣仍含大量的氯離子，融雪劑對(duì)道路橋梁的腐蝕作用并未緩解。

    結(jié)語(yǔ)

    金屬腐蝕給國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶來(lái)了巨大的損失，要減少由于腐蝕而造成的損失，需要全社會(huì)的共同努力。普及金屬腐蝕與防護(hù)的基本知識(shí)，讓更多的工程技術(shù)人員了解掌握腐蝕基礎(chǔ)知識(shí)和常用的防腐蝕技術(shù)，減少因選材、設(shè)計(jì)、安裝等原因而造成的腐蝕損壞，及時(shí)推廣防腐蝕新技術(shù)和新方法，將我國(guó)的腐蝕損失降至最低程度。（資料來(lái)源：知網(wǎng)，原作者：葛紅花等）