金屬腐蝕是金屬在環境作用下自發進行的過程，主要是由金屬材料與周圍環境發生化學或電化學反應引起的。金屬腐蝕現象十分普遍，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、化工機械在強腐蝕介質中的腐蝕，以及發電廠熱力設備的腐蝕（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，以及機械性能等方面都將發生變化，嚴重時將導致不能繼續使用，甚至造成設備事故和人員傷亡。金屬腐蝕涉及面很廣從天上到地下、從海洋到陸地，均有腐蝕現象發生，大到巨輪、人造衛星，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，只要涉及材料就有腐蝕問題。可見，腐蝕與人們的生活、生產密切相關，腐蝕帶給人類的是巨大的經濟損失和社會危害。

    一、腐蝕的危害

    根據金屬腐蝕的反應機理，腐蝕可以分為電化學腐蝕和化學腐蝕。電化學腐蝕是指金屬表面與離子導電的介質因發生電化學作用而產生的破壞；化學腐蝕是指金屬表面與非電解質直接發生純化學作用而引起的破壞。電化學腐蝕是最常見、最普遍的腐蝕，因為只要組成環境的介質中有凝聚態的水存在，金屬的腐蝕就會以電化學腐蝕的形式進行。金屬在各種電解質水溶液，以及大氣、海水和土壤等介質中所發生的腐蝕都屬于電化學腐蝕。環境介質中引起金屬腐蝕的物質主要是氧分子和氫離子，它們分別導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濟損失。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、設備的失效、能源的消耗，以及為防止腐蝕所采取的涂層保護、電化學保護、選用耐蝕材料等的費用。由于腐蝕，使大量有用材料變為廢料，估計全世界每年因腐蝕報廢的鋼鐵設備約為其年產量的 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家庭使用 3 個月，因此，腐蝕造成了對自然資源的極大浪費。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。這些損失包括因腐蝕引起的停工停產， 產品質量下降，大量有用有毒物質的泄漏、爆炸，以及大規模的環境污染等。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。

    中國腐蝕狀況及控制戰略研究重大咨詢項目結果顯示，2014 年中國腐蝕總成本超過 2 萬億元（人民幣，下同），約占當年國內生產總值的 3.34%，相當于每個中國人當年承擔 1555 元的腐蝕成本。這足以說明我國需要進一步加強防腐蝕理念。

    二、防腐蝕的重要性與常用的防腐蝕方法

    世界各國的腐蝕與防護專家普遍認為，腐蝕是世界各國面臨的共同問題，如能應用現有的防腐蝕科學知識和技術，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

    根據介質的性質、溫度和壓力，設備的用途、工藝過程和結構設計特點，環境對材料的腐蝕以及產品的特殊要求，材料的性能、價格和來源等因素，對特定的體系進行合理選材。首先可以查閱有關資料，了解各種材料在不同介質中的耐蝕性能，然后到生產現場了解類似條件下材料的實際使用情況，并進行選材。必要時對材料的耐腐蝕性能進行試驗，防止因選材不合理而造成腐蝕破環事故的發生。

    （2）介質處理

    通過介質處理降低介質的侵蝕性，常用的方法有：除去介質中的有害成分；調節介質的 pH 值；降低氣體介質中的水分等。如電廠鍋爐在運行過程中通常采用熱力除氧和化學除氧的方法除去爐水中的溶解氧，防止鍋爐系統發生耗氧腐蝕；通過在爐水中加入氨水等堿性物質將爐水的 pH 值提高至 8.5 ～ 9.2, 進一步提高熱力系統中鋼材的耐蝕性能。

    （3）電化學保護

    分為陰極保護法和陽極保護法兩種。陰極保護法可分為外加電流陰極保護法和犧牲陽極法兩種，它是指對被保護的金屬進行外加陰極極化處理以減少或防止金屬腐蝕的方法，適用于能導電的、易進行陰極極化且結構不太復雜的體系，目前在地下管道、船舶碼頭、橋梁等的保護中較常用。陽極保護法是指利用直流電源對被保護的金屬體系通入陽極電流，使金屬陽極極化到鈍化區而得到保護的方法。這種保護方法只適用于可以發生鈍化的體系 --- 金屬在體系介質中的陽極極化曲線存在鈍化區。一般在強氧化性介質中應用較多。

    （4）緩蝕劑保護

    在腐蝕環境中，通過添加少量能阻止或減緩金屬腐蝕速度的物質以保護金屬的方法，稱為緩蝕劑保護。由于設備簡單、使用方便、投資少、收效快，因而緩蝕劑防腐蝕被廣泛應用于石油、化工、鋼鐵、機械、動力和運輸等部門，并已成為十分重要的防腐蝕方法之一。緩蝕劑可分為無機緩蝕劑和有機緩蝕劑。無機緩蝕劑有硝酸鹽、鉻酸鹽、磷酸鹽、鉬酸鹽、鎢酸鹽、鋅鹽等，是使金屬表面發生鈍化或形成沉淀保護膜的物質。有機緩蝕劑為含有極性基團的有機物，如胺類、醛類、咪唑啉類，以及雜環化合物、有機硫化物等。

    （5）金屬表面覆蓋層

    用耐蝕性較強的金屬或非金屬來覆蓋耐蝕性較弱的金屬，將主體金屬與腐蝕性介質隔離開來以達到防腐蝕的目的。利用覆蓋層進行保護，不僅能提高材料的耐蝕性能，而且能節約大量的貴重金屬和合金。金屬覆蓋層通常通過電鍍、熱浸鍍、化學鍍、滲鍍、真空鍍膜、熱噴涂、電化學及化學轉化膜層等方式形成。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。防腐蝕領域應用的涂料主要有環氧防腐蝕涂料、聚氨酯涂料、含氯防腐蝕涂料、有機氟涂料、 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行化學氧化或電化學氧化，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械磨損，并可進行裝飾性加工。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，作進一步的補充處理。經過這樣處理后的金屬表面，對大氣腐蝕有很高的耐蝕性。這種方法還被用來減少金屬的摩擦。

    從各種防腐費占總防腐費的比例來看，我國與日本有較大的差距。我國的防腐費有 75.6% 用于涂裝，而用于表面處理、緩蝕劑和電化學保護的卻較少。日本的涂裝費占總防腐費的比例為58.4%, 金屬表面處理費占 25% 左右。這說明許多先進的防腐蝕技術在我國沒有得到普遍采用。另外，我國在腐蝕研究費和腐蝕調查費方面的投入均很少，從而制約著我國防腐蝕工作的順利開展。

    三、人為造成的腐蝕破壞

    腐蝕損失中有相當大一部分是可以避免的。從報道的腐蝕破壞事故看，很多是人為造成的。一方面，有相當多的有關人員對腐蝕及防護知識知之甚少，在設備的選材、設計、采購、制造等環節中又缺少與腐蝕技術人員合作，造成了許多違反腐蝕基本常識的錯誤；另一方面，許多有效的防腐蝕技術缺乏交流和推廣，即使在同行業中也往往互不了解。下面是造成腐蝕破壞的幾個例子。

    （1）國外某發電廠的凝汽器管是用海軍黃銅制造的。由于進口端流速超過 1.52m/s 的臨界流速，很快發生磨損腐蝕破壞。后來改用臨界流速為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，使蒙乃爾合金管發生點蝕。這個例子說明：要根據材質的特點調整運行參數，銅合金不耐磨損腐蝕，因而運行時流速不能太大；而蒙乃爾合金為鈍態金屬，流速增大可以加快溶解氧的輸送，使鈍態更加穩定，而流速過低易造成液體停滯，金屬表面產生沉積物，從而導致點蝕和縫隙腐蝕的發生。

    國內電廠也存在類似問題，過去我國內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. 這幾年來國內許多電廠開始使用更耐蝕的不銹鋼管凝汽器，不銹鋼同樣是鈍態金屬，運行流速不宜太低，但不少電廠未對冷卻水的運行條件作相應調整，仍采用銅管凝汽器的運行工況，甚至仍采用銅管凝汽器的水質穩定劑。從長遠來看，這不利于不銹鋼管凝汽器的防護。

    國內相當一部分電廠，由于沒有嚴格按照規范操作，化學監督不力，如冷卻水水質不合格、不及時清除凝汽器內側沉積物、水穩劑的使用控制不嚴等，人為地造成了凝汽器的腐蝕泄漏。

    （2）對換熱器表面要經常進行化學清洗，以除去金屬表面的各類沉積物和腐蝕物。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。根據需要清洗的金屬材質類型和沉積物的性質一般選擇酸洗劑，其中鹽酸因除垢效果好、價格便宜而被廣泛使用。但鹽酸不能用于清洗不銹鋼，因為鹽酸中的氯離子會破壞不銹鋼表面的鈍化膜，使不銹鋼發生點蝕。某電廠不銹鋼凝汽器在酸洗時錯誤地選用了鹽酸作為酸洗劑，結果造成了不銹鋼管的大面積腐蝕破壞。對不銹鋼設備，可以選用稀硝酸進行清洗。

    （3）北方地區大量使用氯鹽融雪劑融化道路積雪，但近年來的研究表明，融雪劑對市政設施的腐蝕不容忽視。氯鹽類融雪劑不但對花草樹木具有很大的毒害作用，更為嚴重的是，對道路特別是橋梁等市政設施造成化學污染和加速腐蝕。如京津地區的城市立交橋，由于冬天融雪劑的作用，這些橋使用十幾年就出現了問題，有的不得不限載、大修，甚至拆除。氯鹽融雪劑的腐蝕機理是，融雪劑在使用過程中氯離子滲透到混凝土中，當氯離子到達鋼筋表面并超過一定量時，原處于鈍化狀態的鋼筋就會活化、腐蝕。銹蝕產物的體積膨脹 2 ～ 6 倍，使混凝土保護層發生順鋼筋開裂、脫落的現象，導致構件或結構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，融雪劑對道路橋梁的腐蝕作用并未緩解。

    結語

    金屬腐蝕給國民經濟帶來了巨大的損失，要減少由于腐蝕而造成的損失，需要全社會的共同努力。普及金屬腐蝕與防護的基本知識，讓更多的工程技術人員了解掌握腐蝕基礎知識和常用的防腐蝕技術，減少因選材、設計、安裝等原因而造成的腐蝕損壞，及時推廣防腐蝕新技術和新方法，將我國的腐蝕損失降至最低程度。（資料來源：知網，原作者：葛紅花等）