金屬腐蝕的防護技術(shù)淺析

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摘要：在當(dāng)今的生產(chǎn)活動中，金屬腐蝕的問題越發(fā)突出。本文從金屬腐蝕的原理出發(fā)，將金屬腐蝕防護的現(xiàn)今技術(shù)手段做出歸納，總結(jié)了現(xiàn)今面臨的問題。從改善金屬防腐工作的角度出發(fā)，為金屬防腐工作研究提出建議，為以后更加優(yōu)良的金屬腐蝕防護技術(shù)和工藝打下基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：金屬材料；金屬腐蝕；防護技術(shù)

金屬材料和其合金作為目前應(yīng)用最為廣泛的材料，在日常生活生產(chǎn)中起著尤為重要的作用，隨著金屬材料的廣泛應(yīng)用，金屬腐蝕問題也成為目前我們不得不面臨的問題。金屬腐蝕并非像自然災(zāi)害一般帶給人強烈的沖擊，但是它是無時無刻不在發(fā)生的。每年金屬腐蝕所造成的經(jīng)濟損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過自然災(zāi)害，同時因為金屬腐蝕帶來的人力、物力的損失也極其嚴(yán)重。面對現(xiàn)狀，我們尚未能夠完全阻攔金屬腐蝕的進程，金屬腐蝕伴隨著金屬存在的各個階段。因此，金屬腐蝕的防護工作顯得尤為重要，我們必須重視金屬的防護工作，努力減緩金屬腐蝕的進程，有效的規(guī)避金屬材料在使用過程中帶來的損失。

1.金屬腐蝕的原理

(1)腐蝕的主要形式與原因

金屬的腐蝕是金屬材料在外部環(huán)境的影響下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過程，在其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過程中破壞金屬使其變質(zhì)和破壞。其主要分為兩種形式：電化學(xué)腐蝕和化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕作為最為常見的一種金屬腐蝕方式，主要誘導(dǎo)原因是金屬在環(huán)境中接觸了電解質(zhì)溶液，從而形成了自然環(huán)境下的原電池。由被腐蝕的金屬作為陽極，氧通常作為陰極，由于氧的電極電位總是高于金屬電極，所以金屬通常作為陽極失去電子導(dǎo)致金屬表面的相應(yīng)的成分被氧化，相應(yīng)的金屬電極就被消耗損失。在金屬身處于不同的環(huán)境中，電化學(xué)腐蝕又分為析氫腐蝕和吸氧腐蝕兩種。如果金屬處于酸性介質(zhì)中，發(fā)生析氫腐蝕反應(yīng)，此時金屬在發(fā)生反應(yīng)后就會釋放出氫氣。而吸氧腐蝕反應(yīng)是金屬在空氣中最為常見的一種腐蝕形式，在酸性、堿性、中性條件下均可發(fā)生，此反應(yīng)需要吸收氧氣，所以稱為吸氧反應(yīng)。以最為常見的金屬鐵的腐蝕為例，鋼鐵產(chǎn)品中通常含有碳元素，當(dāng)其處于潮濕的空氣中時，水蒸氣能夠被吸收在鋼鐵的表面形成一層水薄膜，此時二氧化碳將會溶解在這層水膜上，變成電解質(zhì)溶液，增加水中的氫離子，發(fā)生析氫腐蝕反應(yīng)。當(dāng)鐵表面潮濕或接觸帶有水分的空氣時，鐵就會被空氣中的氧氣腐蝕，導(dǎo)致其生銹，發(fā)生吸氧腐蝕反應(yīng)。這兩種電化學(xué)反應(yīng)是目前金屬腐蝕的主要成因，當(dāng)金屬處于相應(yīng)的環(huán)境中就會被腐蝕，需要尋找正確的途徑解決金屬的腐蝕問題[1]。另外一個金屬腐蝕的方法就是化學(xué)腐蝕。化學(xué)腐蝕在日常生活中較少一些，當(dāng)金屬材料在干燥空氣或者非電解質(zhì)溶液中進行純粹的化學(xué)反應(yīng)，而所產(chǎn)生的侵蝕就稱為化學(xué)腐蝕。其基本原理是在金屬的表面的原子與一定條件下的氧化物之間直接進行氧化還原反應(yīng)。由于此種腐蝕狀態(tài)僅出現(xiàn)在一定的場合中，且相對于電化學(xué)腐蝕更加罕見，所以我們目前所要處理的重點問題就是金屬電化學(xué)腐蝕的問題。

(2)金屬腐蝕速率的影響因素

金屬腐蝕的速率在不同的條件下差距較大，導(dǎo)致金屬腐蝕的誘導(dǎo)因素也較為繁多[2]。首先，空氣中的相對濕度和相應(yīng)金屬的腐蝕臨界值是影響金屬腐蝕速率的一個重要因素?？諝庵械难鯕馐冀K是存在的并且占據(jù)大多數(shù)，主要的誘發(fā)原因在于空氣中水的含量，也就是濕度，如果水分的含量和氧氣都充足的條件下，以金屬鐵75%的相對濕度腐蝕臨界值為例，過于此含量將會加劇其腐蝕。其次，空氣中污染物質(zhì)如硫酸根、碳酸根、二氧化硫、二氧化碳和灰塵等的含量也是金屬腐蝕的原因之一，不同粒子的存在決定了水膜電解質(zhì)的濃度，會和酸堿性一樣影響金屬腐蝕速率。再次，溫度也是影響金屬腐蝕反應(yīng)的重要因素，不同的金屬在其適宜的溫度下將會有著不同的反應(yīng)速率。

2.金屬腐蝕防護的主要技術(shù)

金屬的腐蝕防護的方法有很多，可以通過金屬表面處理、電化學(xué)保護、改變金屬的本質(zhì)和環(huán)境改良等方法對金屬的腐蝕進行防護。

(1)金屬表面處理

金屬表面的腐蝕致使金屬被損耗，于是金屬的表面處理工作可以作為金屬阻隔腐蝕反應(yīng)的第一道防線。對于可以進行覆蓋不影響金屬材料正常使用的前提下，對所保護的金屬材料進行表層覆蓋操作，目的是將金屬本體與腐蝕介質(zhì)隔離開，防止金屬的氧化作用使其失去電子，達(dá)到防止腐蝕的目的。目前主要的相關(guān)隔離材料分為非金屬合金屬2種保護材質(zhì)。非金屬材質(zhì)包括油漆、瀝青、陶瓷、塑料、橡膠等，金屬保護層以耐腐蝕性強的其他金屬或合金做保護措施，它們能夠在金屬表面上形成保護膜。目前最主要的保護涂層有電鍍、化學(xué)鍍、真空鍍等。主要包括了陰極保護涂層和陽極防護涂層，然而由于電鍍會存在表面損傷的問題，所以如果在陰極涂層，電鍍損傷后反而會增加對保護金屬表面的腐蝕。但是如果在陽極涂層，電鍍損傷后可能仍然具有防護效果。所以，對表面處理的材料和電極的選用也必須有所選擇。這些保護膜一般都為非常薄的層體，否則就會對保護基材的應(yīng)用造成影響，正是由于較為嚴(yán)格的工藝要求，所以一旦涉及到大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)之中，不可避免地會因為價格等因素導(dǎo)致金屬腐蝕防護工作處理受到阻礙。

(2)電化學(xué)保護法

電化學(xué)保護法，是一種通過運用電化學(xué)原理在需要防護的金屬表面上采取措施，使之成為腐蝕電極中的負(fù)極而避免或減少金屬腐蝕的辦法。它包括了犧牲陽極的陰極保護法、外加電流的陰極保護法和陽極保護法3個方式。通過電化學(xué)保護法讓被保護金屬獲得大量電子從而產(chǎn)生陰極化來消除局部的陽極溶解屬于陰極保護法，主要通過犧牲陽極或者外加電流來實現(xiàn)。犧牲陽極陰極保護法是在防護金屬材料的表層連接電位更低的金屬或合金，將其變成陽極，以代替所要防護的金屬材料失去電子。因此，在一些金屬材料的防護過程中常采用活潑性更高的金屬材料代替防護金屬表面的腐蝕，比如在一些船舶的防護中在鐵質(zhì)船底每隔一段距離焊上鋁制材料以保證船底不被侵蝕。外加電流陰極保護法需要將被保護的金屬接在負(fù)極上，使其成為陰極從而免除腐蝕。通常會被用在接入地下電網(wǎng)、地下石油管道的保護等。與外加電流陰極保護法不同，陽極保護法是將金屬外接電源的正極，使要保護的金屬電位達(dá)到校正值，之后在金屬表面形成一層氧化膜，進而保護金屬降低腐蝕，此方法適用于容易鈍化的體系，一般應(yīng)用于氧化性較為強烈的介質(zhì)中。

(3)其他方法

除了表面處理和電化學(xué)保護法，還有許多方法能夠阻擋金屬的腐蝕。例如氧化處理法，此種方法通過強氧化劑的作用，在所要保護的金屬表面形成約1mm厚的保護膜阻絕介質(zhì)，它的優(yōu)點在于保護膜薄能夠更好的保護金屬材料，一般用在一些精密儀器武器的防護上。還有關(guān)于鐵、鋅等金屬的磷化處理，將其浸泡在酸性磷酸鹽溶液中，在金屬表面發(fā)生化學(xué)和電化學(xué)反應(yīng)并生成磷酸鹽化學(xué)膜，我們將其稱為磷化膜，同樣也是起著阻隔金屬與介質(zhì)的作用。還有就是通過對金屬本身的處理起到保護金屬的作用，一般向金屬中加入碳、錳等元素，促使金屬成為更具耐腐蝕性的合金材質(zhì)。例如，不銹鋼就是在鋼鐵的冶煉中加入其他元素使其更具耐腐蝕性。

3.金屬防護過程中存在的問題

金屬的腐蝕防護是一個悠久漫長的過程，隨著時代發(fā)展，防腐工藝和手段逐漸成熟，人們也能夠重視金屬的防護工作，但是應(yīng)用到金屬腐蝕工作的一般為工業(yè)化工企業(yè)等，面臨大規(guī)模的生產(chǎn)活動，大多數(shù)金屬用品被用作儲存或者基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的建立，一旦發(fā)生問題，就會有泄露、崩塌等問題，這些問題仍然不可避免地急需我們解決。

(1)缺乏一定的安全意識

工業(yè)化工的工作環(huán)境往往比較危險，尤其是一些危險的高空作業(yè)區(qū)域，這些場所的危險系數(shù)極高。某些施工人員缺乏安全素養(yǎng)，缺少安全操作能力，極易引發(fā)一些安全事故。事故的發(fā)生往往都是一些操作問題，在重型吊裝工作作業(yè)和腳手架工作的當(dāng)今時代，一旦發(fā)生操作上的安全問題，就很容易導(dǎo)致生命危險。一些施工單位為了節(jié)約成本，往往選擇低價勞動力，工作人員對安全條例的理解不深刻安全意識和技術(shù)的缺失，易引發(fā)相應(yīng)安全事故。安全問題是工業(yè)生產(chǎn)中最為重要的大事，安全細(xì)節(jié)關(guān)乎生產(chǎn)的存在與消亡。不僅僅是施工的基本人員，也包括管理人員，都需要對安全問題足夠重視，今年這類安全問題頻發(fā)，需要引起我們重視。由于金屬腐蝕無時無刻不在發(fā)生，像高腳架等重工業(yè)應(yīng)用器械，它需要極其嚴(yán)謹(jǐn)?shù)木群褪褂梅绞?。如果因為腐蝕原因致使精度或者強度的下降，那么極易導(dǎo)致安全問題。同時質(zhì)量檢驗也是工業(yè)生產(chǎn)的重中之重，人們往往忽視一些細(xì)微的問題，它才是安全問題誘發(fā)的根源，所以在日常工作中的質(zhì)量檢驗和安全評測尤為重要。

(2)管理方式存在漏洞

一系列的安全問題引發(fā)的同時，還暴露了目前我國工業(yè)生產(chǎn)的管理問題?；ば袠I(yè)施工工作時，工作人員往往要同時面對諸多化學(xué)物質(zhì)，這些化學(xué)品或多或少的存在著危害，且無法避免[3]。其次，在工業(yè)生產(chǎn)的過程中，經(jīng)常出現(xiàn)化學(xué)品隨意堆疊的現(xiàn)象，大批量危險品堆積在一起，出現(xiàn)安全問題造成威脅。另外一些工業(yè)用品的結(jié)果產(chǎn)出的保存問題，有害物質(zhì)的保存一旦發(fā)生問題就會對人體產(chǎn)生巨大的危害。所以安全管理法則極其重要。部分劇毒物質(zhì)一旦保存不到位，輕則損害工作人員的身體機能，重則危及其生命安全。同時，如果化學(xué)品使用過度，其產(chǎn)生的危害結(jié)果不可估量，對人們的生命安全，還有周圍環(huán)境的嚴(yán)重污染。我國的化工行業(yè)的管理方式理應(yīng)結(jié)合我國國情，不能生搬硬套，在我國近幾十年的發(fā)展歷程中，污染性發(fā)展雖然帶來了經(jīng)濟的飛躍，但是拔苗助長的方式終究有所影響?；ば袠I(yè)施工現(xiàn)場的安全管理方法的完善是解決化工業(yè)安全問題的重要途徑。

(3)操作人員專業(yè)素養(yǎng)較差

化工行業(yè)的安全措施需要擁有專業(yè)知識的工作人員參與，由于金屬的腐蝕防護往往涉及一些高精尖產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，一些高科技材料的應(yīng)用已經(jīng)成為常態(tài)，相關(guān)工作人員必須要有專業(yè)素養(yǎng)匹配技術(shù)才能夠更好的完成工業(yè)生產(chǎn)。由于一些化工產(chǎn)業(yè)具有危險性，這就必須對技術(shù)人員的工作能力提出要求。新入職畢業(yè)生往往缺乏實踐的工作經(jīng)驗，缺乏對工作過程中的危險判斷能力，在面臨一些突發(fā)事件時，很難做到及時的應(yīng)對。施工企業(yè)在高位流水線上的用工選擇，應(yīng)該謹(jǐn)慎進行，不能存在僥幸心理。

4.金屬防護技術(shù)的應(yīng)用保障

(1)創(chuàng)新技術(shù)工藝

在金屬腐蝕的工業(yè)化生產(chǎn)中，傳統(tǒng)的操作方法很難完整的解決這些金屬腐蝕帶來的相關(guān)問題。從安全性和工業(yè)成本上來考慮，一些新技術(shù)新材料難以推廣和使用，以采用重復(fù)利用的方式減免罐體損耗為例，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，對常見工業(yè)儲罐的金屬防護很難滿足正常需求，應(yīng)盡快加大對應(yīng)的技術(shù)創(chuàng)新力度。儲藏不同的物品對罐體的腐蝕程度是不同的，損耗的主要部位在于罐底，所以工業(yè)上常常會采用換底的操作，對罐體的底部進行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，從而讓罐體可以更換底部來重復(fù)利用儲物罐的其余部位[4]，減少材料損失。通過一些簡單的技術(shù)改革就能夠很好的解決問題，所以工業(yè)上的技術(shù)創(chuàng)新很重要。還有新型材料的應(yīng)用和制造上的突破，例如納米材料，在價格占據(jù)優(yōu)勢的前提下能夠更好的保護基材，還有環(huán)境污染物的處理問題，在很多研究中已經(jīng)能夠做到將廢棄物中的相關(guān)物質(zhì)繼續(xù)反復(fù)使用，這樣就能夠減少污染物或有毒物質(zhì)的排放。還有許多的高精尖科技的研究正在向金屬防護方向突進，未來金屬防護的安全性，低損耗性將會有更大的突破。

(2)加強日常維護檢修工作

對于儲存化工產(chǎn)品的金屬材質(zhì)器械，相關(guān)企業(yè)應(yīng)該加強相應(yīng)器械的保養(yǎng)頻率，保障其在正常使用的過程中不會產(chǎn)生泄露或破壞。在金屬防護的技術(shù)應(yīng)用層面，加強日常維護檢修工作同樣十分重要。例如，在金屬保護過程中，我們往往使被保護金屬作為陽極防止其消耗，然而通過形成保護膜或者在其金屬表面附加保護膜的原理都存在弊端，那就是金屬外膜的損耗。一旦金屬的保護外膜有所損耗，那么金屬的防護能力就會下降，所以日常的檢修非常重要，尤其是針對一些重要的化工工業(yè)器械，在工作的工程中一旦發(fā)現(xiàn)破損要及時進行修正，這樣才能保障在工作中的精度以及相關(guān)物品的硬度，防止危險的發(fā)生。

(3)建立完善管理體制

對于一些化工企業(yè)金屬防護工作中的問題，要解決它們的重點條件就是有完善的體制作為依托。在確保部門分工管理明確的前提下進行完善的安全責(zé)任體制非常必要。一旦出現(xiàn)問題就能夠?qū)?yīng)到相關(guān)部門和個人上，這樣能夠第一時間找到相關(guān)責(zé)任人，承擔(dān)責(zé)任的同時做好相應(yīng)的善后工作。根據(jù)相關(guān)法律規(guī)定，整個安全責(zé)任體系的建立應(yīng)在法律的規(guī)定范圍內(nèi)實施，此行為受到國家安全環(huán)保部門的監(jiān)督。對于相關(guān)負(fù)責(zé)人，不僅要做到對金屬原材料的生產(chǎn)規(guī)范化，還要做到重視設(shè)備維護情況和操作人員的基本素質(zhì)，使各個環(huán)節(jié)都能夠萬無一失。針對施工過程中的合同類問題，需要有完善的標(biāo)準(zhǔn)化進程，這體現(xiàn)在物資、人員、設(shè)備的出入等方面，嚴(yán)格的把控標(biāo)準(zhǔn)，擬定堅實的條款是規(guī)范行為的重要途徑。對于基本工作人員的業(yè)務(wù)水平做出篩選，尤其是涉及一些高難度高危位置，具有專業(yè)素養(yǎng)的人員才能夠及時的規(guī)避風(fēng)險，做出妥善處理，這就落實到管理體制的人員篩查上，使用技術(shù)過硬的化工行業(yè)員工進行生產(chǎn)工作是最為妥當(dāng)?shù)姆绞健?/p>

5.結(jié)語

無論是在生活還是在工業(yè)生產(chǎn)中，金屬的腐蝕防護工作都顯得尤為重要，金屬材料的防護手段多種多樣，針對不同的材料不同的用途和相應(yīng)的技術(shù)，選擇合適的防止腐蝕的工藝和手段尤為重要。針對不同的使用場景，往往需要結(jié)合多種手段來使金屬的防護效果最大化，我們在進行生活生產(chǎn)的過程中，要合理的選材利用金屬材質(zhì)，良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計與選材能夠在日后的防腐工作中起到至關(guān)重要的作用，同樣要注重預(yù)防和保護的結(jié)合，使用最小的成本來達(dá)到最佳的金屬防腐目的。金屬防腐的技術(shù)手段也在日益創(chuàng)新，結(jié)合時代的發(fā)展創(chuàng)建出更為適宜的金屬防護技術(shù)需要我們共同的努力。

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[4]宋春才.淺談金屬儲罐腐蝕與防護技術(shù)[J].今日科苑,2008(04):53.

作者:孫小舟 單位:青島雙瑞海洋環(huán)境工程股份有限公司