机械设备的金属腐蚀与防护分析

　　[摘要]：本文对腐蚀坏境下机械设备金属的腐蚀机理进行了分析，并对不同的金属腐蚀提出了相应的防腐蚀措施，对延长腐蚀坏境下工程机械设备寿命、降低成本、提高劳动生产率都具有十分重要的意义。

　　[关键词]：机械设备腐蚀机理腐蚀防护措施

　　中图分类号：TQ016.5+5文献标识码：TQ文章编号：1009-914X（2012）32-0029-01

　　1.引言

　　机械设备是用于工程建设的施工机械的总称，广泛用于建筑、水利、电力、道路、矿山、港口和国防等与国民经济息息相关的工业领域。机械设备的生产材料组要来自于金属，而金属材料与腐蚀性环境介质接触就会发生腐蚀。例如钢铁制件在潮湿空气中很容易生锈，钢铁在加热炉中加热时会生成一层氧化皮，地下的金属管道遭受腐蚀而穿孔，化工机械在强腐蚀性介质（酸、碱、盐）中也较易腐蚀，铝制品在潮湿空气中使用后表面会出现一层白色粉末等。

　　大部分机械设备工作在腐蚀的工作坏境，这就造成了机械设备金属不可避免的遭到腐蚀，而腐蚀坏境下设备金属因缺乏相应的防护或防护不当容易造成工程机械过早的失效，这不仅造成资源大量浪费，而且因设备的失效甚至会影响的工程的质量、进度而造成更大的损失。机械设备的腐蚀破坏在短期内不易觉察，往往被人们所忽视，但它所引起的事故却极其惊人，往往会带来灾难性的后果。机械设备的金属遭到腐蚀后，会使整个的机械设备和仪器仪表不能使用而造成经济上的巨大损失；另一方面，由于机械的局部腐蚀损坏引起的机械设备损坏，导致停产，产品质量下降，效率低，引起物资的跑、冒、滴、渗损失，对环境污染以至爆炸、火灾等的间接经济损失更是无法估量。因此研究腐蚀坏境下的机械设备腐蚀规律、解决腐蚀破坏，就成为国民经济中迫切需要解决的重大问题。

　　2.机械设备金属腐蚀的分类和形式

　　根据金属腐蚀过程的不同特点，机械设备的金属腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀两大类[1]。化学腐蚀是金属和环境介质直接发生化学作用而产生的损坏，在腐蚀过程中没有电流产生。温度对化学腐蚀的影响很大，例如，钢材在常温和干燥的空气里并不易腐蚀，但在高温下就容易被氧化，生成一层由FeO、Fe2O3和Fe3O4组成的氧化皮。机械设备在发化学腐蚀的同时还发生脱碳现象，图1为机械设备金属表面氧化脱碳示意图，反应生成的气体产物离开金属表面，而碳便从邻近的、尚未反应的金属内部逐渐扩散到这一反应区，于是金属层中的碳逐渐减少，形成了脱碳层。机械设备表面由于脱碳致使硬度减小、疲劳极限降低。此外，在原油中含有多种形式的有机硫化物，它们对金属输油管及容器也会产生化学腐蚀。

　　电化学腐蚀是金属在电解质溶液中发生电化学作用而引起的损坏，在腐蚀过程中有电流产生。机械设备的电化学腐蚀比较常见，如机械设备金属在酸、碱、盐、土壤、海水等腐蚀性介质中很容易发生电化学腐蚀。金属的电化学腐蚀可分为析氢腐蚀、吸氧腐蚀和差异充气腐蚀。其阳极过程均是金属阳极溶解。一般工业生产中钢铁在大气中的腐蚀主要是吸氧腐蚀。尽管钢铁表面处于一些酸性水膜中，但是只要空气中的氧气不断溶解于水膜，并扩散到阴极，则由于O2/OH-电对的电极电势大于H+/H2电对的电极电势，而且腐蚀速率很慢，空气中的氧气可不断溶入水膜中，致使吸氧腐蚀仍然是主要的。

　　机械设备差异充气腐蚀，其发生的原因是：氧气的分压对电极电势的影响为，氧气分压较大处，相应电极电势值较大（为阴极），而在氧气分压较小处，相应电极电势值较小（为阳极），这样就形成了一个腐蚀电池。靠近粘土部分钢管作为腐蚀电池的阳极而被腐蚀。机械设备的这类腐蚀在地下管道、石油井架、轮船水线上下等地方会有发生。

　　3.机械设备金属腐蚀的主要防护措施

　　机械设备金属腐蚀破坏的形式是很多的，在不同的条件下引起的金属腐蚀的原因是各不相同的，而且影响因素也非常复杂。为了保证设备的长期安全运转，有必要根据不同的金属腐蚀采取相关的防护措施，例如，可以根据不同的用途选用不同的金属或非金属使组成耐腐合金以防止金属的腐蚀；也可以采用油漆、电镀、喷镀或表面钝化等使形成金属覆盖层而与介质隔绝的方法以防止化学腐蚀和电化学腐蚀。下面是实践中机械设备常用几类防护技术。

　　3.1增加机械设备的金属保护层

　　在机械设备的金属表面喷、衬、镀、涂上一层耐蚀性较好的金属或非金属物质以及将金属进行磷化、氧化处理，使被保护金属表面与介质机械隔离而降低金属腐蚀；保护层法是使金属表面生成一层致密的不易腐蚀的物质，以此将金属与外部介质隔绝开来使金属免遭腐蚀的一种方法。对工作的腐蚀环境下的机械设备增加金属保护层，能有效降低机械设备表面金属层的化学腐蚀和电化学腐蚀。金属保护层法是在金属表面上加上一层致密的金属或合金，从而使被保护金属免遭腐蚀的一种方法。一般采用电镀，也有用熔融金属浸镀或喷镀，或者直接从溶液中置换金属进行化学镀等。金属喷镀是将金属在高温火焰中熔化，同时用压缩空气将熔融的金属吹成雾状微粒，并以较高的速度喷射到预先经过处理的的基体表面上，从而形成一层金属镀层，在镀层温度没有完全冷却时，应再涂刷环氧树脂面漆。用喷镀得到的喷涂层与基体结合牢固，大大提高了防腐效果。

　　3.2阴极保护法

　　阴极保护法就是将被保护的金属作为腐蚀电池的阴极（原电池的正极）或作为电解池的阴极而不受腐蚀。前一种是牺牲阳极（原电池的负极）保护法，后一种是外加电流法。

　　1）牺牲阳极保护法。这是将较活泼金属或其合金连接在被保护的金属上，使形成原电池的方法。较活泼金属作为腐蚀电池的阳极而被腐蚀，被保护的金属则得到电子作为阴极而达到保护的目的。一般常用的牺牲阳极材料有铝合金、镁合金、锌合金和锌铝镉合金等。牺牲阳极法常用于保护海轮外壳、锅炉和海底设备。牺牲阳极的表面积与被保护金属的表面积应有适当比例。通常前者为被保护金属表面积的1%～5%左右，分散布于被保护金属的表面。

　　2）外加电流法。这是在外加直流电的作用下，用废钢或石墨等作为阳极，将被保护金属作为电解池的阴极而进行保护的方法。

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