防锈的基础知识

防鏽的基礎知識

第三章 金屬腐蝕的基本原理

一﹑為什么大氣中的灰塵容易引起金屬鏽蝕﹖

大氣中的灰塵包括煤煙﹑煤灰﹑泥砂等含碳和碳的化合顆粒﹐以及含金屬氧化物﹑氯化鈉。硫酸銨和其他監類的顆粒等。大氣中灰塵的含量﹐一般城市約為2毫克/公尺3﹐工業城市可高達1000毫克/公尺3。當含有碳粒的灰塵（特別是活性碳和無定形碳）落在金屬的表面上時﹐如果吸收了空氣中的二氧化硫﹐金屬表面就會形成水份凝聚中心﹐造成氧的濃差電池﹐阻礙氧的進入﹐從而消除并駕齊驅極區的鈍態﹐加速金屬的腐蝕（對銘﹑鎳﹑不鏽鋼的危害特別大）。由此可見﹐保護環境對金屬防鏽具有重要意義。

二﹑為什么氧能促進金屬腐蝕﹖

金屬在大氣條件下的腐蝕主要是水份與氧的作用而引起的﹐兩者缺一就不容易腐蝕。據有關資料介紹﹐在脫氣皂海恐怕（氧已去掉）歌舞伎﹐鐵釘浸漬在海水里數十年仍可保持光澤。如果大氣中有大量的氧存在﹐那么與空氣接觸的水膜則很快被氧所飽和﹑水膜吸著在金屬表面上（因水膜層很薄﹐一般在500毫厘以下）﹐使氧氣很容易溶解滲透﹐這樣氧向腐蝕界面上擴散就不會遇到較大的阻力。同時水膜易被氧飽和。在一般條件下（密閉空間除外）氧皂供應較充份﹐這就造成了氧對金屬的消極化(depolarizations)過程進行得比較順利﹐并且在大氣腐蝕中常具有主要的作用。例如﹐金屬制品在生產或貯存過程中﹐常發現有重疊面的腐蝕現象﹐即在接觸面上距離邊緣局部處較近的地方﹐出現變色很重的腐蝕（俗稱重疊腐蝕或叫做氧的濃差腐蝕。這就是氧的不均勻充氣所造成的。

三﹑為什么空氣中的二氧化硫會加速金屬腐蝕﹖

二氧化硫是一種并駕齊驅極活化劑﹐有其存在時﹐金屬就確于鈍化﹐已鈍化的也會因此而失去鈍化﹐從而引起金屬陽極過程溶解速度的加快。例如二氧化硫在鋼鐵表面上﹐與氧作用后能容解二水膜中而變成亞硫酸﹐被氧化后成為硫酸﹐使水膜的PH值降低﹐并改變鈍化保護膜的性質﹐從而加速鋼鐵的腐蝕。一分子硫酸﹐可引起一個原子的鐵腐蝕。

此外﹐二氧化硫是陰極的良好消極化劑﹐在電極電位為正值時大部份金屬會在酸性介質中被氧化﹐從而加速腐蝕。空氣中二氧化硫的含量雖然比氧少得多﹐但是二氧化硫在水中的溶解度比氧大一千三百倍左右﹐所以當空氣中二氧化硫的含量為0.015%時﹐其在溶液中的濃度就等于氧的濃度。因此﹐金屬腐蝕的加速過程﹐與氧的作用和二氧化硫具有強烈的陰極消極化性質有關。

四﹑為什么手汗會引起金屬鏽蝕﹖應如何防護﹖

人的汗液是一種無色透明或淡黃色帶有咸味呈彈酸性的液體﹐其PH值為5~6。汗液的成份中﹐大部份是水（約占90%）,其余的是食鹽﹑鉀﹑鈣﹑鎂。此外﹐還含有少量有機酸如尿素﹑尿酸﹑液體脂肪﹑﹑乳酸﹑檸檬酸等。當汗液與金屬接觸時﹐會在金屬表面形成一層汗液膜。汗液膜對金屬起電化學作用。金屬便被鏽蝕。

汗液對金屬的危害極大。光潔度﹑精密度較高的零件接觸到手汗后很容易生鏽。絨常鉗們在閃閃發亮的銅合金﹑鋼鐵﹑鎂合金﹑鍍鋅鈍化﹑鍍鎘鈍化零件上會發現有一些發暗的手指印﹐這就是由手汗引起的鏽蝕。

手出汗是不可避免的。因此要防止由手汗引起的鏽蝕﹐工作者應戴上手套﹑指套﹐或用專用工具拿取零件﹐不要隨便用手接觸產品。從事精密零件加工的工人或不宜戴手套操作的加工

物﹐可以在工作前和工作過程中﹐每隔2~3小時用5%甲醛水溶液或肥皂洗手一次﹐并用干燥清潔的毛巾擦干手或涂上”生物手套”﹐以便暫時控制汗液的分泌。一般機械加工的工人﹐操作時雙手涂上置換型防鏽油對防鏽也很有效﹐因為這種防鏽油具有中和汗液及置換水份的作用。 五﹑為什么溫度變化容易使金屬腐蝕﹖

電化學腐蝕的速度一般隨著升高而增長﹐即溫度越高﹐金屬在電解質溶液中的腐蝕速度越快。這由于隨著溫度的升高﹐電極反應加強﹐擴散過程的速度加快所致。在許多大陸性氣候的地區﹐白天天氣炎熱﹐這時空氣中的相對濕度雖低﹐但是絕對濕度卻相當高﹐而晚上﹐當溫度劇烈下降時﹐絕對濕度雖然沒有多大變化﹐但大氣中的相對濕度卻大大升高﹐這時空氣中的水份會以凝露的形式聚結在金屬的表面上﹐從而為金屬生鏽提供了良好的條件。所以﹐晝夜溫差大的季節﹐或氣溫突然降低和升高的環境﹐都容易使金屬鏽蝕。例如在潮濕的條件下﹐用汽油洗滌零件時﹐清洗后汽油會迅速揮發﹐并帶走熱量使零件突然變冷﹐這時零件表面上就容易凝結一層水膜而引起生鏽。

實際上﹐當空氣溫度在5~50℃的范圍劇烈變化時﹐只要相對濕度達到65~75%﹐在金屬表面就會出現凝霧現象。一般情況下﹐溫差越大﹐發生凝露所需的相對濕度就越低。因此﹐工廠生產和儲存設備器具和其他金屬制品時﹐晝夜溫差小于6℃﹐相對濕度不大于70%最為適宜。 六﹑為什么在溫度和和濕度較高的條件下金屬最容易鏽蝕﹖

在很大程度上﹐金屬特別是在露天條件下使用的金屬結構物﹐受大氣腐蝕的強度是由大氣中各種腐蝕性介質的成份以及溫度與濕度的高低所決定。一般來說﹐金屬的氧化速度是隨溫度的升高而加劇的。這是由于環境溫度升高時電化學過程的速度也相對的加快。但事實上﹐這一情況只有在溫度升高時﹐不涉及金屬表面潮濕程度減少（即不會引起水膜干掉）的場合才會發和。

總而言之﹐在高溫高濕的條件下﹐金屬最容易生鏽。其中腐蝕性最大的是潮濕和嚴重污染了的工業大氣﹐而溫度的影響則沒有相對濕度的影響那么顯著﹐溫度變化的影響也不如濕度變化的影響大。溫度對金屬腐蝕的影響﹐在相對濕度很高的雨季或濕熱帶地區才會具較大的作用（主要是電化學腐蝕）。所以﹐在溫度高而相對濕度低的沙漠地帶﹐鋼鐵比較難生鏽（主要是化學腐蝕）。溫度﹑空氣相對濕度共同作用對金屬大氣腐蝕的影響﹐一般可用下式表示。 A=H-65/10*10.54t

式中 A﹕鏽蝕度﹐是用于比較的數據 H﹕空氣相對濕度（%）

T﹕攝氏溫度（℃）

根據上式﹐當相對濕度為65%時﹐A=0﹐當相對濕度低于65%時﹐A為負值﹐此時無論在什么溫度﹐金屬不易生鏽。當相對濕度大于65%時﹐金屬腐蝕加劇。溫度升高10℃﹐鏽蝕速度經貿部提高兩倍左右。

這個公式只簡易的表示一般的條件下溫度和相對濕度共同作用對金屬腐蝕速度影響的比較值﹐而不表示實際中的腐蝕量和存在腐蝕性氣體等殊情況下金屬的鏽蝕。 七﹑怎樣表示金屬的腐蝕速度﹖ 金屬的腐蝕速度有兩種表示方法。

一種是以每小時內在一平方公尺面積上被腐蝕的金屬重量來表示﹐通常記為”克/公尺2*小時”。若用數學式表示則為

K=W/S*t

式中K﹕用失重表示的金屬腐蝕速度（克/公尺2*小時）﹐ W﹕金屬的重量損失（克） S﹕金屬的單位面積（公尺2）

T﹕金屬腐蝕的時間（小時）

另一種是以在一年時間內被腐蝕的金屬表面深度（或厚度）來表示﹐通常記為”公厘/年”。此法比較方便﹐工業上采用較多。若用數學式子表示﹐則可根劇第一種表示方法換算成為 K’=K*24*365/1000*d=8.76K/d

式中K’﹕用深度（厚度）表示的金屬腐蝕速度（公厘/年）

d﹕金屬的密度（克/公分3）

例如鐵的密度為7.87克/公分3﹐若K=1克/公尺2*小時﹐則鐵的腐蝕速度為 K’=8.76*1/7.87=1.1公厘/年。

由此可見﹐對于腐蝕速度為1克/公尺2*小時的鐵﹐用上述兩種方法表示﹐其數值是差不多的﹐大約估計其每年的腐蝕深度為1公厘。

金屬在大氣條件下發生的腐蝕大都是電化學腐蝕﹐就其實質而言﹐這種腐蝕主要是腐蝕電池中陽極上金屬的不斷溶解﹐因此腐蝕電流的大小（正確的說應為電流密度）可代表金屬的腐蝕速度。按照他們之間的關系并根據．法拉第．定律﹐腐蝕速度可按下式計算。則 K=3600IA/FnS

式中K﹕腐蝕速度（克/公尺2*小時） S﹕金屬的面積（公尺2） n﹕金屬溶解為離子的價數 F﹕法拉第常數（965000庫侖） I﹕腐蝕電流（安培） A﹕金屬的原子量（克）

八﹑金屬鏽蝕的程度有哪些級別﹖

為了便于實際應用的科學實驗﹐金屬鏽蝕程度需要有統一的評級。根據一般情況﹐金屬的鏽蝕程度大致可分為四個級別。

（1） 初鏽（微鏽）----金屬表面失去光澤﹐呈灰暗跡象。

（2） 浮鏽（輕鏽）----金屬表面呈淡棕色或黃色或細粉末狀的鏽跡。

（3） 迹鏽（中鏽）----金屬表面呈現棕褐色或淡赭色或棕黃色﹐且堆有粉末狀的鏽蝕產物

﹐去鏽之后金屬表面較粗糙﹐甚至留有鏽痕。 （4） 層鏽（重鏽）----金屬表面呈現黑色或棕褐色片狀層鏽或凸起的鏽蝕斑點﹐擦去鏽蝕產物后呈現凹洞（pit）凹坑crater)等狀態。

九﹑在工廠和倉庫中﹐引起金屬鏽蝕的主要因素有哪些﹖

在工廠和倉庫中﹐引起鏽蝕的現象很普遍﹐引起鏽蝕的主要因素如下。

（1） 違反防鏽工程南范和防鏽管理制度﹐或者沒有執行防鏽措施。例如制品該退磁清洗

的沒有退磁清洗﹐機床使用的冷液配制不合理等。 （2） 赤手取拿零件或用臟污的手接觸制品﹐因手汗和污物（如食鹽﹑水份﹑醋酸﹑乳酸

﹑尿酸﹑尿素等）而引起金屬的鏽蝕。

（3） 把零件存放在臟污﹑潮濕的木箱中﹐或用吸濕性較大的布類紙作鋪墊﹐因濕氣或油污等而引起的金屬生鏽。

（4） 金屬制品在鹽洛（salts bath）熱處理后﹐殘留的鹽斑徹底除淨﹐或經過表面處理（電

鍍﹑電焊）后﹐沒有把鍍液或酸洗后的殘液﹐以及焊接物上的焊接劑（含的氯化鋅。

氯化銨等）清洗干淨﹐因而造成金屬鏽蝕。

（5） 使用不合格的防鏽材料或變質發臭的冷卻液和乳化液等﹐因而造成鏽蝕。 （6） 零件經過研磨膏polishing rouge)研磨﹑打光膏打光﹑打酸印﹑砂紙可打磨或噴砂后﹐沒有及時清洗和油封﹐因而造成鏽蝕。

（7） 因化學品或有害氣何（或者有機物質）的侵蝕作用而引起金屬鏽蝕。

（8） 零件堆放在地上或潮濕的地方﹐或用汽油洗滌后沒有馬上吹干﹐遇到較大的濕度時

金屬表面凝結水滴﹐因而引起鏽蝕。 （9） 使用的壓縮空氣未經認真的處理﹐例如沒有清洗油水分離器等﹐致使壓空氣中含有水份﹑油污或鐵屑等臟物﹐因而造成鏽蝕。

（10）不注意做好工廠環境衛生和現代化的生產﹐操作時機器的振動引起塵埃﹑紗頭﹑油

霧等物飛揚﹐這些物質落在金屬表面﹐因而造成介質腐蝕。

（11）把不同金屬制成零件堆放在一起﹐在潮濕的大氣中導致電化學腐蝕。

此外﹐制品碰傷﹑刮傷也容易引起生鏽。因為碰傷和刮傷的表面光潔度變差﹐有些呈不規則的線狀凹坑﹐容易積存臟物﹐成為金屬腐蝕的中心。

十﹑大氣中的腐蝕性氣體是從哪里來的﹖他們對金屬有些什么危害﹖

大氣中含有大量的水氣和氧。在相對濕度為80%﹑溫度為30℃時﹐每立方公尺空氣中約含水氣二十克﹐而氧占空氣總量的21%﹐容易引起金屬的腐蝕。此外﹐空氣中還含有相當數量的二氧化硫﹑氯化物和硫酸鹽粉末等。這些腐蝕性氣體的來源是多方面的。

(1) 來源于燃燒含硫的燃料﹐例如煤和石油等。全世界如果按每年燃燒十億噸煤計算﹐那么

每年排放到大氣中的二氧化硫就有兩千萬噸。

(2) 來自工業污染﹐工廠周圍的各種腐蝕性介質如酸﹑鹽酸等的酸霧等﹐隨風飄入大氣。 (3) 來自大氣放電。﹑大氣放電（如雷雨閃電）時生成的氮化物﹐溶于液膜中而形成亞酸﹑

硝酸等。 (4) 來自有機物質分解。有機物質腐爛后﹐會分解出硫化氫﹑氨氣散發。

(5) 由海風把海水鹽份夾帶到大氣中。

二氧化硫等腐蝕性氣體通過與水作用﹐能使金屬形成強烈的腐蝕性液膜﹐加上空氣中的灰塵﹑泥沙等污染會隨時飄落到金屬表面上﹐從而加劇金屬腐蝕速度。

大氣中腐蝕性氣體污染對金屬的危害極大。因此﹐在設計廠房﹑倉庫和考慮制品的使用條件時﹐應當盡量避免受到上述影響。例如機械加工﹑裝配﹑油封包裝工廠和倉庫﹐應與容易產生有害氣體的化工廠或作業場所保持一定的距離﹐工廠﹑倉庫周圍容易揮發的污染物應盡快清除或一處理。