钢材的锈蚀及防治措施-《基础化学》

随着我国冶金工业的发展，应用于建筑工程中的钢材品种、规格和数量迅速增加，质量和性能稳步提高，钢结构技术的应用亦日益广泛。由于钢结构容易锈蚀，所以，钢结构防锈成为钢结构工程中不可缺少的重要一环。随着技术进步和科技的发展，钢结构防锈措施越来越多，施工工艺也不尽相同，基于钢结构的形式及所处的外围环境的不同，对钢结构的防锈应相应地采取不同的措施。

1.钢材的锈蚀

根据钢结构周围的环境、空气中的有害成分（如酸、盐等）及温度、湿度和通风情况的不同，钢材的锈蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。

（1）化学腐蚀

钢结构表面与周围介质直接起化学反应而产生的锈蚀称为化学腐蚀。如钢在高温中与干燥的O2、NO2、SO2、H2S等气体以及非电解质的液体发生化学反应，在钢结构的表面生成钝化能力很弱的氧化保护薄膜FeO、FeS等，其腐蚀的程度随时间和温度的增加而增加。

（2）电化学腐蚀

钢结构在存放和使用中与周围介质之间形成原电池而产生的腐蚀属于电化学腐蚀。在潮湿的空气中，钢结构表面由于显微组织不同、杂质分布不均以及受力变形、表面平整度差异等原因，使钢结构表面局部相邻质点间产生电极电位差，构成许多“微电池”。

在电极电位较低的阳极区（如易失去电子的铁素体），铁失去电子后呈Fe2+进入电介质水膜中：阴极区（如不活泼的渗碳体）得到的电子与水膜中溶入的氧作用后，形成OH-，两者结合成Fe（OH）2，进一步被氧化成Fe（OH）3，即发生吸氧腐蚀，电极反应式为：

若水膜中溶有酸，则阴极被还原的H+离子沉淀，使阴极产生极化作用，而使腐蚀停止，但水中的溶氧与H+结合成水，除去沉积的H+，阴极极化作用消失，腐蚀继续进行，这种腐蚀叫析氢腐蚀，电极反应式为：

综上所述，在潮湿（存在电解质水膜）和有充足空气（水中溶有氧）的条件下，就会产生严重的腐蚀现象。

图1-1-5　钢铁的吸氧腐蚀示意图

图1-1-6　钢铁的析氢腐蚀示意图

2.钢材腐蚀的防护方法

（1）制成合金（如在钢中加Cr、Ni制成不锈钢）——改善金属的内部组织结构（内因）

（2）在金属表面覆盖保护层——电镀、油漆、钝化等

以钢铁的防护为例，根据保护层成分的不同，可分为如下几种：

a.在钢铁表面涂矿物性油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等物质；

b.用电镀、热镀、喷镀的方法，在钢铁表面镀上一层不易被腐蚀的金属；(www.xing528.com)

c.用化学方法使钢铁表面生成一层致密而稳定的氧化膜（表面钝化）。

图1-1-7　金属表面覆盖保护层

（3）电化学保护法——牺牲阳极的阴极保护法、外加直流电源的阴极保护法

a.外加电流的阴极保护法：

将被保护金属与另一附加电极作为电解池的两个极，使被保护的金属作为阴极，在外加直流电的作用下使阴极得到保护。此法主要用于防止土壤、海水及水中金属设备的腐蚀。把被保护的设备与外接电源的负极相连；

b.牺牲阳极的阴极保护法（被保护的设备与活泼的金属相连接）。

形成原电池反应时，让被保护金属做正极，不反应，起到保护作用；而活泼金属反应受到腐蚀。

图1-1-8　电化学保护法

■科学视野

金属材料、金属制品行业发展前景

金属制品行业包括结构性金属制品制造、金属工具制造、集装箱及金属包装容器制造、不锈钢及类似日用金属制品制造等。随着社会的进步和科技的发展，金属制品在工业、农业以及人们的生活各个领域的运用越来越广泛，也给社会创造越来越大的价值。

金属制品行业在发展过程中也遇到一些困难，例如技术单一，技术水平偏低，缺乏先进的设备，人才短缺等，制约了金属制品行业的发展。为此，可以采取提高企业技术水平，引进先进技术设备，培养适用人才等提高中国金属制品业的发展。

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思　考

1.金属材料有哪些种类？

2.金属材料的防腐方式有哪些？

3.金属材料有哪些性能？