金属表面氧化与防护
——铁表面的氧化与防护摘要
随着社会的进步，时代的发展，铁的应用越来越广，但是铁表面氧化却一直是让人们烦恼的问题。因此对铁表面氧化的研究不仅在理论上而且特别是在实际应用上有重大意义。每年因钢铁大量氧化而造成的损失是巨大的，多年来对铁表面和氧相互作用后在近表面区生成什么氧化物进行了很多表面分析和表面研究，从而通过这些分析研究结果来强化铁表面，对铁表面进行强化保护。
关键词：铁；氧化反应；界面；锈蚀；防护
人们最早认识的铁是陨石中的铁，古代埃及人称之为圣物，此时的铁主要用于祭祀或是用于作饰物，这是人类对铁的最早应用，而人工铁的出现则相对较晚，距今约三千四百年，最早锻造出人工铁，约公元前一千年，古希腊和古罗马开始普遍使用铁制的工具和兵器，，约公元前五世纪，欧洲大陆普遍使用铁器，中国最早使用人工铁器始于春秋战国时期，从公元前一千四百年前起，人类开始逐步掌握比较熟练的也炼铁的技术，铁从此被大量生产。继西台帝国之后，小亚细亚、埃及、美索不达米亚平原相继进入铁器时代。
随着人们对铁应用的广泛，人们对铁使用起来的问题也逐渐关注，如何对铁表面进行防护是近几年人们研究的焦点，同时，对铁的防护也具有非常客观的使用价值。
金属的锈蚀有化学锈蚀和电化学锈蚀两种，铁在空气中的锈蚀属于电化学锈蚀，即铁和电解质溶液作用而发生氧化的过程。
铁在空气中锈蚀的机理。铁锈不象其它金属的锈蚀产物那样形成紧附在金属表面上的致密的保护膜，而是疏松多孔:当钢铁跟水接触或吸收空气中的水分在表面形成水膜时，电化学腐蚀便开始进行，腐蚀过程是无数微电池作用的过程。钢铁中的铁作阳极，杂质作阴极，溶有SO2、CO3 酸性水溶液为电解质，电池变化为阳极：Fe+2e-→Fe2+阴极:H++2e-→H2 析氢腐蚀或阴极1/2O2+2e-+H2O→2OH- 吸氧腐蚀。由于后一阴极反应的电极电位比前一过程高，所以除强酸性介质外，一般都以吸氧腐蚀为主。如果金属离子在阳极区氧化析出时，立即跟阴离
子结合生成难溶化合物。这种难溶化合物就能紧紧地依附在金属表面上，成为致密有效的保护膜。很多活动性不是很弱的金属（锌、铬、铝等）就是因为这样具有强的抗蚀性，但Fe(OH)2、FeCO3 马等亚铁化合物的溶度积相对比较大，这就使得时Fe2+析出时不能立即与水溶液中的阴离子结合沉积在金属的表面上，假定锈蚀介质的PH=7则〔OH-〕=10-7，KspFe(OH)2=8.0×10-16 可以计算出当PH﹤7时(腐蚀介质的PH一般都小于7)，开始有沉积时，附斗的浓度为0.08M，所以， Fe2+时. 析出时，马上沉积在铁的表面上是不可能的。因为很难想象Fe2+在析出时就能在紧靠铁表面的液层中达到这样高的浓度。但如果没有任何变化使得铁表面液层Fe2+的浓度减少，则随着铁的不断被氧化，Fe2+的不断析出和沉积，浓度逐渐增大，总是可以达到沉积出Fe(OH)2 所需要的浓度的。达到这个浓度之后，析出的Fe2+就会立即在铁的表面沉积。形成紧附在铁表面上的致密的保护膜，但对时Fe2+来说，由于它的还原性却又达不到这个浓度。Fe2+在铁表面析出之后，由于浓度梯度的原因，必然要从紧靠金属表面的液层向靠近空气的液层扩散，遇到空气中的氧即被氧化。2Fe2++1/2O2+H2O+4OH=2Fe(OH)3 由于Fe(OH)3的浓度积很小当PH=7时，溶液中附Fe3+的浓度达到4×10-17M 就可沉积出来,这样沉积的Fe（OH）3，已是Fe2+离开金属表面,被氧化的结果。所以不可能是紧紧依附在金属表面上，而只能是沉积在离金属表面一定距离处，又由于它是Fe2+受到氧化逐步沉积起来的，也不可能形成致密的结构，而只能是一种疏松的絮凝状的沉积物。这就是铁锈，由于铁锈不紧附在铁表面，所以它胀大到一定程度后，往往成片从铁表面剥离。
最早人们认为铁氧化过程是氧从铁表面向体内扩散的过程，所以在氧气较充分的条件下，铁的最外层氧化后生成Fe2O3(主要是α- Fe2O3)，α- Fe2O3层下面是Fe3O4层，再下面是FeO层，最里层是尚未氧化的金属铁层,2、由于表面技术的发展，近几年人们利用表面技术（在高真空中氧的低压暴露过程）对铁早期的氧化机理进行不少研究。较多的工作表明，在500℃以下，铁表面生成Fe3O4和少量的γ- Fe2O3，在高温下只生成Fe3O4层。一还有少数人认为铁在一般温度下氧化生成α- Fe2O3 铁氧化究竟表面生成什么化合物、本文将用电子能谱手段进行研究：实验是在VG公司的ESCA-LABS5电子能谱仪中进行的，主真空室的真空度达到5×10-10样品是采用99.99%务的纯铁片。根据UPS,XPS和AES
的测量，我们认为在温度不太高和氧分压不太大的条件下，多晶铁片与氧作用生成的化合物是Fe3O4，而不是FeO和α- Fe2O3，也不是三种化合物的分层分布。在 600℃以上的高温，如果氧气的分压近于 1×10-6 Torr将是铁面上氧的热脱附过程而不是氧化过程。
首先，氧化膜的生长。在氧化的开始附段，可将铁表面描述为新鲜（无氧）表面。即使在很低的温度（如液氮温区）下，这一表面也会非常迅速地氧化。当氧化膜的厚度达到约20 ?时，氧化实际上停了下来。发生氧化前，氧必须吸附在表面上，离解并与铁原子键合。铁表面氧化刚一开始即形成与表面铁原子键合的氧离子的半单层。这个半单层一经建立，即开始氧化膜的生成阶段。一种重要的生成机制是换位机制。在这种机制中，铁与氧原子交换位置，使铁原子脱离铁表面而运动到膜表，结果使大气中的氧原子接莲不断地吸附到铁原子上。造成迅速氧化的换位机制与共价键合的极薄氧化膜有关。不象离子键合，静电力可便任何离子为具有相反电荷的另一离子所吸引，共价键合的特点是只在特定的原子对或原子团之间可以键合。由于没有约束力，共价的氧化膜中的原子对比较容易交换位置。当氧化膜变厚，它的结构变成离子性的，因此换位就停止了。通常换位只在低的氧气分压下发生，而在高的氧气分压下则可能为其它机制。形成离子性氧化物后，膜的生长是通过膜中氧和铁离子的扩散来进行的。大气中的氧分子吸附在膜表面上，离解,然后获得电子而生成的氧离子向铁表面扩散，与此同时户铁离子和电子从铁表面释放业向膜表面输送氧离子和铁离子在膜中的某处相遇而生成新的氧化物。膜中上述的电子运动通常是极为迅速的，因此它不是膜生长的制约因素，但对于非铁材料则是例外
其次，氧化膜生长方程。氧的吸附和供给速率为制约因素。这时，氧化膜生长方程简单地表达为l=kt,此处l为膜的厚度，k 为生长常数，t为时间。直至氧化铁膜达到快速生长阶段的末期，即其厚度约20 ?时，这一模型被证明是合理的。在氧化膜生长较慢的阶段需要复杂得多的处理。这里，离子在氧化膜中的运动是决定因素。离子的运动由Fick的扩散定律和静电力引起的扩散规律所决定。就是说,氧或铁离子穿过氧化膜的运动是由膜中每类离子浓度的变化和膜中氧和铁离子分离引起的电场造成的。
再次，铁表面氧化膜测定：库伦法。还原池：电池通常是用直径5.74 厘米？
（面积Ε25.81平方厘米）的铁圆片作为阴极，并将它放在盖的内面,然后再用一个孔径为19.36平方厘米的垫圈，紧压在片的上面，铁圆片应用佛腾的丙酮蒸汽去油，并在使用前干燥，然后将有螺纹的玻璃筒逐步向下拧紧，阴极接线是通过盖上的孔与铁接触,阳极、参考电极和电解液注人管（或称导气管）都装在大橡皮塞中,参考电极是银丝在电解液中构成的银一卤化银半电池,设计的阳极是通过盐桥而使电流流通的。这样,防止了阳极氧化物扩散到阴极,由于还原时间还不足以使氧化物扩散到阴极,所以可使用强渗透膜，否则就应该使用厚的〔弱渗透率的〕的渗透膜。电解液：我们发现稀释的澳化氢溶
常用防止金属腐蚀的方法和途径很多，主要有以下几种：
1、提高金属材料内在耐蚀性能采用不易与周围介质发生反应的金属及合金材料来加工产品，是有效的防腐办法。例如，有些金属及合金在空气里不易氧化，或能生成致密的钝化薄膜，可以抵抗酸、碱、盐腐蚀，如不锈钢，就是在钢中加入定量的铬、镍、钛等元素，当铬元素含量超过 12％时，就可以起到不锈的作用．有些在高温高压时性能稳定，如耐热不起皮钢；有些在空气中不易腐蚀，如铝、锌等。获得这种金属材料的途径主要是采用冶炼方法来改变金属的化学成分，例如在碳钢中加入镍、铬、硅、锰、钒等元素炼成耐蚀合金钢。不锈钢就是含有较多铬、镍、钛等元素的高合金钢。耐蚀低合金钢就是在钢中加入微量的钒、钛、稀土等元素炼成的低合金耐蚀钢。此外，对于某些金属材料，还可以通过热处理方法，改变金属的金相组织，提高耐蚀性能。
2、涂、镀非金属和金属保护层在金属表面上制成保护层，借以隔开金属与腐蚀介质的接触，从而减少腐蚀。根据构成保护层的物质，可以分为以下几类。
(1)非金属保护层把有机和无机化合物涂覆在金属表面，如油漆、塑料、玻璃钢、橡胶、沥青、搪瓷、混凝土、珐琅、防锈油等。在金属表面涂覆非金属保护层，用得最广泛的是油漆和塑料涂层。油漆是千百年来的传统方法，但油漆在造漆和涂装过程中有环境污染现象，正在变革工艺，向水溶性方向发展。塑料涂层是近几十年来发展最快的防腐方法，尤其是把有机树脂做成粉末涂料，采用各种方法在金属表面形成优良的涂层，获得了空前的发展。
(2)金属保护层，在金属表面镀上一种金属或合金，作为保护层，以减慢腐蚀速度。用作保护层的金属通常有锌、锡、铝、镍、铬、铜、镉、钛、铅、金、
银、钯、铑及各种合金等。获得金属镀层的方法也有许多。
①电镀用电沉积的方法在金属面上镀上层金属或合金。镀层金属有 N、C r、Cu、Sn、Zn、Cd 等单金属镀层：也有Zn—NI、Cd—Ti、Cu—Zn、Cu—Sn 等合金镀层。电镀金属保护层除了具有防腐功能外，还有装饰、耐热、耐磨等功能。
②热镀也叫热浸镀，是将被保护的金属材料或制品浸渍在熔融的金属中，使其表面形成一层保护性金属覆盖层。能形成液态的金属般是相对低熔点、耐蚀、耐热的金属，如 Al、zn、sn、Pb 等。热镀锌的温度在 450℃左右，热镀锡的温度在31 0～330℃。与电镀相比，金属热镀层较厚，在相同环境下，其寿命较长。例如高速公路两侧的波形板一般用热镀锌，而不用电镀锌。③喷镀将粉末金属放入喷枪中，通入高压空气或保护气体，粉末金属被火焰或电弧熔化后成雾状喷涂到金属表面，形成均匀的覆盖层。喷镀常用作金属部件的修复，常用的金属喷料有A1、zn、sn、Pb、不锈钢、N—Al、N 3Al 等。④渗镀利用金属原子在高温下的扩散作用，在被保护金属表面形成合金扩散层。渗镀层均匀，无孔隙，热稳定性好，用于改善材料的物理化学性能。常见的渗镀材料有 si、c r、A l、Ti、B、W、Mo等。⑤化学镀利用氧化一还原反应，使盐溶液中的金属离子在被保护金属上析出，形成保护涂层。化学镀层均匀、致密、针孔小，适用于形状复杂的丝、带、网、管件内表面。如钢丝化学镀铜等。⑥机械镀机械镀是把冲击料(如玻璃球)、表面处理剂、镀覆促进剂、金属粉和被镀金属件起放入滚筒内，通过滚筒滚动的动能，把金属粉冷压到工件的表面上形成镀层。机械镀层均匀，无氢脆、耗能少，成本低，但仅限于体积较小的工件，如标准件螺丝等。⑦包镀将耐蚀金属碾压到被保护的金属或合金上，形成包覆层或双金属层。如在高强度铝合金表面覆盖纯铝层等。⑧真空镀真空镀有真空蒸镀、溅射镀和离子镀，都是在真空中镀覆要求的金属。真空镀层均匀，无氢脆，但镀层薄、设备贵、镀件尺寸受限，多数用于装饰性镀层。
(3)化学保护层化学保护层也称化学转化膜。采用化学或电化学方法使金属表面形成稳定的化合物膜层。根据成膜时所采用的介质，可将化学转化膜分为氧化物膜、磷酸盐膜、铬酸盐膜等。①氧化膜在一定温度下把钢铁件放人含有氧化剂的溶液中，处理形成致密的氧化膜。例如钢铁的“发蓝”或“发黑”处理。②磷化膜把金属放八含有锌、锰、铁等的磷酸盐溶液中进行化学处理，可以在金属
表面生成一层难溶于水的磷酸盐保护膜。磷化膜呈微孔结构，与基体结合牢固，具有良好的吸附性、润滑性、耐蚀性。③铬酸盐钝化膜把金属或金属镀层放入含有某些添加剂的铬酸或铬酸盐溶液中，可以生成铬酸盐钝化膜，铬酸盐膜与基体结合牢固，结构比较紧密，具有良好的化学稳定性、耐蚀性，对基体金属有较好的保护作用。
(4)复合保护层，为了进一步提高金属的耐腐蚀性能，近些年来，人们把金属保护层、非金属保护层以及化学保护层结合起来，综合利用，达到更好的防腐效果。例如“达克罗”技术，就是把钢铁件表面先除锈，并经铬酸盐处理，而后浸入一种混有片状锌或铝的有机树脂中，涂覆后再经烘烤，形成很薄的。层复合涂层，其耐蚀性远比单纯镀锌或镀铝性能强。实际是锌铬和有机树脂涂层，用于标准件可以达到防腐和自润滑的效果。
3、处理腐蚀介质处理
腐蚀介质就是改变腐蚀介质的性质，降低或消除介质中的有害成分以防止腐蚀。这种方法只能在腐蚀介质数量有限的条件下进行，对于充满空间的大气当然无法处理。处理腐蚀介质般分以下两类。一类是去掉介质中有害成分，改善介质性质。例如在热处理炉中通八保护气体以防止氧化，在酸性土壤中掺八石灰进行中和，防止土壤腐蚀等。另一类就是在腐蚀介质中加入缓蚀剂。在腐蚀介质中加入少量的缓蚀剂，可以使金属腐蚀的速度大大降低，此种物质称缓蚀剂或腐蚀抑制剂。例如在自来水系统中加入定的苛性钠或石灰，以去除水中过多的 coz，防止水管腐蚀，在钢铁酸洗溶液中加缓蚀剂，以抑制过酸洗和氢脆性等。
4、电化学保护
用直流电改变被保护的金属电位，从而使腐蚀减缓或停止的保护法叫做电化学保护。这类保护方法主要有外电源阴极保护法、保护器保护法和阳极保护法三种。外电源阴极保护法就是把被保护的金属设备接到直流电源的负极上，进行阴极极化，从而达到保护金属的目的。例如，地下石油管道和船舶的外壳，均可采用此种保护法。保护器保护法(又叫牺牲阳极阴极保护法)就是把低于被保护金属电极电位的金属材料作为阳极(牺牲阳极)，从而对被保护金属进行阴极极化。例如，采用电极电位较负的锌合金或铝镁合金连接于钢铁制品上，前者作为阳极而不断遭受腐蚀，后者得以保护。利用直流电对保护金属进行阳极极化，使金属处
于阳极钝化状态，从而达到保护目的的方法，叫做阳极保护法。
防止金属表面氧化的新方法。日本一发明人为了能有效地防止金属表面发生氧化，他们通过给止在热处理加工的金属表面附上诸如以玻璃为主要成份的无机质纤维及一有机质纤维的棍合物，或用纤维混合物制成的十字状、片状、无光泽纤维制品。然后再借助金属特有的热能和内、外部供给的热能，将上述混合物及混合物制品熔化，就可在不污染作业环境情况下，使金属表面形成一种无机质覆膜。用这种方法可防止金属表面氧化，即能杜绝粉末、水蒸汽、汽水等飞溅现象。参考文献
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第九单元金属第三节钢铁的锈蚀与防护 知识点：钢铁的锈蚀与防护、金属资源保护 1.探究实验:导致钢铁锈蚀的因素 实验仪器、药品：试管、橡皮塞、蒸馏水、植物油，铁钉 在右图中标出探究铁生锈实验中所用的仪器和药品 请总结铁制品生锈的条件。 ①② 2.铁制品锈蚀，实际上是铁与空气中的、等发生的化学反应, 和 , , ,都是影响钢铁锈蚀的因素铁锈的主要成分是。写出用稀盐酸除铁锈的化学方程式 3、减缓金属锈蚀的方法： ①金属表面涂覆保护层,如, , ； ②镀上一层的金属,或者用的方法形成致密保护层 ③改变金属的组成或结构,如 . 练习1: 1、下列各种情况下，埋在地下的铸铁输气管道被腐蚀速度最慢的是（） A.在潮湿、疏松、透气的土壤中 B.在呈酸性的土壤中 C.在干燥、致密、不透气的土壤中 D.在含沙粒较多，潮湿透气的土壤中 2、下列做法能防止铁制品生锈的是（） A.用废水冲洗铁质污水管道 B.铁制窗户刷油漆 C.自行车脏了用清水冲洗 D.用过的菜刀用清水洗干净 3、下列做法不能起防锈作用的是（） A.保留铁制品上的铁锈 B.在铁制品表面镀锌 C.在金属机械上涂油 D.在车船表面刷油漆 4、有两种黑色粉末，分别是铁和氧化铜，迅速将它们区别开来的最佳方法是（） A．加入稀硫酸 B．分别通入氢气后加热 C．用磁铁吸引加以区别 D．分别通入一氧化碳后加热 5.在①汽车；②齿轮；③门把手；④锯条；⑤铁质脸盆；⑥铁柜；⑦铁轴；⑧剪子等常见铁制品中， 为防止他们生锈，通常采取不同方法。请用序号填空。 （1）在表面刷一层油漆。（2）在表面涂上机油。 （3）在表面镀上一层其他金属。（4）在表面烧制搪瓷。 （5）使其表面氧化成致密的氧化膜。
第一章绪论 腐蚀：由于材料与其介质相互作用(化学与电化学)而导致的变质和破坏。 腐蚀控制的方法： 1）、改换材料 2）、表面涂漆/覆盖层 3）、改变腐蚀介质和环境 4）、合理的结构设计 5）、电化学保护 均匀腐蚀速率的评定方法： 失重法和增重法；深度法； 容量法(析氢腐蚀)；电流密度； 机械性能(晶间腐蚀)；电阻性. 第二章电化学腐蚀热力学 热力学第零定律状态函数(温度) 热力学第一定律(能量守恒定律) 状态函数(内能) 热力学第二定律状态函数(熵) 热力学第三定律绝对零度不可能达到 2.1、腐蚀的倾向性的热力学原理 腐蚀反应自发性及倾向性的判据： ?G：反应自发进行 < ?G：反应达到平衡 = ?G：反应不能自发进行 > 注：ΔG的负值的绝对值越大，该腐蚀的自发倾向性越大. 热力学上不稳定金属，也有许多在适当条件下能发生钝化而变得耐蚀. 2.2、腐蚀电池 2.2.1、电化学腐蚀现象与腐蚀电池 电化学腐蚀：即金属材料与电解质接触时，由于腐蚀电池作用而引起金属材料腐蚀破坏. 腐蚀电池(或腐蚀原电池)：即只能导致金属材料破坏而不能对外做工的短路原电 池. 注：1)、通过直接接触也能形成原电池而不一定要有导线的连接； 2)、一块金属不与其他金属接触，在电解质溶液中也会产生腐蚀电池. 丹尼尔电池：(只要有电势差存在) a)、电极反应具有热力学上的可逆性； b)、电极反应在无限接近电化学平衡条件下进行； c)、电池中进行的其它过程也必须是可逆的. 电极电势略高者为阴极 电极电势略低者为阳极 电化学不均匀性微观阴、阳极微观、亚微观腐蚀电池均匀腐蚀
2.2.2、金属腐蚀的电化学历程 腐蚀电池： 四个部分：阴极、阳极、电解质溶液、连接两极的电子导体(即电路) 三个环节：阴极过程、阳极过程、电荷转移过程(即电子流动) 1)、阳极过程氧化反应 ++ - M n M →ne 金属变为金属离子进入电解液，电子通过电路向阴极转移. 2)、阴极过程还原反应 []- -? D D ne +ne → 电解液中能接受电子的物质捕获电子生成新物质. (即去极化剂) 3)、金属的腐蚀将集中出现在阳极区，阴极区不发生可察觉的金属损失，只起到了传递电荷的作用 金属电化学腐蚀能够持续进行的条件是溶液中存在可使金属氧化的去极化剂，而且这些去极化剂的阳极还原反应的电极电位比金属阴极氧化反应的电位高2.2.3、电化学腐蚀的次生过程 难溶性产物称二次产物或次生物质由于扩散作用形成，且形成于一次产物相遇的地方 阳极——[]+n M(金属阳离子浓度) (形成致密对金属起保护作用) 阴极——pH高 2.3、腐蚀电池类型 宏观腐蚀电池、微观腐蚀电池、超微观腐蚀电池 2.3.1、宏观腐蚀电池 特点：a)、阴、阳极用肉眼可看到； b)、阴、阳极区能长时间保持稳定； c)、产生明显的局部腐蚀 1)、异金属(电偶)腐蚀电池——保护电位低的阴极区域 2)浓差电池由于同一金属的不同部位所接触的介质浓度不同所致 a、氧浓差电池——与富氧溶液接触的金属表面电位高而成为阳极区 eg：水线腐蚀——靠近水线的下部区域极易腐蚀 b、盐浓差电池——稀溶液中的金属电位低成为阴极区 c、温差电池——不同材料在不同温度下电位不同 eg：碳钢——高温阳极低温阴极 铜——高温阴极低温阳极 2.3.2、微观腐蚀电池 特点：a)、电极尺寸与晶粒尺寸相近(0.1mm-0.1μm)； b)、阴、阳极区能长时间保持稳定； c)、引起微观局部腐蚀(如孔蚀、晶间腐蚀)
发黑就是磷化过的．或者是黑漆．一般磷化黑，颜色没黑漆好看．但比黑漆耐磨．发蓝可以通过度锌可以达到．具体工艺比较复杂．随着人民生活水平的提高，人们对工业产品的使用提出了更高要求，不仅要产品有好的使用功能，更要具备好的装饰性。长期以来，在表面处理领域中，相当数量的铸铁、钢铁工件通过普通磷化或氧化工艺处理，以提高工件的防护、装饰性能。由于普通磷化膜色泽不如氧化膜，而耐蚀性能又优于氧化膜，致使其防护性能和装饰性能难以兼顾。黑色磷化工艺的出现，很好地解决了这个问题。铸铁、钢铁工件的黑色磷化工艺就是以磷酸盐、磷酸等对钢铁基体进行处理,形成一层非金属、不导电的转化膜的工艺过程。采用黑色磷化工艺，使磷化膜层既黑又牢固，外观均匀一致，膜层连续，呈致密的结晶结构。在工业大气环境及海洋性气候条件下，其耐蚀性比普通磷化膜高数倍，比氧化膜、常温发黑膜高数十倍，表现出优异的耐蚀性能。而且黑色磷化工艺具有生产成本低、产品质量好、槽液稳定易控制，不污染环境等优异特点，因而，目前在国际市场上，一些机电零部件、标准件、紧固件、阀体、园林机械零部件、缝纫机零部件等不要求涂装的工件以黑色磷化工艺替代了以往的普通磷化工艺、氧化工艺等，广泛用于机械、电子、汽车、航空、兵器等行业。 1 铸铁件的黑色磷化 铸铁件的黑色磷化工艺难点在于,铸铁件晶粒结构疏松、工件表面不平整,磷化后清洗水易积留,使得工件抗腐蚀能力下降,易生锈发黄,同时铸铁件的机加工面易掉色也是黑色磷化工艺处理面临的难点。 针对铸铁件的特点,我公司及时消化和吸收国内及国际表面处理的前沿技术，经长期的试验研究，成功推出了铸铁件黑色磷化工艺专用PZn-9型低温锌系磷化剂和PH-32型黑色表调剂,并应用于生产实践中，该系列产品完好的解决了铸铁件在黑色磷化工艺处理过程中所遇到的技术难题,在市场上应用几年来, 取得了良好效果及客户好评。现就以某阀体工件(铸铁件,出口,要求较高)的工艺为例,简单介绍该工艺如下：(铸铁件黑色磷化工艺，一般为槽浸) 1.1 工艺流程: 脱脂→水洗→酸洗→水洗→表调→水洗→磷化→水洗→热水洗→脱水→浸油 工序工艺过程工艺条件质量指标备注 1 表面预处理对重油污、重锈进行人工预处理去除严重油污、毛刺、重锈迹 2 装挂根据工件结构，注意工艺孔排气液应良好 3 脱脂POH-11脱脂剂 30~50Kg/m 3 PH值:11~13 温度：60-75℃ 时间：10min 去除表面动植物、矿物油等，参照GB/T13312-91标准。 6 水洗工业自来水 PH:7~8 温度：RT（常温） 时间：0.5min 去除工件表面脱脂剂生产中保持溢流，应经常更换槽液 7 酸洗工业盐酸：300—500 Kg/ m3 POR-2添加剂：10Kg/m 3
金属表面在各种机械加工、热处理、运输及保管过程中，不可避免地会被氧化，产生一层厚薄不均的氧化层。同时，也容易受到各种油类污染和吸附一些其他的杂质。 油污及某些吸附物，较薄的氧化层可先后用溶剂清洗、化学处理和机械处理，或直接用化学处理。对于严重氧化的金属表面，氧化层较厚，最好先进行机械处理，然后用溶剂清洗和化学处理。 通常经过处理后的金属表面具有高度活性，更容易再度受到灰尘、湿气等的污染。为此，处理后的金属表面应尽可能快地进行胶接。 经不同处理后的金属保管期如下： （1）湿法喷砂处理的铝合金，72h； （2）阳极化处理的铝合金，30天； （3）硫酸处理的不锈钢，20天； （4）湿法喷砂处理的黄铜，8h。 （5）铬酸-硫酸处理的铝合金，6h； （6）喷砂处理的钢，4h； 一、碳钢及铁合金表面处理方法 [方法1] 脱脂常用溶剂：三氯乙烯、丙酮、醋酸乙酯、汽油、苯、无水乙醇。 [方法2] 喷砂或砂布打磨后脱脂。 [方法3] 在10%水玻璃水溶液中于60°C下浸渍10-15min，然后水洗，干燥。 [方法4] 在18%盐酸水溶液中于室温下浸渍5-10min，用冷水冲洗，蒸馏水洗净，并在93°C下干燥10min。 [方法5] 在等量的浓磷酸和甲醛的混合液中于60°C处理10min，然后水洗，干燥。 [方法6] 去油污后，在3.5%的氢氧化钠溶液中于60°C浸渍20min，用冷水冲洗，再在5%的硝酸溶液中光化10min，用冷水冲洗，然后浸渍于下述溶液中： 重铬酸钠7.5硫酸24水77 65°C下浸渍20min后，用60°C热水洗涤，再用冷水洗净，在70°C下干燥。 [方法7] 在下述溶液中71-77°C浸渍10min： 重铬酸钠4硫酸（d=1.84 ）10水30 经水洗，蒸馏水洗净，在93°C烘干。 [方法8] 在下述溶液中于60-65°C浸渍5min： 硅酸钠30烷基芳基磺酸钠3水967 经水洗，热蒸馏水洗净，在100-105°C干燥。 [方法9] 在下述溶液中于60°C下浸渍10min： 磷酸（88%）10乙醇20 经流水冲去炭渣，蒸馏水洗净，在120°C下干燥30min。
防止金属腐蚀的方法和途径很多，主要有以下几种： 一、提高金属材料内在耐蚀性能 采用不易与周围介质发生反应的金属及合金材料来加工产品，是有效的防腐办法。例如，有些金属及合金在空气单不易氧化，或能生成致密的钝化薄膜，可以抵抗酸、碱、盐腐蚀，如不锈钢，就是在钢中加入定量的铬、镍、钦等元素，当铬元素含量超过12%时，就可以起到不锈的作用。有些在高温高压时性能稳定，如耐热不起皮钢;有些在空气中不易腐蚀，如铝、锌等。获得这种金属材料的途径卞要是采用冶炼方法来改变金属的化学成分，例如在碳钢中加入镍、铬、硅、锰、钒等元素炼成耐蚀合金钢。不锈钢就是含有较多铬、镍、钛等元素的高合金钢。耐蚀低合金钢就是在钢中加入微量的钒、钛、稀土等元素炼成的低合金耐蚀钢。此外，对于某些金属材料，还可以通过热处理方法，改变金属的金相组织，提高耐蚀性能。 二、涂、镀非金属和金属保护层 在金属表面上制成保护层，借以隔开金属与腐蚀介质的接触，从而减少腐蚀。根据构成保护层的物质，可以分为以下几类：(1)非金属保护层把有机和无机化合物涂覆在金属表面，如油漆、塑料、玻璃钢、橡胶、沥青、搪瓷、混凝土、珐琅、防锈油等。在金属表面涂覆非金属保护层，用得最广泛的是油漆和塑料涂层。油漆是千百年来的传统方法，但油漆在造漆和涂装过程中有环境污染现象，正在变革工艺，向水溶性方向发展。塑料涂层是近几十年来发展最快的防腐方法，尤其是把有机树脂做成粉末涂料，采用各种方法在金属表面形成优良的涂层，获得了空前的发展。(2)金属保护层在金属表面镀上一种金属或合金，作为保护层，以减慢腐蚀速度。用作保护层的金属通常有锌、锡、铝、镍、铬、铜、镉、钛、铅、金、银、钯、铑及各种合金等。获得金属镀层的方法也有许多。①电镀用电沉积的方法在金属表面上镀上层金属或合金。镀层金属有
金属材料的电化学腐蚀与防护 一、实验目的 1.了解金属电化学腐蚀的基本原理。 2.了解防止金属腐蚀的基本原理和常用方法。 二、实验原理 1．金属的电化学腐蚀类型 (1)微电池腐蚀 ①差异充气腐蚀 同一种金属在中性条件下，如果不同部位溶解氧气浓度不同，则氧气浓度较小的部位作为腐蚀电池的阳极，金属失去电子受到腐蚀；而氧气浓度较大的部位作为阴极，氧气得电子生成氢氧根离子。如果也有K3[Fe(CN)6]和酚酞存在，则阳极金属亚铁离子进一步与K3[Fe(CN)6]反应，生成蓝色的Fe3[Fe(CN)6]2沉淀；在阴极，由于氢氧根离子的不断生成使得酚酞变红（亦属于吸氧腐蚀）。两极反应式如下： 阳极(氧气浓度小的部位)反应式： Fe = Fe2＋＋2e－ 3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－= Fe3[Fe(CN)6]2 (蓝色沉淀) 阴极(氧气浓度大的部位)反应式： O2＋2H2O ＋4e－= 4OH－ ②析氢腐蚀 金属铁浸在含有K3[Fe(CN)6]2的盐酸溶液中，铁作为阳极失去电子，受腐蚀，杂质作为阴极，在其表面H＋得电子被还原析出氢气。两极反应式为： 阳极：Fe = Fe2＋＋2e－ 阴极：2H＋+2e－= H2↑ 在其中加入K3[Fe(CN)6]，则阳极附近的Fe2＋进一步反应： 3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－= Fe3[Fe(CN)6]2 (蓝色沉淀) （2）宏电池腐蚀 ①金属铁和铜直接接触，置于含有NaCl、K3[Fe(CN)6]、酚酞的混合溶液里，由于?O(Fe2＋/Fe)< ?O（Cu2＋/Cu），两者构成了宏电池，铁作为阳极，失去电子受到腐蚀（属于吸氧腐蚀）。两极的电极反应式分别如下： 阳极反应式： Fe = Fe2＋＋2e－ 3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－= Fe3[Fe(CN)6]2 (蓝色沉淀) 阴极(铜表面)反应式： O2＋2H2O ＋4e－= 4OH－ 在阴极由于有OH－生成，使c(OH－)增大，所以酚酞变红。
姓名：贾永乐学号：201224190602 班级：机械6班 检索主题：材料的腐蚀与防护 数据库：中国知识资源总库——中国期刊全文数据库 检索方法：用高级检索，主题词：腐蚀与防护关键词：材料相与检索结果：1456篇，其中关于航空材料的13篇；金属材料的腐蚀的183篇；材料的防护的522篇，其余为腐蚀与防护相关 的其它技术和方法。 文献综述 1材料腐蚀与防护的发展史： 所有的材料都有一定的使用寿命，在使用过程中将遭受断裂、磨损、腐蚀等损坏。其中，腐蚀失效的危害最为严重，它所造成的经济损失超过了各种自然灾害所造成的损失总和，造成许多灾难性的事故，造成了资源浪费和环境污染。因此，研究与解决材料的腐蚀问题，与防止环境污染、保护人民健康息息相关。在现代工程结构中，特别足在高温、高压、多相流作用下，以及在磨损、断裂等的协同作用下，腐蚀损坏格外严重。据统计，材料腐蚀带来的经济损失约占国民生产总值的1．8％～4．2％。而常用金属材料最容易遭受腐蚀，因此金属腐蚀的研究受到广泛的重视【1】。我们只有在搞清楚材料腐蚀的原因的基础上，才能研制适宜的耐腐蚀材料、涂层及采取合理的保护措施，以达到防止或控制腐蚀的目的。从而减少经济损失和事故，保护环境保障人类健康。 每年由于腐蚀引起的材料失效给人类社会带来了巨大的损失。航
空材料的腐蚀损失尤为巨大。我国针对航空产品的腐蚀与防护的研究和应用起始于上世纪五十年代，经过几十年的曲折发展，取得了很大进步。目前在航空产品的常温腐蚀与防护上，已经进入了向国际接轨的发展阶段。航空材料由于服役环境复杂多变, 不同构成材料相互配合影响, 导致航空材料在飞行器的留空阶段、停放阶段遭受多种不同种类的腐蚀, 增加了飞行器的运营成本, 对飞行器的功能完整性和使用安全性造成严重的危害。英美空军每架飞机每年因腐蚀造成的直接修理费用为11 000~ 55 000美元之间【2】。1985年8月12日,日本一架B747客机因应力腐蚀断裂而坠毁,死亡500余人。因此航空材料的腐蚀防护技术研究对航空业的发展具有举足轻重的作用。 1978．10国家科委主任方毅在全国聘任27位科学家组建了我国《腐蚀科学》学科组，笔者作为学科组成员，第三专业组(大气腐蚀专业组)副组长，承担了航空航天部分的调查任务。1980．1—1982．6广泛函调一百多个工厂，并深入26个厂、所、部队，机场进行了实地考查，发现了大量的腐蚀问题，笔者1985年在我国首次出版了《航空产品腐蚀故障事例集》，汇集了数据比较周全，二十世纪六、七十年代的46个腐蚀故障【3】。 1990年前，铁道车辆车体结构通常采用普碳钢制造，加之使用涂料档次低，对表面处理和涂装工艺不够重视，车辆锈蚀严重，修理时车体钢板的更换率相当高，有些客车甚至仅使用1个厂修期就报废。1985年，耐大气腐蚀钢（即Corten钢，又称耐候钢）开始用于车辆，到1990年，已在全部新造车辆上采用。由于这类钢材含有(0.2%~0.4%
2019年金属的腐蚀与防护 篇一：金属的电化学腐蚀与防护知识点 【知识梳理归纳】 一、金属的电化学腐蚀1．金属的腐蚀(1)概念 金属或合金与周围的物质发生反应而引起损耗的现象．(2)实质 金属原子电子变成阳离子的过程．即金属发生了反应．(3)类型 根据与金属不同，可分为腐蚀和腐蚀． 2．化学腐蚀 金属跟接触到的干燥气体如(O2、Cl2、SO2等)或非电解质液体(如石油)等直接发生而引起的腐蚀． 3．电化学腐蚀(1)概念 不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化．（2）分类
以钢铁的腐蚀为例 【问题探究】将纯铁放入稀H2SO4中，发生的是析氢腐蚀吗？ 提示：不是．析氢腐蚀是指不纯的金属(或合金)接触到酸性较强的电解质溶液所发生的原电池反应而引起的腐蚀，纯铁与稀H2SO4发生的是化学腐蚀． 二、金属的防护 1．改变金属内部组织结构如制成等． 2．金属表面加保护层 如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀或表面钝化等方法．3．电化学保护 (1)牺牲阳极的阴极保护法——原理 被保护的金属上连接一种更的金属，被保护的金属作原电池的极．(2)外加电流的阴极保护法——原理
被保护的金属与电源的极相连，作电解池的极． 【自我诊断训练】 1．(20XX·福建高三质检)打开右图所示装置中的止水夹，一段时间后，可能观察到的现象是() A．烧杯中有气泡产生B．试管内有黄绿色气体产生C．铁丝网的表面产生锈迹D．烧杯内溶液变红色 2．下列关于金属腐蚀的叙述中，正确的是() A．金属被腐蚀的本质是M＋nH2O===M(OH)n＋n/2H2↑B．马口铁(镀锡铁)镀层破损后，首先是镀层被氧化C．金属在一般情况下发生的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀D．常温下，置于空气中的金属主要发生化学腐蚀 3．如图所示，在水槽中装入蒸馏水后，铁块腐蚀速率的大小顺序正确的是() A．Ⅰ＞Ⅱ＞ⅢB．Ⅰ＞Ⅲ＞ⅡC．Ⅱ＞Ⅰ＞ⅢD．Ⅱ＞Ⅲ＞Ⅰ
金属表面发黑处理工艺 金属表面发黑处理工艺 （注意！一定是钢或是铁的零件！合金件不在此列！） 有的朋友喜欢DIY零件、配件。但是在完工后往往还要面临表面处理的问题，或者是不满意原来的颜色，特别是需要达到真狗的表面颜色与防锈效果，就更需要这个步骤啦！特别是有些配件的外型比较敏感，不方便给厂家直接处理。所以今天整理了一些资料在结合自己的心得，贴出来给兄弟们共享！！ 钢铁零件的表面处理一般有————碱性氧化法和酸性氧化法两种。酸性氧化法也称为“发蓝”。目的是使金属表面形成一层氧化膜，以防止金属表面被腐蚀，酸性氧化法也称为“磷化处理”（国际上大多军工企业均采取此法），其具有比发蓝更好的抗磨损性与抗腐蚀性。钢铁制品表面经“发蓝”处理后所形成的氧化膜，其主要成分是四氧化三铁。呈黑蓝色或深黑色。 下面就来介绍一下在家中如何操作这两种处理。 一、碱性氧化法“发蓝”药液 1．配方（化工店都有卖）： 硝酸钠 50～100克氢氧化钠 600～700克 亚硝酸钠 100～200克水 1000克 2．制法：按配方计量后，在搅拌条件下，依次把各料加入其中，溶解，混合均匀即可。（我是使用一个弃置不用的铁桶） 3．流程： （1）金属表面一定要洗净和干燥、除油以后，才能进行“发篮”处理。建议使用洗衣粉水刷洗，再浸泡1：100的稀盐酸1-5分钟除油除杂质。 （2）把要处理的零件置入铁桶中与溶液一起“煮”约1小时即可。 （3）金属“发蓝”处理后，最好用热肥皂水漂洗数分钟，再用冷水冲洗。然后,又用热水冲洗，吹于。最后表面涂敷机油进行封闭保护即可。 二、酸性氧化法“磷化处理”药液 1．配方（化工店都有卖）： 磷酸 3～10克硝酸钙 80～100克 过氧化锰 10～15克水 1000克 2．制法与流程同碱性发蓝相同。 三、对于不锈钢一般在家中较难处理，其实用处也不太大，因为不锈钢零件最好看的就是其表面亮晶晶的质感。但也一起贴出来，可能会有弟兄喜欢。 不锈钢氧化处理：广泛运用于军事工业，处理后表面颜色依金属材质的含碳量和其他成分而定。一般呈深灰黑色、灰色等。流程如下———— 1、金属除锈、除油
2008年6月 金属表面防护 防护方式，缩写符号 VW 137 50 标准中心 共17页第1页 翻译 李宏 日期 2008.06.20 校对 金喆民 日期 2008.06.23 抄写日期种类-序号：50200，02642 关键词：腐蚀，防锈，表面防护，金属，防护方式，缩写，腐蚀防护 金属表面防护 防护形式，缩写 早期版本 VW 13750：1953-06，1954-07，1956-10，1958-04，1959-03，1959-06，1963-03， 1963-05，1966-06，1966-10，1967-05，1967-11，1969-10，1970-11，1971-12， 1972-02，1974-08，1975-06，1976-07，1980-09，1983-10，1986-10，1989-12， 1991-11，1994-10，1999-04，2005-02 修订 相对于2008-01版本的VW 13750，作了如下修改： — 修改表2中防护等级b140的错误 内容 页码1适用范围 (3) 2标记 (3) 2.1 缩写的组成 (3) 2.2 标记举例 (3) 3要求 (3) 3.1 基本要求 (3) 3.2 图纸中的说明 (4) 3.3 可焊接性 (5) 3.4 连接干扰介质 (5) 3.5 摩擦特性 (5) 3.6 锌涂层 (5) 3.7 螺栓、螺母、螺纹件和模制件 (6) 3.8 商业上通用的防护方式 (6) 3.9 无表面防护的零件 (6) 3.9.1 带米制ISO-螺纹的连接元件 (6) 3.9.2 其它零件 (6) 3.10 表面防护方式和缩写的排序 (7) 4相关文献 (14) A.1 对照“不再用于新的设计”/“用于新的设计” (16) A.2 无缩写符号的表面防护形式 (18) A.3 按VDA-实验页235-104和VW137 50的表面防护形式 (19)
电镀/电泳/锌镀/发黑/金属表面着色/抛丸/喷砂/喷丸/磷化/钝化电镀 镀层金属或其他不溶性材料做阳极，待镀的工件做阴极，镀层金属的阳离子在待镀工件表面被还原形成镀层。为排除其它阳离子的干扰，且使镀层均匀、牢固，需用含镀层金属阳离子的溶液做电镀液，以保持镀层金属阳离子的浓度不变。电镀的目的是在基材上镀上金属镀层，改变基材表面性质或尺寸。电镀能增强金属的抗腐蚀性(镀层金属多采用耐腐蚀的金属)、增加硬度、防止磨耗、提高导电性、润滑性、耐热性、和表面美观。 电泳 电泳是电泳涂料在阴阳两极，施加于电压作用下，带电荷之涂料离子移动到阴极,并与阴极表面所产生之碱性作用形成不溶解物，沉积于工件表面。 电泳表面处理工艺的特点： 电泳漆膜具有涂层丰满、均匀、平整、光滑的优点，电泳漆膜的硬度、附着力、耐腐、冲击性能、渗透性能明显优于其它涂装工艺。 镀锌 镀锌是指在金属、合金或者其它材料的表面镀一层锌以起美观、防锈等作用的表面处理技术。现在主要采用的方法是热镀锌。 电镀与电泳的区别 电镀就是利用电解原理在某些金属表面上镀上一薄层其它金属或合金的过程。 电泳:溶液中带电粒子（离子）在电场中移动的现象。溶液中带电粒子（离子）在电场中移动的现象。利用带电粒子在电场中移动速度不同而达到分离的技术称为电泳技术。 电泳又名——电着 (著)，泳漆，电沉积。
发黑 钢制件的表面发黑处理，也有被称之为发蓝的。其原理是将钢铁制品表面迅速氧化,使之形成致密的氧化膜保护层，提高钢件的防锈能力。发黑处理现在常用的方法有传统的碱性加温发黑和出现较晚的常温发黑两种。 但常温发黑工艺对于低碳钢的效果不太好。A3钢用碱性发黑好一些。 在高温下（约550℃）氧化成的四氧化三铁呈天蓝色，故称发蓝处理。在低温下（约3 50℃）形成的四氧化三铁呈暗黑色，故称发黑处理。在兵器制造中，常用的是发蓝处理；在工业生产中，常用的是发黑处理。 采用碱性氧化法或酸性氧化法；使金属表面形成一层氧化膜，以防止金属表面被腐蚀，此处理过程称为“发蓝”。黑色金属表面经“发蓝”处理后所形成的氧化膜，其外层主要是四氧化三铁，内层为氧化亚铁。 发蓝（发黑）的操作流程： 工件装夹→去油→清洗→酸洗→清洗→氧化→清洗→皂化→热水煮洗→检查。 所谓皂化，是用肥皂水溶液在一定温度下浸泡工件。目的是形成一层硬脂酸铁薄膜，以提高工件的抗腐蚀能力。 金属表面着色 金属表面着色，顾名思义就是给金属表面“涂”上颜色，改变其单一的、冰冷的金属色泽，代之以五颜六色，满足不同行业的不同需求。给金属着色后一般都增加了防腐能力，有的还增加了抗磨能力。但表面彩色技术主要的应用还在装饰领域，即用来美化生活，美化社会。 抛丸
第一章 耐蚀性：指材料抵抗环境介质腐蚀的能力。 腐蚀性：指环境介质腐蚀材料的强弱程度。 高温氧化：在高温条件下，金属与环境介质中的气相或凝聚相物质发生化学反应而遭受破坏的过程称高温氧化，亦称高温腐蚀。 毕林—彼得沃尔斯原理或P-B 比：氧化时所生成的金属氧化膜的体积2MeO V 与生成这些氧化膜所消耗的金属的体积Me V 之比。 腐蚀过程的本质：金属 → 金属化合物 (高温）热腐蚀：指金属材料在高温工作时，基体金属与沉积在其工作表面上的沉积盐及周围工作气体发生总和作用而产生的腐蚀现象称为热腐蚀. p 型半导体：通过电子的迁移而导电的半导体； n 型半导体：通过空穴的迁移而导电的半导体。 n 型：加Li （低价），导电率减小，氧化速度增加；加Al （高价），导电率增加，氧化速度降低。 p 型：加Li （低价），导电率增加，氧化速度降低；加Cr （高价），导电率减小，氧化度增加。 腐蚀的危害 1)造成巨大的经济损失；2)造成金属资源和能源的浪费造成设备破坏事故,危及人身安全；3)引起环境污染。 金属一旦形成氧化膜，氧化过程的继续进行将取决于两个因素 1)界面反应速度，包括金属／氧化物界面以及氧化物/气体两个界面上的反应速度；2)参加反应物质通过氧化膜的扩散速度。（这两个因素实际上控制了继续氧化的整个过程，也就是控制了进一步氧化速度。在氧化初期，氧化控制因素是界面反应速度，随着氧化膜的增厚，扩散过程起着愈来愈重要的作用，成为继续氧化的速度控制因素）反映物质通过氧化膜的扩散，一般可有三种传输形式 1)金属离子单向向外扩散；2)氧单向向内扩散；3)两个方向的扩散。 反应物质在氧化膜内的传输途径 1)通过晶格扩散：温度较高，氧化膜致密，而且氧化膜内部存在高浓度的空位缺陷的情况下，如钴的氧化；2)通过晶界扩散。在较低的温度下，由于晶界扩散的激活能小东北大学 材料腐蚀与防护 整理人 围安 E-mail jr_lee@https://www.doczj.com/doc/f612917168.html, 2016.1.2
金属材料的腐蚀和防护 罗--（学号：1230060054） （-----大学物理与材料科学学院物理学1202班） 专题授课老师：---- 摘要：自从人类发现并使用金属到如今已有5000年的历史，然而人类在享受金属材料的使用带来便利的同时，也在苦恼着金属腐蚀带来的烦恼。人类在使用金属的同时，也在尽最大的努力对金属进行防护。金属的有效防护，一方面可以降低成本，提高劳动生产率，赢得最大的经济效应；另一方面对加强国防建设也有重要的意义。 关键词：金属材料腐蚀防护 引言：当金属和周围气态或液态介质接触时常常由于发生化学作用或电化学作用而逐渐损坏的过程成为金属腐蚀，每年金属腐蚀给国家带来巨大的经济损失，所以金属的有效防护对于一个企业和国家是至关重要的。 1.金属材料的腐蚀机理 1.1金属腐蚀的分类 按照金属的腐蚀机理可以将金属腐蚀分为化学腐蚀与电化学腐蚀两大类。化学腐蚀就是金属与接触到的物质直接发生氧化还原反应而被氧化损耗的过程；电化学腐蚀就是铁和氧形成两个电极，组成腐蚀原电池。金属腐蚀的实质都是金属原子被氧化转化成金属阳离子的过程。 1.2金属腐蚀的发生
自然界中只有极少数金属（例如金、铂等）能以游离状态存在，而大多数金属都需要从它们的矿石中用不同的能量冶炼出来。因此，金属受周围介质的化学及电化学作用而被破坏，这种现象叫做金属的腐蚀。 1.3金属腐蚀的危害 金属腐蚀的危害首先在于腐蚀造成了巨大的经济损失。这种损失可分为直接损失和间接损失。直接损失包括材料的损耗、设备的失效、能源的消耗。由于腐蚀,使大量有用材料变为废料,估计全世界每年因腐蚀报废的钢铁设备约为其年产量的10% 。间接损失包括因腐蚀引起的停工停产,产品质量下降,大量有用有毒物质的泄漏、爆炸,以及大规模的环境污染等。一些腐蚀破坏事故还造成了人员伤亡,直接威胁着人民群众的生命安全。 2.金属腐蚀防护的方法 2.1 改变金属的组成 这种方法最常见的是不锈钢材料。通过在钢铁中加入12-30%的金属铬而改变钢铁原有的组成，从而改善性能，不易腐蚀。如目前迅速发展起来的不锈钢炊具，餐具等就是以此为材料的。2.2 形成保护层 在金属表面覆盖各种保护层，把被保护金属与腐蚀性介质隔开，是防止金属腐蚀的有效方法。可以形成以下几种保护层来对金属腐蚀进行防护： （1）磷化处理: 钢铁制品去油、除锈后，放入特定组成的磷酸
金属表面防护技术 前言 众所周知，钢铁零件的失效形成主要有以下几种：弹性或塑性变形、磨损、断裂和腐蚀。据资料报道，过早失效破坏中约有70%是由腐蚀和磨损造成的，全世界每年生产的钢铁约有1/10因腐蚀而变为铁锈，钢铁零件或设备因腐蚀而损坏约占30%，如此，不仅浪费了材料，还常常会带来停产、人身安全和环境污染等事故。表1是世界上几个主要工业发达国家的统计数字，这些国家每年由于金属腐蚀造成的直接经济损失约占国民总产值的2~4%，可见数字是惊人的。 金属腐蚀的定义：金属由于和外围介质发生化学作用或电化学作用而引起的破坏叫做腐蚀。 钢铁及其合金属黑色金属，此类黑色金属占金属总产量的90%以上，其腐蚀产物主要是能用肉眼观察到的附着在表面的棕黄或棕红色的锈，因此，钢铁类金属及其制品在大气中的腐蚀又称锈蚀。金属在高温下腐蚀称为氧化，其腐蚀产物是氧化皮，如热轧钢板和棒料、锻件、热处理后的表面氧化皮等到。在酸、碱、盐等强烈腐蚀性介质中引起的金属破坏仍称为腐蚀。通常腐蚀与锈蚀无严格区别，金属生锈就是腐蚀。 腐蚀的分类 （一）按环境分类 1．湿蚀：水溶液腐蚀、大气腐蚀、土壤腐蚀、化学药品腐蚀； 2．干蚀：高温氧化、硫腐蚀、氢腐蚀、液态金属腐蚀、熔盐腐蚀； 3．微生物腐蚀：细菌腐蚀、真菌腐蚀、硫化菌腐蚀、藻类腐蚀等。 （二）按腐蚀产物的破坏形式分类 1．全面腐蚀：均匀或不均匀的分布于整个金属表面； 2．部腐蚀：孔蚀、点蚀、斑蚀、颖隙腐蚀、丝状腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀、氢脆、腐蚀疲劳、冲刷腐蚀、湍流腐蚀、气蚀等。 （三）按腐蚀的机理分类 1．化学腐蚀：O2、H2S、SO2、C12、酸气等腐蚀，高温氧化，在非电解质液体——酒精、苯、汽油、煤油、润滑油等中的腐蚀； 2．电化学腐蚀：
金属表面处理技术 近年来，金属表面处理技术获得了迅速发展，已广泛应用于众多领域。在表面处理技术及工程中，前处理占有极为重要的地位，他不仅作为表面处理前的一种"预处理工序"不可或缺，而且与后续表面处理的成败密切相关。 除油、除锈、磷化、防锈等基体前处理是为金属涂层技术、金属防护技术做准备的，基体前处理质量对此后涂层制备和金属的使用有很大的影响。例如，对有磷化和无磷化处理的同一涂层进行盐雾试验，其结果是防腐蚀能力相差大约一倍。可见除油、除锈、防锈、磷化等前处理对涂层的防锈能力和金属的防护能力起着至关重要的作用。 基体前处理的目的：一是增加涂层与基体的结合强度既加大附着力，二是增加涂层的功能如防腐蚀、防磨损及润滑等特殊功能。 随着金属加工业、铁路制造业、汽车行业的飞速发展，对生产各种金属制品及铁路、汽车零部件产品的质量有了更高要求，通过长期的实践证明，一些简单、简易的前处理方式，已经不能满足金属加工及涂装的基本要求。只有采用标准的前处理生产工艺，才能使钢铁表面形成一层标准的磷酸盐膜和防护膜，以满足金属加工和涂装处理的质量要求。因此，选用低成本、低能耗、高品质的金属前处理产品，是企业保证涂装质量和防护质量稳定与否的重要因素。 钢铁表面前处理工艺的必然： 钢铁表面在轧制或应用过程中，其表面有不同程度的油脂、氧化皮或铁锈等杂质的存在，在进行加工和涂装处理前，需对其进行清除处理，然后才能作为商品进行销售。如果不这样做就会严重地影响产品的外观质量和使用寿命，失去产品的竞争能力。如果钢铁表面未经处理就进行涂装，其涂层内的氧化皮、铁锈或油脂被涂层所掩盖，不久就会出现涂层脱落等现象，使所销售的产品呈现出锈迹斑斑的外观，失去了产品在市场上的竞争能力，因此钢铁表面进行前处理的必然性已引起广大企业的极大重视。
一、热处理工艺简解 1、退火 操作方法：将钢件加热到Ac3+30~50℃或Ac1+30~50℃或Ac1以下的温度（能够查阅有关材料）后，通常随炉温缓慢冷却。 意图：1.下降硬度，进步塑性，改进切削加工与压力加工功能；2.细化晶粒，改进力学功能，为下一步工序做准备；3.消除冷、热加工所发生的内应力。 运用关键：1.适用于合金布局钢、碳素东西钢、合金东西钢、高速钢的锻件、焊接件以及供给状况不合格的原材料；2.通常在毛坯状况进行退火。 2、正火 操作方法：将钢件加热到Ac3或Accm 以上30~50℃，保温后以稍大于退火的冷却速度冷却。 意图：1.下降硬度，进步塑性，改进切削加工与压力加工功能；2.细化晶粒，改进力学功能，为下一步工序做准备；3.消除冷、热加工所发生的内应力。 运用关键：正火通常作为锻件、焊接件以及渗碳零件的预先热处理工序。关于功能需求不高的低碳的和中碳的碳素布局钢及低合金钢件，也可作为最终热处理。关于通常中、高合金钢，空冷可致使彻底或部分淬火，因而不能作为最终热处理工序。 3、淬火 操作方法：将钢件加热到相变温度Ac3或Ac1以上，保温一段时刻，然后在水、硝盐、油、或空气中疾速冷却。 意图：淬火通常是为了得到高硬度的马氏体安排，有时对某些高合金钢（如不锈钢、耐磨钢）淬火时，则是为了得到单一均匀的奥氏体安排，以进步耐磨性和耐蚀性。运用关键：1.通常用于含碳量大于百分之零点三的碳钢和合金钢；2.淬火能充分发挥钢的强度和耐磨性潜力，但一起会构成很大的内应力，下降钢的塑性和冲击韧度，故要进行回火以得到较好的归纳力学功能。 4、回火 操作方法：将淬火后的钢件从头加热到Ac1以下某一温度，经保温后，于空气或油、热水、水中冷却。 意图：1.下降或消除淬火后的内应力，削减工件的变形和开裂；2.调整硬度，进步塑性和耐性，取得作业所需求的力学功能；3.安稳工件尺度。 运用关键：1.坚持钢在淬火后的高硬度和耐磨性时用低温回火；在坚持必定韧度的条件下进步钢的弹性和屈从强度时用中温回火；以坚持高的冲击韧度和塑性为主，又有满足的强度时用高温回火；2.通常钢尽量防止在230~280℃、不锈钢在400~450℃之间回火，因为这时会发生一次回火脆性。5、调质 操作方法：淬火后高温回火称调质，行将钢件加热到比淬火时高10~20度的温度，保温后进行淬火，然后在400~720℃的温度下进行回火。 意图：1.改进切削加工功能，进步加工外表光洁程度；2.减小淬火时的变形和开裂； 3.取得杰出的归纳力学功能。 运用关键：1.适用于淬透性较高的合金布局钢、合金东西钢和高速钢；2. 不只能够作为各种较为重要布局的最终热处理，并且还能够作为某些严密零件，如丝杠等的
金属材料的腐蚀与防护 摘要：扼要介绍了金属的腐蚀机理，腐蚀发生的原因。金属的腐蚀现象和机理比较复杂，但可以通过合理地选用材料、有效地采取防腐蚀措施来减缓金属材料的腐蚀速度，这对于延长设备寿命、降低成本、提高劳动生产率都具有十分重要的意义。 关键词：金属材料;腐蚀;防护 钢铁生锈、铜器泛绿、银具变黑等都是材料(通常是指金属)及其结构物，制件与其所处环境介质之间的化学反应或电化学反应所引起的破坏或变质。这类破坏或变质被称之为材料的腐蚀。腐蚀科学则是一门涉及化学、物理、冶金学、表面科学、力学、机械学和生物学等多学科的应用科学。金属的腐蚀严重破坏了国民经济和国防建设，研究金属的腐蚀这门科学对于提高国民经济和加强国防建设都有重要的意义。 1 金属材料的腐蚀机理 1.1金属腐蚀的分类 按照金属的腐蚀机理可以将金属腐蚀分为化学腐蚀与电化学腐蚀两大类。化学腐蚀就是金属与接触到的物质直接发生氧化还原反应而被氧化损耗的过程；电化学腐蚀就是铁和氧形成两个电极，组成腐蚀原电池，因为铁的电极电位总比氧的电极电位低，所以铁是阳极。遭到的腐蚀不管是化学腐蚀还是电化学腐蚀，金属腐蚀的实质都是金属原子被氧化转化成金属阳离子的过程[1] 1.2金属腐蚀的发生 自然界中只有极少数金属（例如金、铂等）能以游离状态存在，而大多数金属都需要从它们的矿石中用不同的能量冶炼出来。因此，从热力学观点来看，金属的腐蚀是很自然的事。金属受周围介质的化学及电化学作用而被破坏，这种现象叫做金属的腐蚀。由于腐蚀导致的金属破坏都从表面开始，而破坏的程度，一般来说也是表面最大。在液态和固态电解质中腐蚀过程是电化学过程。因此，腐蚀能否进行取决于金属能否离子化，而金属离子化的趋势可以用电极电位（E）表示。 金属在电解质中的腐蚀是一种电化学变化[2]，它的进行依照法拉第定律及欧姆定律，△W=（Ec－Ea）te/(96500AR) 式中，e为常数，如粗略地认为R不变时，则腐蚀速率（△W/t）与（Ec－Ea）成正比，而与A成反比。（Ec－Ea）因极化关系有所变化，因此腐蚀率也会随时间变化；阳极面积（A）较小时，腐蚀率将会随着提高。金属腐蚀时，阳极释放电子的阳极过程和阴极获得电子的阴极过程是在同一金属表面进行的。 2 金属防护的方法
金属表面处理种类简介 电镀 镀层金属或其他不溶性材料做阳极，待镀的工件做阴极，镀层金属的阳离子在待镀工件表面被还原形成镀层。为排除其它阳离子的干扰，且使镀层均匀、牢固，需用含镀层金属阳离子的溶液做电镀液，以保持镀层金属阳离子的浓度不变。电镀的目的是在基材上镀上金属镀层，改变基材表面性质或尺寸。电镀能增强金属的抗腐蚀性(镀层金属多采用耐腐蚀的金属)、增加硬度、防止磨耗、提高导电性、润滑性、耐热性、和表面美观。 电泳 电泳是电泳涂料在阴阳两极，施加于电压作用下，带电荷涂料离子移动到阴极,并与阴极表面所产生之碱性作用形成不溶解物，沉积于工件表面。 电泳表面处理工艺的特点： 电泳漆膜具有涂层丰满、均匀、平整、光滑的优点，电泳漆膜的硬度、附着力、耐腐、冲击性能、渗透性能明显优于其它涂装工艺。电泳工艺优于其他涂装工艺。 镀锌 镀锌是指在金属、合金或者其它材料的表面镀一层锌以起美观、防锈等作用的表面处理技术。现在主要采用的方法是热镀锌。 电镀与电泳的区别 电镀就是利用电解原理在某些金属表面上镀上一薄层其它金属或合金的过程。 电泳:溶液中带电粒子（离子）在电场中移动的现象。溶液中带电粒子（离子）在电场中移动的现象。利用带电粒子在电场中移动速度不同而达到分离的技术称为电泳技术。 电泳又名——电着 (著)，泳漆，电沉积。 发黑 钢制件的表面发黑处理，也有被称之为发蓝的。其原理是将钢铁制品表面迅速氧化,使之形成致密的氧化膜保护层，提高钢件的防锈能力。 发黑处理现在常用的方法有传统的碱性加温发黑和出现较晚的常温发黑两种。但常温发黑工艺对于低碳钢的效果不太好。A3钢用碱性发黑好一些。 在高温下（约550℃）氧化成的四氧化三铁呈天蓝色，故称发蓝处理。在低温下（约3 50℃）形成的四氧化三铁呈暗黑色，故称发黑处理。在兵器制造中，常用的是发蓝处理；在工业生产中，常用的是发黑处理。 采用碱性氧化法或酸性氧化法；使金属表面形成一层氧化膜，以防止金属表面被腐蚀，此处理过程称为“发蓝”。黑色金属表面经“发蓝”处理后所形成的氧化膜，其外层主要是四氧化三铁，内层为氧化亚铁。 发蓝（发黑）的操作流程：
金属的腐蚀与防护 一、金属的腐蚀 1、金属的腐蚀是金属与周围的气体或者液体物质发生而引起损耗的现象。 一般可分为腐蚀和腐蚀。 （1）化学腐蚀：金属与接触到的干燥气体（如、、等）或非电解质液体 （如）等直接发生化学反应而引起的腐蚀。 如：钢管被原油中的腐蚀，温度越高，化学腐蚀越。 （2）电化学腐蚀：不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生反应，的金属失去电子而被。如在潮湿的空气中生锈。 两种腐蚀往往发生，但腐蚀更普遍，速度更快，危害更严重。 电化学腐蚀 (以钢铁为例) （1）析氢腐蚀 (酸性较强的溶液) 负极: 正极: 总方程式： （2）吸氧腐蚀 (中性或极弱的酸性或碱性溶液) 负极: 正极: 总方程式： Fe(OH)2继续与空气中的氧气作用： 2、影响金属腐蚀快慢的因素 内因：（1）金属的活动性：金属越，越容易被腐蚀 （2）纯度：不纯的金属比纯金属腐蚀，如纯铁比钢腐蚀。 电化学腐蚀：两电极活动性差别越大，氧化还原反应速率越，活泼金属被腐蚀得越快。 （3）氧化膜：如果金属被氧化形成致密的氧化膜，那么会保护内层金属，如、如果金属被氧化形成疏松的氧化膜，那么不会保护内层金属，如 外因：介质：环境（腐蚀性气体，电解质溶液） 金属腐蚀的快慢比较： 电解池阳极原电池负极化学腐蚀原电池正极电解池阴极。 二、金属的防护 (1)牺牲的保护法（被保护金属作为原电池的极） (2)外加电流的保护法（被保护金属作为电解池的极） (3)加防护层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法 1．(2010·北京理综，6)下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是()
A ．钢管与电源正极连接，钢管可被保护 B ．铁遇冷浓硝酸表面钝化，可保护内部不被腐蚀 C ．钢管与铜管露天堆放在一起时，钢管不易被腐蚀 D ．钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应是Fe －3e －===Fe 3＋ 2．下列叙述正确的是 （） ①锌跟稀硫酸反应制取氢气，加入少量硫酸铜溶液能加快反应速率 ②镀层破损后，白铁（镀锌的铁）比马口铁（镀锡的铁）更易腐蚀 ③电镀时，应把镀件置于电解槽的阴极 ④冶炼铝时，把氧化铝加入液态冰晶石中成为熔融体后电解 ⑤钢铁表面常易锈蚀生成Fe 2O 3·nH 2O A ．①②③④⑤ B ．①③④⑤ C ．①③⑤ D ．②④ 3．以下现象与电化腐蚀无关的是（） A ．黄铜（铜锌）制作的铜锣不易产生铜绿 B ．生铁比纯铁易生锈 C ．铁质器件附有铜质配件，在接触处易生铁锈 D ．银质奖牌久置后表面变暗 4．下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是（ ） A ．纯银器表面在空气中因化学腐蚀渐渐变暗 B ．当镀锡铁制品的镀层破损时，镶层仍能对铁制品起保护作用 C ．在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法 D ．可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀 5．关于金属腐蚀的如下各叙述中，正确的是（ ） A ．金属被腐蚀的本质是：M+n H 2O=M(OH)n + 2 n H 2↑ B ．马口铁（锡铁）镀层破损后被腐蚀时，首先是镀层被氧化 C ．金属在一般情况下发生的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀 D ．常温下，置于空气中的金属主要发生化学腐蚀 6．(2011·北京理综，8)结合下图判断，下列叙述正确的是( ) A ．Ⅰ和Ⅱ中正极均被保护 B ．Ⅰ和Ⅱ中负极反应均是Fe －2e －===Fe 2＋ C ．Ⅰ和Ⅱ中正极反应均是O 2＋2H 2O ＋4e －===4OH － D ．Ⅰ和Ⅱ中分别加入少量NaOH 溶液，均有红褐色沉淀生成 7．(2011·山东理综，15)以KCl 和ZnCl 2混合液为电镀液在铁制品上镀锌，下列说法正确的是( ) A ．未通电前上述镀锌装置可构成原电池，电镀过程是该原电池的充电过程 B ．因部分电能转化为热能，电镀时通过的电量与锌的析出量无确定关系 C ．电镀时保持电流恒定，升高温度不改变电解反应速率