腐蚀及其预防

腐蚀是一种常见的现象，在日常生活中很容易观察到。例如，你一定见过各种铁制品覆盖着一层红棕色的层。这层表明铁生锈，这是一种腐蚀。

在腐蚀中，**纯金属自然地转化为更稳定的形式**，例如其氧化物、氢氧化物或硫化物状态，其中涉及金属的劣化。

腐蚀是一种电化学过程，其中金属与水、氧气和二氧化硫等发生氧化还原反应。它是一种**自发且不可逆**的过程，其中金属转化为氧化物、硫化物和氢氧化物等化合物。例如，由于腐蚀或生锈，铁在空气中水分和氧气的存在下转化为红色氧化铁（铁锈）。

腐蚀是一种不希望发生的现象，因为它会影响金属的质量。虽然铁以其抗拉强度和耐用性而闻名，但由于生锈，它会随着时间的推移开始劣化，变得脆而弱。因此，它会损害涉及使用铁的性能。

简单来说，我们可以将腐蚀定义为一种自然过程，其中纯金属（如铁）与水和空气反应时转化为不需要的物质。

所有金属都会腐蚀吗？

活性系列中位置较高的金属，如锌和铁，容易腐蚀，而反应性较低或不反应的金属，如金、铂，则不会发生腐蚀。这是因为在腐蚀中会发生金属的氧化，而氧化趋势随着活性系列向下移动而减小。所以，**并非所有金属都会腐蚀。**

铝是一个例外。它是一种活性金属，但仍然不会腐蚀。这是因为它表面已经有一层氧化铝。这层防止它进一步腐蚀。

腐蚀的原因

• 金属暴露并与氧气、氢气、二氧化碳、二氧化硫等其他物质反应。
• 钢等金属上的压力过大导致其开裂，也会引起腐蚀
• 温度升高也会促进腐蚀

影响腐蚀的因素

• 金属与含有氧气、二氧化碳、二氧化硫等的空气接触会导致腐蚀。
• 金属暴露于潮湿或盐水会促进腐蚀。
• 金属中的杂质，如盐（NaCl），会促进腐蚀。
• 高温也会增加腐蚀
• 一些金属氧化物具有不溶的保护层，可以防止进一步腐蚀
• 与大气中的酸接触也会增加腐蚀速率。

腐蚀的例子

• 铁与水和氧气接触时生锈，导致其表面形成一层棕色涂层，这是一种腐蚀。生锈涉及的化学反应如下：
  4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃
  2Fe₂O₃ + xH₂O → Fe₂O₃.xH₂O (铁锈)
• 银矿石与空气中的氧气接触时，由于二氧化硫的形成，其表面会形成一层黑色涂层。这被称为腐蚀，但也称为银的变色。
• 铜金属暴露在空气中的二氧化碳中时，由于碳酸铜的形成，其表面会形成一层绿色涂层。这种腐蚀也称为铜的变色。

腐蚀类型

i) 缝隙腐蚀

当两个局部金属区域之间存在离子浓度差异时，就会发生这种腐蚀。这种差异发生在某些区域（如垫圈和螺栓头下方）氧气受限时。它是一种局部腐蚀，因为它影响特定部件，而不是整个表面。

此外，缝隙腐蚀可能在低温下发生，并且可以通过适当的接头设计将其最小化。

ii) 应力腐蚀开裂

它是由腐蚀环境和拉伸应力对金属的影响引起的。它通常发生在高温下。例如，不锈钢在氯溶液中因应力腐蚀而开裂。它通常发生在合金中，而不是纯金属中。

iii) 电偶腐蚀

当两种具有不同电化学性质的金属之间存在电接触并放置在电解环境中时，就会发生这种腐蚀。在这种腐蚀中，其中一种金属在接头或连接处发生降解。例如，当铝和钢接触并浸入海水中时，铝会腐蚀，而钢受到保护。

iv) 点蚀

这种腐蚀很难检测，也具有不可预测性。因此，它可能是危险的。它发生在局部点，并通过形成一个被正常金属表面包围的腐蚀坑而发展。坑会不断生长并呈现各种形状。坑会逐渐从表面垂直深入金属内部，如果不加以检查，可能会导致结构失效。

例如，如果一滴水停留在钢表面，点蚀将从水滴的中心开始，然后慢慢垂直向下深入金属内部。

v) 晶间腐蚀

这种腐蚀发生在晶粒区域，但是，这种腐蚀不影响晶粒。它发生在晶粒和晶界与杂质发生差异性反应时。反应性的差异是由焊接缺陷、热处理等引起的。

vi) 均匀腐蚀

顾名思义，在这种腐蚀中，金属的整个表面会形成一层均匀的铁锈。它发生在缺乏表面涂层保护的金属上。受这种腐蚀影响的常见金属包括铝、锌和铅。

vii) 冲蚀腐蚀

当金属表面与腐蚀性液体之间存在相对运动时，就会发生这种情况。在这种腐蚀中，金属表面由于快速移动液体的磨损而逐渐劣化。它发生在输送流动流体的金属中。

viii) 微动腐蚀

它发生在两个连接在一起的金属的接触区域。接触区域之间的滑动和变化会导致它。它通常发生在螺栓和铆接接头、夹紧表面等处。

如何防止腐蚀

有许多防止腐蚀的方法，下面介绍其中一些：

i) 电镀

在这种方法中，电流用于在另一种金属上形成一层薄薄的金属。这样做是为了使廉价金属更具吸引力，并保护它们免受腐蚀。

这种方法需要两种不同的金属、一种电解溶液、水箱中的两个电极以及一个电池或电流源，该电池或电流源将向溶液中通入所需电流以进行电解。

通电时，一个电极带正电荷，另一个带负电荷。带正电荷的金属离子转移到带负电荷的金属表面，形成一层薄层。例如，当我们使用黄铜和铜进行电镀时，铜金属会慢慢沉积或覆盖黄铜，从而在黄铜表面形成一层薄薄的铜涂层。这里，电解溶液必须含有硫化铜。

ii) 镀锌

在这种方法中，铁涂有一层锌。铁浸入熔融锌中。锌层保护铁免受腐蚀。这种方法已经使用了200多年。

iii) 涂漆和涂油

在这种方法中，通过涂漆或涂油在金属表面形成一层。这层油漆或油脂可以保护金属免受腐蚀。碳纤维涂层可用于此目的。

iv) 材料选择

选择不受腐蚀影响的材料。例如，不锈钢和铝具有耐腐蚀性。

v) 使用缓蚀剂

顾名思义，这些缓蚀剂添加到腐蚀金属中可以防止进一步腐蚀。

vi) 干燥清洁：保持金属表面干燥清洁。