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讲座十四金属的电化学腐蚀2中王振山
讲座十四、金属的电化学腐蚀(2012年6月9日,2中,王振山)
一、金属的腐蚀
金属的腐蚀,是指金属或合金与周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程。
金属的腐蚀的本质,是金属原子失去电子变成阳离子的过程。
金属的腐蚀,一般分为化学腐蚀和电化学腐蚀。
金属腐蚀有多种形式,尽管各种腐蚀形式都有独自的特征和发生的独特条件,但从其作用机理的本质来说,总不外乎化学腐蚀和电化学腐蚀。
通常将金属腐蚀分为三类:
①、化学腐蚀:
氧化剂直接与金属表面接触,发生化学反应。
②、电化学腐蚀:
由于发生电化学反应而引起。
③、生物化学腐蚀:
由于各种微生物的生命活动而引起。
1、化学腐蚀
单纯由化学作用而引起的腐蚀为化学腐蚀。
金属材料跟接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀现象叫做化学腐蚀。
化学腐蚀多发生在非电解质溶液中或干燥气体中。
例如,电气、机械设备的金属与绝缘油、润滑油、液压油以及干燥空气中的02、H2S、SO2、Cl2等物质接触时,在金属表面生成相应的氧化物、硫化物、氯化物等。
化学腐蚀的特点:
①、没有电流产生;②、腐蚀介质:
干燥气体或非电解质溶液;③、发生在金属的表面,而且受温度的影响很大。
金属在干燥气体或无导电性的非水溶液中的腐蚀,都属于化学腐蚀。
影响化学腐蚀的因素:
金属的本性、腐蚀介质的浓度、温度。
化学腐蚀可分为两类:
⑴、气体腐蚀:
金属在干燥气体(如O2、Cl2、SO2等)中(表面上没有湿气冷凝)发生的腐蚀,称为气体腐蚀。
这种腐蚀在低温下不显著,在高温下会非常显著,所以,气体腐蚀一般是指在高温时金属的腐蚀,如轧钢时生成厚的氧化皮、内燃机活塞的烧坏以及喷气发动机、火箭、原子能工业设备等在高温下发生的气体腐蚀,这是化学腐蚀中最常见的一种形式。
钢铁材料在空气中加热时,150~500℃主要生成Fe3O4;570℃以上发生的反应是,
2Fe+O2=2FeO,生成的FeO是一种既疏松又极易龟裂的物质,在高温下O2可以继续与Fe反应,从而使腐蚀继续向深处发展。
钢铁在高温氧化性介质中加热时,钢材在高温下容易被氧化,生成一层由FeO,Fe2O3
,Fe3O4组成的氧化皮,同时发生脱碳现象。
在轧钢过程中,当T>700℃时,会发生氧化脱碳。
钢铁表面由于脱碳导致硬度减小,疲劳极限降低。
脱碳是由于钢铁中的渗碳体(Fe3C)和气体介质作用的结果,主要反应如下:
表面的C和Fe3C极易与介质中的O2、CO2、H2O及H2
等发生反应。
Fe3C+1/2O2=3Fe+CO,
Fe3C+O2=3Fe+CO2,Fe3C+CO2=3Fe+2CO,Fe3C+H2O=3Fe+CO+H2,高温高压下:
Fe3C+2H2=3Fe+CH4(氢蚀),上述反应使钢铁表面含碳量降低,这种现象称为“钢的脱碳”。
这造成了钢铁制品的硬度和强度显著下降,疲劳极限降低,严重时使零件报废。
⑵、金属在有机溶液(如酒精、石油等非电解质溶液)中发生的腐蚀。
例如,金属在含硫的石油中,由于与二硫化碳、硫化氢、噻吩、硫醇等发生化学反应引起的腐蚀。
2、电化学腐蚀:
由于电化学作用所引起的腐蚀叫做电化学腐蚀。
⑴、当金属与电解质溶液接触时,由电化学作用而引起的腐蚀叫做电化学腐蚀。
在电化学腐蚀过程中,形成原电池(腐蚀电池)。
其腐蚀原理与化学腐蚀不同,它是以不同的金属(或导电非金属)为两极形成腐蚀电池的结果。
金属在大气中的腐蚀,在土壤及海水中的腐蚀和在电解质溶液中的腐蚀都是电化学腐蚀。
*电化学腐蚀的作用机理:
析氢腐蚀,吸氧腐蚀,差异充气腐蚀。
⑵、电化学腐蚀的分类
①、按照所接触环境的不同分为:
潮湿大气腐蚀,土壤腐蚀,在电解质溶液中的腐蚀,在熔融盐中的腐蚀。
②、按照腐蚀破坏的形式分为:
Ⅰ、均匀腐蚀:
均匀腐蚀又称全面腐蚀,是最常见的一种腐蚀形式。
其特点是化学腐蚀或电化学腐蚀在整个或大部分金属表面均匀地进行。
金属在大气中的腐蚀或浸泡在电解质溶液中的腐蚀多为均匀腐蚀。
Ⅱ、接触腐蚀:
接触腐蚀又称电偶腐蚀。
两种不同的金属直接接触,而又与同一介质接触时,就构成了一个腐蚀电池。
两种不同金属部件的结合部,不同金属材料的焊接、铆接及螺栓固定部位,易发生接触腐蚀。
Ⅲ、缝隙腐蚀:
在金属与金属或者金属与非金属之间存在缝隙,腐蚀介质就会进入缝隙中,使缝隙内的金属加速腐蚀。
缝隙腐蚀实际上是由于缝隙内外介质中氧气含量不同而引起的一种差异充气腐蚀。
缝隙腐蚀常发生在垫片的底面,螺帽或铆钉帽下的缝隙处,以及江河湖海中的钢架、钢管等有泥沙沉积物的部位上。
Ⅳ、孔腐蚀(又称点腐蚀):
金属表面大部分不发生腐蚀或者腐蚀很轻微,而在局部地方出现腐蚀小孔,并向孔的深处发展腐蚀。
孔蚀也是一种差异充气腐蚀。
在各种腐蚀形式中,孔蚀是破坏性和隐患最大的腐蚀形式之一。
因为孔蚀可在潮湿的大气、土壤等多种介质环境中,发生在大多数金属合金上。
Ⅴ、晶间腐蚀:
沿着金属或合金的晶粒边界(亦即在金属晶体的边缘上)发生发展的腐蚀称为晶间腐蚀。
腐蚀沿晶界向纵深发展,形成深而窄的间槽,削弱了晶粒间的结合力,使金属完全丧失机械强度。
这种腐蚀不易被察觉,容易造成突发性破坏。
Ⅵ、选择腐蚀:
在腐蚀介质中合金不是按其组成比例被腐蚀,而是其中某种组分金属受到腐蚀,称为选择性腐蚀。
例如:
黄铜的脱锌;灰口铸铁中的铁被选择性腐蚀掉,剩下由石墨、铁锈构成的多孔体。
Ⅶ、应力腐蚀:
又称穿晶腐蚀,破坏沿最大张应力线发生,其特征是腐蚀可以贯穿晶粒本体。
穿晶腐蚀又称腐蚀裂开。
Ⅷ、电解池腐蚀:
这是一种由漏散电流(又称杂散电流、无定电流)所引起的电化学腐蚀。
所谓漏散电流,是由于强大的用电设备与大地间绝缘不好,泄漏到大地中沿各种地下偶然路径的电流。
漏散电流引起地下管道的腐蚀:
电流由管道流出的部分是阳极,被腐蚀。
3、生物腐蚀
⑴、生物腐蚀的本质:
生物腐蚀的本质可以看作是,生物体的新陈代谢为化学腐蚀或电化学腐蚀创造了充分、必要条件,促进了化学腐蚀和电化学腐蚀。
⑵、生物腐蚀的主要原因:
实际发生的生物腐蚀往往是下述三种因素综合作用的结果。
①、由于生物体摄取食物而加速金属腐蚀。
通常为防止金属腐蚀常使用有机防腐剂,但若这些有机物被某种微生物作为食物而摄取…这就间接加速了金属的腐蚀。
②、生物体代谢产物加速金属腐蚀。
碳化合物无论在厌氧菌或是嗜氧菌(又称需氧菌,好氧菌)的作用下,都会产生酸性物质,使金属附近环境的局部pH降低,破坏金属的耐腐蚀保护层,从而加速金属的腐蚀。
另外,硫酸盐在还原菌的作用下会产生硫化氢,直接造成铁等金属的化学腐蚀。
③、由于生物耗氧而造成金属表面氧气浓度不均而引起差异充气腐蚀。
⑶、生物对金属腐蚀的影响:
①、厌氧菌:
目前认为,影响地下钢结构腐蚀的最重要的厌氧菌是硫酸盐还原菌。
在油田,生产油井中80%的管道腐蚀与此有关。
硫酸盐还原菌能利用环境中的H2,或设备发生析氢腐蚀过程中所释放的H2,而使环境中的硫酸盐、亚硫酸盐还原成硫化物:
SO42-+4H2=S2-+4H2O,SO32-+3H2=S2-+3H2O
硫酸盐还原菌的这一作用,从金属设备表面腐蚀电池的阴极部位把氢气泡排除掉,起了去极化作用,加速了腐蚀电池的电化学反应速率,因而加速了阳极金属腐蚀。
另一方面,生成的硫化物也加速了钢构件的腐蚀。
因为硫化物在有机酸还原菌存在时,能形成H2S,造成微酸性腐蚀环境,进一步促进析氢腐蚀的进行,而且会加剧钢的渗氢作用,导致金属氢脆和设备的腐蚀破坏。
②、嗜氧菌:
如噬硫杆菌能将单质硫或含硫化合物氧化成硫酸:
2S+3O2+2H2O=2H2SO4
这类细菌在低pH环境中最易繁殖。
它能造成腐蚀性极强的酸性环境。
这类嗜氧菌需要单质硫或含硫化合物以维持生存,故称为硫氧化菌。
它们常在硫矿、油田以及处理含硫有机物的排污管内及其附近出现。
当土壤条件变化时,硫酸盐还原菌和硫氧化菌可以按循环的方式发生作用。
③、其他细菌(除了上述两大类细菌之外,也能导致金属腐蚀的细菌):
Ⅰ、几种摄取烃类的细菌,能破坏保护管道的沥青涂层;Ⅱ、铁细菌能吸收环境中可溶性的亚铁离子,变成氢氧化铁沉积在靠它们细胞壁附近的金属表面,使钢铁表面结瘤,造成差异充气腐蚀;Ⅲ、有的细菌能将氨氧化成硝酸…
*④、真菌:
真菌的作用,主要是吸收有机物,并产生相当量的有机酸。
所以真菌会破坏金属外面的有机保护层(如橡胶、油漆等),促使金属被腐蚀;而产生的有机酸会造成酸性环境,也会促进金属的腐蚀。
二、腐蚀原电池(简称腐蚀电池)
1、腐蚀电池的电极和电极反应
⑴、电极名称:
负极(阳极),正极(阴极)。
⑵、电极反应:
阳极,发生氧化反应;阴极,发生还原反应。
2、腐蚀电池的分类(按组成电池的电极的大小分类)
⑴、宏电池:
宏电池有独立的的电极,可用肉眼分辨出来。
宏电池又可分为:
①、不同金属浸在不同的电解质溶液内
②、不同金属与同一电解质溶液接触
如轮船的推进器是青铜的,船壳是钢的,在海水中钢板成为阳极而遭受腐蚀。
又如铝制容器用铜铆钉铆接,结果是铆钉周围的铝遭受腐蚀,铝是阳极、铜是阴极。
③、同一金属与相同的电解液接触
同一金属与相同的电解液接触,但浓度或温度不同。
如果浓度不同,即形成所谓‘浓差电池’。
在金属腐蚀中最有实际意义的,是氧浓差电池,或称差异充气电池。
O2+2H2O+4e-
4OH-
例如置于静止水中的铁桩,接近水面的水中部分则不腐蚀;又如金属部件的各种缝隙或死角,成为阳极而遭受腐蚀。
金属表面不同部位电解质溶液浓度不均匀形成的浓差电池也能产生电化学腐蚀。
如将两块金属铁电极放在稀NaCl溶液中,在一个电极表面通氮气,另一电极通空气,这时两电极间产生电势差并引起了电流的流动。
该电池的电极反应为:
缺氧电极:
阳极Fe-2e-→Fe2+
氧足电极:
阴级O2+2H2O+4e-→4OH-
在金属表面各处由于空气的充足程度不同而造成氧气浓度不同,这样形成的浓差电池致使金属腐蚀,这就解释了为什么裂缝处及水线下金属常易有明显腐蚀的原因。
又如埋藏在地下的金属管道腐蚀、海水对船舶的“水线腐蚀”等。
暴露在空气中的钢铁表面附有水滴时,在水滴边缘的铁所接触的水中氧气的溶解度较大,在水滴中心的铁所接触的水中氧气的浓度或分压小。
光滑金属片也会因电解质溶液中溶解O2量不同而引起电化学腐蚀。
腐蚀液{NaCl+K3[Fe(CN)6]+酚酞}滴在光滑铁中央变蓝,因c(O2)小,小,作为阳极
Fe-2e-=Fe2+,遇[Fe(CN)6]3-变蓝;边缘变红,因c(O2)大,大,作为阴极2H2O+O2+4e-=4OH-。
⑵、微电池:
微观腐蚀电池中无明显分立的两极,肉眼不能分辨。
工业上含杂质金属的腐蚀就是典型例子。
在金属表面上由于存在许多极微小的电极而形成的电池,称为微电池。
微电池是由于金属表面的电化学的不均匀所引起的。
不均匀的原因有:
①、金属的化学成分的不均匀性
一般工业纯的金属常常含有杂质。
例如锌中含的铁杂质以FeZn7的形式存在,它的电势比锌高,作微电池的阴极。
又如碳钢中的Fe3C、铸铁中的石墨,它们的电势比较高,作阴极。
②、金属组织的不均匀性
有的金属或合金,其晶粒及晶界的电势是不完全相同的。
如工业纯铝,据测定其晶粒与晶界的电势差为0.585V-0.494V=0.091V,这表明晶粒是阴极,晶界是阳极。
③、金属物理状态不均匀性(形变不均匀性,内应力的不均匀性)
一般是变形较大的部分为阳极,如铁板的弯曲处及铆钉的头的腐蚀;受应力大的部分常为阳极易受腐蚀。
④、金属表面膜不完整如果有孔隙,则孔隙下的金属表面部分电势较低,成为微电池的阳极。
三、金属的电化学腐蚀电池
定义:
由金属、金属中的杂质、电解质溶液组成的局部电池引起的腐蚀。
特点:
局部形成短路小电池(腐蚀电池)
腐蚀类型:
根据在阴极上获得电子的物质的不同,电化学腐蚀分为:
析氢腐蚀,吸氧腐蚀,差异充气腐蚀。
下面以钢铁的电化学腐蚀为例:
1、析氢腐蚀
在潮湿空气中,金属的表面可覆盖一层极薄的水膜,溶解CO2等后会有下列反应发生:
CO2+H2O
H2CO3
H++HCO3-
这样金属就像放在含有H+、0H-、HCO3-电解质溶液中一样。
析氢腐蚀常常发生在:
①酸洗或酸侵蚀某种活泼金属的加工过程中;②潮湿的空气,特别含有较多的酸性气体(CO2、SO2和NO2等)的空气中。
分析:
阴极:
2H2O+2e-
H2+2OH-,φӨ=-0.828V;
设p(H2)=
,c(H+)=10-7mol/L,∵PH=7,∴则
=-0.414V
如果是酸性溶液,在酸性介质中H+在阴极上还原成氢气析出,
2H++2e-
H2,φӨ=0.0000V;
设p(H2)=PӨ,c(H+)=10-7mol/L,则
=-0.414V
阳极:
Fe2++2e-
Fe,φӨ(Fe2+/Fe)=-0.44V;
设c(Fe2+)=10-6mol/L时,认为已经发生腐蚀,
φ(Fe2+/Fe)=φӨ(Fe2+/Fe)+0.0592/2lgc(Fe2+)=-0.44+0.0296lgc10-6)=-0.6176V
这时组成原电池的电动势为0.2036V,是自发电池。
结论:
析氢腐蚀电极反应的正确书写如下。
负极(阳极,Fe)反应:
Fe-2e-→Fe2+(氧化反应),
正极(阴极,杂质)反应:
2H2O+2e-→H2↑+2OH-(析氢腐蚀)(还原反应),
(Fe-2e-→Fe2+,2H++2e-→H2↑,Fe+2H+=Fe2++H2)
电池反应:
Fe+2H2O=Fe(OH)2+H2↑
4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3,
Fe(OH)3脱去一部分水就生成Fe2O3·xH2O,它是铁锈的主要成分。
2、吸氧腐蚀(在一定的腐蚀介质中,由于溶解氧的作用而引起的腐蚀。
)
条件:
弱酸性、中性或碱性介质。
分析:
阴极:
电极反应:
O2+2H2O+4e-
4OH-,φӨ(O2/OH-)=0.401V
设p(O2)=PӨ,c(OH-)=10-7mol/L,则
=0.816V
这时与φ(Fe2+/Fe)(-0.617V)阳极组成原电池的电动势为1.433V,显然耗氧腐蚀比析氢腐蚀严重得多。
如果既有酸性介质,又有氧气存在,在阴极上发生消耗氧的还原反应:
或者,阴极:
电极反应:
O2+4H++4e-
2H2O,φӨ=1.23V;
设p(O2)=PӨ,c(H+)=10-7mol/L,则
=0.816V
结论:
吸氧腐蚀电极反应的正确书写如下。
负极(阳极)反应:
Fe-2e-→Fe2+(氧化反应),
正极(阴极)反应:
O2+2H2O+4e-→4OH-(吸氧腐蚀,浓差腐蚀),(还原反应)。
电池反应:
2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2
钢铁生锈:
铁锈的主要成分,Fe2O3·XH2O。
铜器表面生成铜绿:
铜绿的主要成分,Cu2(OH)2CO3。
四、金属的防护
1、正确选用金属材料和合理设计金属结构
如含Cr13%、Ni18%以及含Cr18%、Ni13%的各种不锈钢,在大气中、水中或具有氧化性的硝酸溶液中是完全耐蚀的,但是在非氧化性的盐酸、稀硫酸中,就不耐蚀。
又如铜及铜合金、铅等在盐酸、稀硫酸中相当耐蚀,但对硝酸溶液就完全没有耐蚀的性能。
再如,铁、铝炊具不可搭配使用。
设计金属结构时,应避免具有电势差别很大的金属材料相互接触。
例如,铝合金、镁合金不应当和铜、镍、铁等金属接触。
2、在金属表面覆盖保护层——隔绝介质与材料的接触
要求:
a.膜层致密,完整无孔,不透介质;b.与基体金属结合强度高,附着力强;c.高硬度,耐磨;d.均匀分布。
⑴、金属覆盖层:
①、电镀:
电镀是应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程,既可防腐蚀又可起装饰的作用。
用电镀法所得到的镀层大多是纯金属,如Au、Pt、Ag、Cu、Sn、Pb、Co、Ni、Cr、Zn、Cd等;有时也形成合金层,如黄铜、锡青铜。
Ⅰ、在电镀时,一般将需要镀层的零件作为阴极(连接电源负极),而用作镀层的金属(如Ni-Cr合金、Au等)作为阳极(连接电源正极)。
电镀液一般为含镀层金属配离子的溶液。
Ⅱ、表面处理:
a.除油溶剂除油:
煤油、汽油、丙酮、氯代烃等。
碱液除油:
NaOH、Na2CO3、硅酸钠、磷酸钠等。
电解除油:
阴极除油、阳极除油
b.酸洗
Ⅲ、电镀液的选择:
电镀液种类繁多,成分复杂,它的选择是电镀质量优劣的关键。
例1、电镀锌,说明电镀液的选择:
简单的锌盐如ZnSO4溶液不宜作电镀液。
因为ZnSO4是强电解质,溶液中Zn2+浓度过大,电镀时锌沉积过快,使镀层粗糙、厚薄不匀,与基体金属结合力差。
故采用碱性锌酸盐作电镀液:
组成:
ZnO+NaOH+添加剂;没有良好的添加剂,只能得到海绵状镀层。
电镀反应:
2NaOH+ZnO+H2O→Na2[Zn(OH)4],[Zn(OH)4]2-
Zn2++4OH-,
阴极:
Zn2++2e-
Zn;阳极:
Zn
Zn2++2e-
在电镀工艺中,为了使金属离子保持恒定的低浓度水平。
一般利用配合物的特性使金属离子形成配离子。
例2、在电镀铜工艺中,一般不直接用CuSO4溶液作电镀液,而常加入配位剂焦磷酸钾(K4P2O7),使形成[Cu(P2O7)2]6-配离子。
电镀液中存在下列平衡:
[Cu(P2O7)2]6-
Cu2++2P2O74-
Cu2+的浓度降低,在镀件(阴极)上Cu的析出电势代数值减小,同时析出速率也可得到控制,从而有利于得到较均匀、较光滑、附着力较好的镀层。
Ⅳ、镀后处理:
为了提高锌镀层的抗蚀性,往往将镀锌后的零件放入钝化液,进行钝化处理,使其表面形成一层致密而稳定的薄膜,这种方法叫镀锌钝化,形成的薄膜为钝化膜。
②、化学镀和塑料电镀
Ⅰ、化学镀:
利用化学反应进行沉积金属的方法;也就是利用还原剂,使金属盐溶液中的金属离子,通过氧化还原反应,析出金属于被处理的物品表面进行金属覆盖的方法,如银镜反应。
化学镀得到的镀层,具有厚度均匀、致密性良好、针孔少、耐蚀性优良等优点。
例如,常见的化学镀镍,能在其它金属或塑料表面沉积。
H2PO2-+2Ni2++6OH-=PO43-+2Ni+4H2O,φӨ(Ni2+/Ni)=-0.257V
HPO32-+2H2O+2e-
H2PO2-+3OH-,φӨ(HPO32-/H2PO2-)=-1.565V
PO43-+2H2O+2e-
HPO32-+3OH-,φӨ(PO43-/HPO32-)=-1.12V
次磷酸H3PO2中P为正一价。
特点:
不用电;适用于非金属;对表面形状无要求。
可为非金属电镀打底。
Ⅱ、塑料的化学镀:
可将塑料件的重量轻,抗腐蚀与金属的导电性,耐磨性、装饰性结合起来。
工艺步骤:
除油、粗化、敏化、活化和化学镀。
以ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三种单体共聚而成的聚合物)化学镀铜为例,主要步骤:
A.粗化
使塑料表面蚀刻出一些微观粗糙不平状态,粗化液可使高分子链断裂,同时发生反应,提高表面的亲水性,提高金属与塑料的结合力。
B.敏化:
将粗化过的制件置于含有敏化剂的溶液中浸渍、使制件表面吸附一层易于氧化的(还原性)金属离子。
敏化的作用是在经粗化的零件表面上吸附一层易于氧化的金属离子(如Sn2+),用于还原某一金属离子(如Ag+)。
常用二价锡盐或三价钛盐。
例如SnCl2酸溶液。
SnCl2+H2O
Sn(OH)Cl+H++Clֿ,SnCl2+H2O
Sn(OH)2+2H++2Clֿ;
最终生成Sn2(OH)3Cl胶状物质,几纳米到几百纳米。
C.活化
为加快化学镀的沉积速率并促使镀层均匀,利用二价金属离子Sn2+的还原性将某些贵重金属离子(Ag+或Pd2+)还原成具有催化活性的如Ag,Pd微粒,紧紧吸附在制件的表面,作为化学镀的“晶种”。
2Ag++Sn2+→Sn4++2Ag,Pd2++Sn2+→Sn4++Pd↓
D.化学镀
借助于已溶解并吸附在塑料制件表面的还原剂,将化学镀配方中的金属离子还原成金属单质。
以镀铜为例,镀铜液:
硫酸铜、乙二胺四乙酸钠、氢氧化钠、甲醛和少量稳定剂。
反应机理:
Sn2++催化金属离子(Ag+或Pd2+)→Sn4++催化金属(Ag或Pd)
,
总的反应方程式:
Cu2++2e-→Cu
+)2HCHO+4OH-→2HCOO-+H2+2H2O+2e-
_________________________________________________________________________________________
Cu2++2HCHO+4OH-→Cu+2HCOO-+2H2O+H2
化学镀层厚度:
0.052~0.20m
塑料镀铜工艺步骤:
粗化→敏化→活化→化学镀→常规电镀
③、喷镀
借压缩空气将熔融的金属用喷枪喷成雾状、喷射到被保护的金属表面上,形成金属覆盖的方法,叫做喷镀。
工业上常用这种方法对大型固定设备(如桥梁、船舶、高塔等)来喷镀Al、Zn、Sn、Pb、不锈钢等。
④、渗镀法(又称热浸渗法,使表面合金化)
其实质是使一种金属在高温状态下渗入到基体金属的表面内部,生成表面合金层。
在工业上,常把钢铁加以表面合金化处理,渗入的元素有Zn、Al、Cr、Si四种。
⑤、热镀(又称浸镀,热浸法)
将被保护的金属浸在另一种熔融的液态金属中…如白铁—镀锌,马口铁—镀锡。
•镀层分类(按镀层金属性质):
阳极性和阴极性镀层。
•阳极性镀层金属比基体金属活泼,例如,镀锌铁(俗称白铁),锌在潮湿空气或含有CO2
和O2的水中,表面可生成以碱式碳酸锌为主的较致密的保护
膜,有一定的耐蚀性。
一旦镀层破裂,锌与基体金属组成腐蚀电池时,锌为阳极受到腐蚀,铁为阴极受到保护。
•阴极性镀层金属活泼性小于基体金属,如镀锡铁(俗称马口铁),锡有很好的耐蚀性,
可保护铁。
但如果镀层受到破坏,锡与铁组成的腐蚀电池中,铁作为阳极而被腐蚀,其腐蚀速率比没镀锡时更快。
⑥、碾压
将耐蚀的金属或合金用机械力量碾压,使它附着在基体金属上面。
在工业上,常用镍或不锈钢碾压在钢板上,或用纯铝碾压在铝合金上。
⑦、包涂法:
如包涂铜钢(钢为芯、铜为涂层)的强度和导电性都很好,广泛用于电子工业。
⑵、非金属覆盖层:
将金属与腐蚀介质隔开。
①、涂料覆盖层;②、塑料覆盖层;③、硬橡皮覆盖层;④、柏油或沥青覆盖层(化工机械或地下管道的防腐蚀);⑤、灰泥或混凝土覆盖层(大口径的钢铁水管以及冷、热水贮槽的衬里。
);⑥、玻璃或搪瓷等无机覆盖层。
⑶、用化学或电化学法生成覆盖层----钝化膜保护层
①、钢铁发蓝,也称发黑,其结果是使钢铁表面生成一层蓝黑色的致密的四氧化三铁(Fe3O4)薄膜,牢固地与金属表面结合。
碱性氧化法是最常用的方法,它是在含有一定氧化剂(如NaNO3或NaNO2)的氢氧化钠浓溶液中,在较高温度(加热溶液至沸)下进行。
氧化剂和氢氧化钠与金属铁发生化学反应,最终形成四氧化三铁(Fe3O4)为主要成分的氧化膜。
膜的颜色取决于零件的表面状态、合金成分和氧化处理的工艺条件,一般为黑色或蓝黑色。
膜厚0.5~0.8μm.~5μm。
工业上利用亚硝酸盐在碱性介质中较微弱的氧化性进行钢铁发黑处理,温度至少需在135~150℃之间。
化学反应的顺序是先形成亚铁酸钠(Na2FeO2),再进一步被氧化成铁酸钠(Na2Fe2O4或NaFeO2),然后由亚铁酸钠与铁酸钠相互作用,形成Fe3O4氧化膜。
反应式如下:
3Fe+NaNO2+5NaOH→3Na2FeO2+H2O+NH3↑
6Na2FeO2+NaNO2+5H2O→3Na2Fe2O4+7
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