其他金属的大气腐蚀现象分析与防治方法

2023-06-22 理论教育版权反馈

【摘要】：镍在大气中的腐蚀速率与暴露时间和室外SO2的平均浓度有线性关系。这层膜是良好的绝缘体，并有良好的抗大气腐蚀能力。与其他金属不同，在H2S存在时，也不能确定有NiS产生，大气中的HCl和CH3C1也是相对惰性的。镍与其他金属相比，耐大气腐蚀性好，而且其腐蚀过程也比较简单。悬浮颗粒、降水等物质中的SO2、SO42-是镍在大气腐蚀中的重要因素。

1.锌的大气腐蚀

锌被广泛应用于碳钢的涂镀层，使得许多研究者越来越关注其在污染环境中初期的腐蚀行为。通过对锌在各种不同室外暴露环境中的初期腐蚀的产物以及后期腐蚀行为的影响的研究发现，在海洋大气中Cl-浓度较高且湿度较大，暴露一天后试样表面已形成了腐蚀产物，腐蚀产物为Zn₅（OH）₈Cl₂·H₂O；在工业大气中，相对湿度是影响材料腐蚀行为的关键因素，暴露的第一天（24h）后在表面快速生成了Zn₄Cl₂（OH）₄SO₄·5H₂O腐蚀产物；在农村大气中，由于腐蚀性物质少且相对湿度较低，暴露14天后扫描电镜（SEM）和能谱仪（EDS）仍未探测到腐蚀层的形成；在城市大气中，暴露两天后表面形成了腐蚀产物Zn₄SO₄（OH）₆·nH₂O。

在实验室模拟加速试验中使用了接近真实环境的SO₂浓度，研究了在腐蚀初期Zn与SO₂间的相互作用。研究发现，SO₂的沉积与湿度紧密相关，并随时间的增加沉积量减少。

在室内研究了NaCl、SO₂+NaCl、NO₂+NaCl、SO₂+NO₂+NaCl四种环境中锌的初期大气腐蚀行为；利用石英晶体微天平、红外光谱、光电子能谱、扫描电镜等手段分析和研究了可溶盐NaCl沉积和SO₂在金属Zn初期大气腐蚀中的作用，探讨了它们的腐蚀过程和机理；从微观的角度分析了沉积的NaCl对锌初期腐蚀过程的影响，利用显微镜观察了在锌的初期腐蚀过程中，盐粒的生长和形成过程，盐粒吸湿后形成半球状的颗粒，还使用Kelvin探针测量盐粒扩展过程中的速率和电位。主要结论为：

1）NaCl沉积加速锌的初期腐蚀。一方面NaCl会从潮湿的空气中吸收水，造成锌表面较快地形成一层电解液层，同时随着NaCl沉积数量的增加，薄液膜的导电性增强。随着反应的进行，Na⁺向阴极区域移动。Cl^-向阳极溶解区移动。在阳极溶解区，Zn₅（OH）₈Cl₂·H₂O逐渐形成，它会阻碍氧的扩散，因此在后期腐蚀中，不溶性的Zn₅（OH）8Cl₂·H₂O对锌的腐蚀起到阻碍作用，从而使其腐蚀速率降低。

2）在纯SO₂的大气环境中，腐蚀形态大多为均匀腐蚀，在潮湿的空气中锌和SO₂、O₂相互作用生成Zn²⁺和SO²₄^-，它们在酸性溶液中移动形成离子对，最终形成水合硫酸锌。在高湿度环境下，Zn从潮湿的空气中吸收水分促进金属表面水溶液的形成，有利于电化学腐蚀过程的发生。随着反应的不断进行，锌表面生成的不溶性物质越来越多，在后期的腐蚀反应中阻碍腐蚀的进一步发生。

2.镍的大气腐蚀

镍是比较耐大气腐蚀的一种金属，而且有很好的力学性能，在化工、汽车、电子等行业得到广泛的应用。镍是常见的电镀材料，能起到保护和装饰作用。

镍在大气中的腐蚀速率与暴露时间和室外SO₂的平均浓度有线性关系。镍在大气中，最初几周的腐蚀产物外观为灰白色并呈枝晶状。这种枝晶状大部分是由镍、氧和硫组成，随着时间延长，会结成薄的附着性好的膜。这层膜是良好的绝缘体，并有良好的抗大气腐蚀能力。因此镍在轻微的腐蚀环境中有很好的耐蚀性。

在15～35℃，当相对湿度在70%以上时，镍表面上会吸附形成2～3个单分子层厚的水层。此时，即可发生电化学腐蚀。

含硫化合物是镍大气腐蚀中最常见的产物，在有遮盖条件下，经一年后形成的腐蚀产物主要是非晶态NiSO₄，并逐渐转变成具有一定耐蚀性的晶态碱性硫酸镍Ni₃（SO₄）₂（OH）₂。

与其他金属不同，在H₂S存在时，也不能确定有NiS产生，大气中的HCl和CH₃C1也是相对惰性的。镍与其他金属相比，耐大气腐蚀性好，而且其腐蚀过程也比较简单。

悬浮颗粒、降水等物质中的SO₂、SO₄^2-是镍在大气腐蚀中的重要因素。因此在发达国家中，镍的大气腐蚀已在减轻；而在发展中国家，随着煤用量的增加，空气中含硫量增高，镍的大气腐蚀将会增加。