纳米材料的腐蚀与防护
第一篇：纳米材料的腐蚀与防护
材料腐蚀与防护
航空材料的腐蚀与防护
姓 名：王 俊 专 业：材料物理 学号：1320122111
航空材料的腐蚀与防护
摘要：材料腐蚀的概念和研究材料腐蚀的重要性，航空材料的分类和演变，航空材料腐蚀防护技术的历史和现状特点，航空材料腐蚀现象及其机理，腐蚀对航空材料的影响，解决航空材料腐蚀问题及其防护与治理。
关键词：航空材，腐蚀，防护。 前言
金属和它所在的环境介质之间发生化学、电化学或物理作用，引起金属的变质和破坏，称为金属腐蚀。随着非金属材料的发展，其失效现象也越来越引起人们的重视。因此腐蚀科学家们主张把腐蚀的定义扩展到所有材料，定义为：腐蚀是材料由于环境的作用而引起的破坏和变质。
腐蚀现象在人们在社会生产及使用到的各种材料中都普遍存在，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。因此开展航空产品的腐蚀与防护的研究具有明显的经济和社会效益。
1.航空材料的历史与发展
1.1航空材料的概论
航空材料是航空工业主要基础，航空材料与航空技术的关系极为密切，航空航天材料在航空产品发展中具有极其重要的地位和作用.航空材料既是研制生产航空产品的物质保障，又是推动航空产品更新换代的技术基础。 1.2.航空材料的分类 航空材料有不同的分类方式。 按成份可分为四大类:
1)金属材料:铝合金、镁合金、钛合金、钢、高温合金、粉末冶金合金等。
2)无机非金属材料:玻璃、陶瓷等。
3)高分子材料:透明材料、胶粘剂、橡胶及密封剂、涂料、工程塑料等。
4)先进复合材料:聚合物基复合材料、金属基复合材料、无机非金属基复合材料、碳 /碳复合材料等。
按使用功能可分为两大类:结构材料和功能材料。 1.3航空材料的演变
早期飞机的结构以木材、蒙布、金属丝绑扎而成，后来又发展为木材与金属的混合结构。到了二十世纪三十年代，随着铝合金材料的发展，全金属承力蒙皮逐渐成为普遍的结构形式。二十世纪
三、四十年代，镁合金开始进入航空结构材料的行列。
四、五十年代，不锈钢 成为航空结构材料。到五十年代中期开始出现钛合金，嗣后并被用于飞机的高温部位。二十世纪六十年代，开发出树脂基先进复合材料，后来在树脂基复合材料的基础上又出现了金属基复合材料。 现代飞机大量采用新型材料。 2.航空材料的不同腐蚀
航空器包括很多不同种类的航空材料，这些材料的种类不同，所处工作环境不同，导致航空材料的腐蚀具有多样性。
2.1环境作用下的电化学腐蚀
电化学腐蚀是一种非常普遍的现象，很多材料物品都会受到其影响。而电位差与电解质溶液就是形成电化学腐蚀的两个基本条件。在飞行器结构中，不同的结构由于承担的功能不同，所使用材料的性质也不同。例如，飞行器的蒙皮多采用具有出色延展性而强度相对较低的铝合金，起落架和龙骨梁则多选用高强度的合金钢。材料不同，它们的电极，如果接触就有可能产生腐蚀的隐患;就算是同种类的材料，由于其内部杂质的存在或其自身就是由不同电极电位多相组成。因此, 构成飞行器的航空材料客观上都存有电化学腐蚀的可能。仅有电极电位差，而没有在电极间传递电荷的电解质溶液, 并不会形成导致腐蚀现象的腐蚀电池，但现实中飞行器的电化学腐蚀现象说明电解质溶液在飞行器中普遍存在。
2.2 承力结构应力腐蚀
材料除受环境作用外还受各种应力作用，因此会导致较单一因素下更严重的腐蚀破坏形式。应力腐蚀是应力和腐蚀环境共同作用下的材料破坏形式。应力腐蚀仅发生在特定的腐蚀环境和材料体系中，其特点是造成此种破坏的静应力远低于材料的屈服强度，断裂形式为没有塑性变形的脆断，且主要由拉应力造成。
以起落架的应力腐蚀为例，飞行器的起落架结构为飞行器的主要受力结构之一，当飞行器处于停放状态时，起落架的轮轴受拉应力作用，可能在相应的腐蚀介质作用下发生应力腐蚀。起落架材质一般为镀铬的高强钢，铬镀层强度高、耐磨但镀层较脆，容易在飞行器起降的交变载荷作用下沿缺陷剥落而失效。
2.3 发动机的高温腐蚀
发动机的主要腐蚀表现形式是高温氧化腐蚀。推力大、效率高、油耗低、寿命长是航空发动机发展趋势。只有对涡轮进口燃气温度进行提升，才能供给出需 要的增压比与流量比，实现提升推力的同时降低油耗。所以发动机涡轮叶片的抗高温腐蚀性能极其关键。对此主要可采取以下几种方法:保障性能前提之下，提高叶片材料本身的熔点及高温抗氧化能力;使用与基体材料亲和力更好、高温性 能更好的抗氧化保护涂层。
2.4 意外腐蚀
飞行器服役中还存在意外腐蚀。这种腐蚀与飞行器的设计、选材及运行环境无关，完全是由人为不当操作造成。比如机上承载强腐蚀性物质，发生泄漏而造成飞行器发生腐蚀。通过编制详细的操作流程与有关部门加强监督管理，并制定相应的强制性规定规范，并由专人进行负责落实便可完全避免人为因素而造成的腐蚀现象。
3.腐蚀机理和测试技术研究
高强度航空材料在力学-环境因素的交互作用下可能会发生应力腐蚀而导致灾难性的事故。因此开展应力腐蚀的测试和研究是腐蚀和防护的一项重要内容。目前已经发展了一些应力腐蚀敏感性的测试标准。这些试验标准在研究新研材料和引进飞机材料的应力腐蚀性能方面发挥了重要作用。另外也有人设计了一些非标准的应力腐蚀试验来模拟试件的服役条件，试验的结果与实际情况符合的较好。由于实际的应力腐蚀往往发生在大气环境中,所以设计了一种便携式拉伸应力腐蚀试验器,用于开展户外大气应力腐蚀的研究。
飞机结构往往由多种材料构成,在一定条件下不同材料的相互接触会导致接触腐蚀和电偶腐蚀。研究者对钢与铝合金和钛合金接触时的电偶腐蚀和防护方法进行研究,得到了很多对实际工程有指导价值的结论。 随着复合材料在航空产品上得到应用,复合材料和金属材料接触时所引起的相容性问题开始得到人们的重视,并提出了一些防护措施。现役飞机铝合金构件的主要腐蚀形式是点腐蚀，点蚀形成的蚀坑通常是腐蚀疲劳的裂纹的裂纹源，航空材料的腐蚀疲劳损伤往往是在腐蚀点上的裂纹生成和扩展导致的。点蚀形成现在比较公认的是蚀点内部发生的自催化过程。铝合金材料点蚀形成是一种自发催化闭塞电池作用的结果，蚀点不断向金属深处腐蚀，并使在钝化过程受到抑制，由于闭塞电池的腐蚀电流使周围得到了阴极保护，因而抑制了蚀点周围的全面腐蚀，但是加速了点蚀的迅速发展。随着腐蚀时间的延长，点蚀的深度和表面半径都在不断的增大，相邻的蚀点会相互交错形成更大更深的蚀点。
4.表面强化和防护
4.1 航空发动机高温防护涂层
航空发动机所用的高温防护涂层一般可分成扩散涂层和包覆涂层。目前我国已经发展出多种发动机部件所使用的镍镉扩散涂层、渗Al，Al+Si料浆涂层、Pt-Al涂层、包覆型M、Cr、Al、X涂层、热障涂层、抗氧化防脆化涂层、封严涂层等,部分涂层进入批量生产阶段。MC r A IY 涂层是一种包覆性涂层,它克服了传统铝化物涂层与基体之间互相制约的弱点，进一步提高了发动机材料的抗氧化的能力。随着航空燃气轮机向高流量比、高推重比、高进口温度的方向发展,燃烧室中的燃气温度和压力不断提高,我国开展了热障涂层(thermal barrier coatings,简称TBC s)的研究。热障涂层是由陶瓷隔热面层和金属粘结底层组成的涂层系统。ZrO2 是目前陶瓷隔热面层中研究最多的成分。热循环试验证明柱状晶组织较普通的纤维状组织具有更高的抗热疲劳性能另外我国还开展了纳米陶瓷热障涂层的研究。 4.2表面强化
表面强化工艺技术涉及到各种金属材料(钢、铝合金、钛合金、高温合金、 金属基复合材料等)，对于不同的晶体结构(面心立方、体心立方、密排六方)有多种不同的强化方法和工艺参教;同时根据航空高强度构件外形的几何形状不同，选择不同工艺参教和前后顺序的搭配方式。但是，所有强化工艺处理后材料都会因为塑性变形引起表层组织结构、残余应力和硬度的梯度以及表面形貌等发生变化，起到降低外加拉应力和应力集中系数的作用，从而对耐磨性和疲劳性能 产生影响。电子束表面处理是利用高能量密度的电子束对材料表面进行加工，是不同于机械加工的一种新型加工方法悄。
12I，其中电子束物理气相沉积以及电子束表面处理等在工业上的应用最为广泛。电子束加工方法起源于德国，经过几十年的 发展，目前全世界已有几千台设备在核工业、航空航天工业、精密加工业及重型 机械等工业部门应用，现已完全被工业部门所接受。电子束表面改性技术是20世纪70年代才发展起来的新技术。电子束表面改性处理包括金属材料的表面淬 火、 表面合金化、 表面清洗及熔覆、 薄极退火，以及半导体材料的退火和掺杂等。目前，电子束表面非晶态处理及冲击淬火等先进处理工艺的研究也已经在世界各国广泛展开。 激光冲击强化(Laser Shock Pening，LSP)技术是一种利用激光冲击波对材料表面进行改性，提高材料的抗疲劳、磨损和应力腐蚀等性能的技术。目前激光冲击技术在工程中应用最广泛的领域是合金材料的表面强化，与滚压、喷丸、冷挤压等材料表面强化处理的方法相比，激光冲击强化处理具有非接触，无热影响区和强化效果显著等突出的优点。其原理是当短脉冲(十几纳秒)的高峰值功率密度(大于109W/cm2)的激光辐射金属靶材时，金属表面吸收层吸收激光能量发生爆炸性汽化蒸发，产生高温(大于10000K)、高压(大于1GPa)的等离子体，该等离子体受到约束层约束时产生高强度压力冲击波，作用于金属表面并向内部传播。材料表层就产生应变硬化，残留很大的压应力。激光束经过凸透镜聚焦后，功率密度可以达到1～50 GW/cm2，接着大部分激光能量将被涂层吸收，能量转化成冲击波的形式，透明物质水即所谓限制层，它将基体和基体表面的涂层包覆起来。
5.航空材料的腐蚀与防护的意义
我国的腐蚀和防护研究为我国航空工业的发展做出了应有的贡献,在腐蚀机理和测试、航空发动机高温防护涂层以及表面处理和防护技术等方面都取得了不小成绩。
参考文献
[ 1]《航空材料与腐蚀防护》--------------讲义中国民航大学理学院材料化学教研室------------苏景新
[ 2]《我国航空材料的腐蚀与防护现状与展望》----------蔡健平，陆峰，吴小梅. [3]《航空材料腐蚀疲劳研究进展.腐蚀与防护》-------耿德平，宋庆功。[4] 《TA 15钛合金与铝合金接触腐蚀与防护研究》-------------张晓云，孙志华，汤智慧等 [5]《航空材料的腐蚀问题与防治对策》------------------------------崔坤林. [6]《民机结构外露关键部位涂层加速腐蚀环境谱研究》--------杨洪源，刘文。
[7]《材料腐蚀与防护》-------------冶金工业出版社------------孙秋霞主编。
第二篇：《材料腐蚀与防护》思考题
《材料腐蚀与防护》思考题 第一章绪论
何谓腐蚀?为何提出几种不同的腐蚀定义?
表示均匀腐蚀速度的方法有哪些?它们之间有何联系?
镁在海水中的腐蚀速度为1.45g/m2.d, 问每年腐蚀多厚?若铅以这个速度腐蚀，其深(mm/a)多大?
已知铁在介质中的腐蚀电流密度为0.1mA/cm2，求其腐蚀速度失和深。问铁在此介质中是否耐蚀?
第二章电化学腐蚀热力学
如何根据热力学数据判断金属腐蚀的倾向?如何使用电极电势判断金属腐蚀的倾向? 何谓电势-pH图?举例说明它在腐蚀研究中的用途及其局限性。 何谓腐蚀电池?有哪些类型?举例说明可能引起的腐蚀种类。 金属化学腐蚀与电化学腐蚀的基本区别是什么?
a)计算Zn在0.3mol/LZnSO4溶液中的电解电势(相对于SHE)。 b) 将你的答案换成相对于SCE的电势值。
当银浸在pH=9的充空气的KCN溶液中，CN-的活度为1.0和Ag(CN)2-的活度为0.001时，银是否会发生析氢腐蚀?
Zn浸在CuCl2溶液中将发生什么反应?当Zn2+/Cu2+的活度比是多少时此反应将停止? 第三章电化学腐蚀反应动力学
从腐蚀电池出发，分析影响电化学腐蚀速度的主要因素。 在活化极化控制下决定腐蚀速度的主要因素是什么? 浓差极化控制下决定腐蚀速度的主要因素是什么?
混合电位理论的基本假说是什么?它在哪方面补充、取代或发展了经典微电池腐蚀理论? 何谓腐蚀极化图?举例说明其应用。
试用腐蚀极化图说明电化学腐蚀的几种控制因素以及控制程度的计算方法。 何谓腐蚀电势?试用混合电位理论说明氧化剂对腐蚀电位和腐蚀速度的影响。
铁电极在pH=4.0的电解液中以0.001A/cm2的电流密度阴极化到电势-0.916V(相对1mol/L甘汞电极)时的氢过电势是多少?
Cu2+离子从0.2mol/LCuSO4溶液中沉积到Cu电极上的电势为-0.180V(相对1mol/L甘汞电极)，计算该电极的极化值。该电极发生的是阴极极化还是阳极极化?
碳钢在pH=2的除去空气的溶液中，腐蚀电势为-0.64V(相对饱和Cu-CuSO4电极)。对于同样的钢的氢过电势(单位为V)遵循下列关系：(=0.7+0.1lg，式中单位为A/cm2。假定所有的钢表面近似的作为阴极，计算腐蚀速度(以mm/a为单位)。 第四章析氢腐蚀与吸氧腐蚀
在稀酸中工业锌为什么比纯锌腐蚀速度快?酸中若含有Pb2+离子为什么会降低锌的腐蚀速度?
说明影响析氢腐蚀的主要因素及防止方法，并解释其理由。 影响吸氧腐蚀的主要因素是什么?为什么?
假定所有的Zn表面起阴极作用，Tafel斜率为±0.10V，Zn和H2在Zn上的交换电流密度分别为0.1和10-4A/m2，求Zn在1mol/L盐酸中的腐蚀电势和腐蚀速度(以mm/a为单位)。 计算纯铜与含质量分数为30%锌的铜合金在非含氧酸中的腐蚀速度比。 第五章金属的钝化 画出金属的阳极钝化曲线，并说明该曲线上各特性区和特性点的物理意义。 衡量金属钝化性能好坏的电化学参数是什么? 何谓过钝化现象?过钝化对金属的腐蚀有何影响? 4 金属自钝化必须满足的两个条件是什么?
5 试用成相膜理论、吸附膜理论解释金属的钝化现象，并比较两种理论的不同之处。 第六章局部腐蚀
点蚀产生的条件和诱发因素是什么? 简要阐述点蚀机理及防止措施。
铁铬合金在质量分数为3.5%NaCl水溶液中遭受点蚀时，其蚀孔为什么会成为较深的坑? 从电化学保护的观点论述铁基体上多层镍铬镀层体系的耐蚀性。 什么是电偶腐蚀?用混合电势理论阐述其基本原理。 铁板上装铜铆钉浸入海水，铁的腐蚀为何增加不多? 白铁(铁上镀锌)制成的容器为什么不宜用来盛沸水?
何谓晶间腐蚀、石墨化腐蚀、选择性腐蚀?这些腐蚀各有何特点? 哪些金属材料易产生选择性腐蚀?阐述黄铜脱锌的机理和防止办法。
根据贫Cr理论指出合金元素Cr、Ni、C、Ti、Nb等对奥氏体不锈钢抗晶间腐蚀的作用及它们之间的相互关系。
暴露于海水的18-8不锈钢中的一个蚀坑以每年0.5cm的深度增长，这个速度相当于蚀坑底部流过多大的平均电流密度?
5个铁铆钉，每个的总暴露面积为3.2cm2，插入暴露面积为7430cm2的铜板中，此板浸入一充空气的搅拌着的电解液中。已知该溶液中未铆接时铁以0.165mm/a的速度腐蚀。 试问铆接后铁铆钉的腐蚀速度为多大(以mm/a计)?
若同样尺寸的5个铜铆钉插入同样尺寸的铁板，问铁板的腐蚀速度多大? 第七章应力作用下的腐蚀
比较应力腐蚀断裂、氢损伤和腐蚀疲劳在产生条件上各有何特点? 应力腐蚀断裂有何特征?防止应力腐蚀断裂的主要措施有哪些? 金属中的氢是怎么来的?在金属中以什么形式存在? 何谓疲劳腐蚀，试述疲劳腐蚀机理 第八章金属在自然环境中的腐蚀与防护 为什么说大气腐蚀属于电化学腐蚀的范畴?
影响大气腐蚀的主要因素有哪些?SO2和固体尘粒为什么会加速大气腐蚀? 在大气中长期暴露的钢材，其腐蚀速度逐渐变慢，请叙述其变慢的原因。 海水腐蚀的主要特点是什么?与海水的组成和性质有何关系? 阐述土壤腐蚀的特点及其电极过程控制因素。
土壤中细菌和杂散电流为什么会引起土壤中金属的腐蚀?如何控制这两种腐蚀? 金属构件埋设在粘土处比埋设在沙土处的腐蚀速度为什么严重些? 第九章高温腐蚀
如何判断高温下氧化膜的稳定性?
决定金属氧化膜的完整性的条件是什么?金属氧化膜的保护性取决于哪些重要因素? 金属氧化膜生长的动力学有哪几种主要规律?每种氧化的控制过程是什么?
试用Wagner氧化膜生长模型推导金属高温氧化的抛物线动力学规律，并用导出结果对氧化过程进行分析，指出该理论的指导意义。 提高合金抗氧化性能的途径有那些?
纯镍在1000℃氧气氛中遵循抛物线氧化规律，常数K=39×10-12cm2/s,如这种关系不受氧化膜厚度的影响，试计算使悬挂在此气氛中0.1cm厚镍板全部氧化所需要多少年? 第十章金属材料的耐蚀性
1.利用合金化提高金属耐蚀性的途径有哪些? 2.简述金属耐蚀合金化机理。
3.试比较铁在氧化性酸和非氧化性酸中的腐蚀规律。
4.耐候钢的主要合金成分是什么?其耐大气腐蚀的主要原因是什么? 5.不锈钢的主要腐蚀类型有哪些?简述其腐蚀原理。
6.黄铜的主要腐蚀形态是什么?说明腐蚀原因、机理和预防方法。
第三篇：家用燃气灶的腐蚀与防护
摘 要：随着嵌入式家用燃气灶的兴起及嵌入式家用燃气灶在使用中因腐蚀所带来的使用性、维修性、安全性等一系列问题，家用燃气灶的“腐蚀与防腐蚀”越来越受到人们的重视。本文从家用燃气具的主要腐蚀问题、腐蚀原因分析入手，提出减少家用燃气灶腐蚀的五条主要措施及两点建议。其措施为：(1)改善设计，提高燃气灶的保洁功能;(2)正确选择灶具材料及其相应的防腐保护层;(3)铝合金件要进行防护处理;(4)加强涂层、镀层等的工艺、质量控制;(5)加强使用过程中的维护保养。其建议为：(1)以不锈钢面板替代采用涂料作防护层的碳钢材料面板;(2)应重视非金属材料面板的研究及应用。本文对解决家用燃气灶腐蚀问题有一定的参考作用。
关键词： 燃气灶 腐蚀 防护
前 言
金属材料的腐蚀问题在我们日常生活中随处可见，钢铁“生锈”就是一种最为普遍的金属材料腐蚀现象。
家用燃气灶的腐蚀并不是一个新鲜问题，它伴随着家用燃气具的发展一直存在着。随着嵌入式家用燃气灶的兴起及嵌入式家用燃气灶在使用中因腐蚀所带来的使用性、维修性、安全性等一系列问题，家用燃气灶的“腐蚀与防护”越来越受到人们的重视。尤其是家用燃气具的生产厂家，更应尽早采取措施，从设计入手，解决已出现或可能出现的腐蚀问题。
本文将从家用燃气具的主要腐蚀问题、腐蚀原因分析入手，提出减少家用燃气灶腐蚀的主要措施及相关建议。希望能对解决家用燃气灶的腐蚀问题提供一点参考作用。
一、 家用燃气灶的主要腐蚀问题
1. 不锈钢材料腐蚀 采用不锈钢材料作面板、壳体、聚热圈、反射罩、火盖、炉头(燃烧器主体)等的燃气灶，可能会在不锈钢材料表面出现腐蚀。腐蚀多呈锈斑状，除去锈斑，可以在材料表面发现明显的腐蚀坑。锈斑一般出现在油污等赃物的残留处，以面板、承液盘及其附近出现锈斑更为突出。
在高温区工作的不锈钢材料，其腐蚀处表面多呈灰褐色，不锈钢材料失去光泽;因高温所造成的腐蚀，腐蚀坑细、密、浅，并连成片状，有的则可能出现浅表锈斑。
2. 碳钢材料腐蚀
采用碳钢材料制成的灶具面板、壳体、锅架、聚热圈、炉头(燃烧器主体)、进气管等，其表面一般都有涂层(不粘油涂层、漆层、喷塑层、搪瓷层等)、镀层(锌层、铬层等)。腐蚀多出现在涂层、镀层损坏处，也有从涂层下面的金属材料表面先产生腐蚀，然后导致涂层脱落损坏。腐蚀处表面均呈铁锈色，一旦出现腐蚀，腐蚀会较快发展，然后连成片状。碳钢材料的腐蚀，其腐蚀坑一般较深、较大。灶具面板、承液盘及其附近以及灶具的各棱角处，由于接触腐蚀介质较多，或容易擦、划、碰伤，因此，更容易产生腐蚀。尤其是锅架或承液盘放置处、炉头周围的灶具面板上腐蚀问题更为突出。
表面搪瓷或镀铬的锅架、聚热圈等，首先在搪瓷层或镀层损坏处产生腐蚀。接触高温燃气的锅爪等，由于高温燃气的烧蚀作用，其表面的搪瓷层或镀层更容易损坏，因此，腐蚀更为突出。
3. 铸铁件、铝合金件腐蚀
燃气灶通常采用铸铁材料或铝合金材料制作炉头(燃烧器主体)，采用铝合金材料制作燃气阀阀体、燃气输送管等。
腐蚀主要集中在用铸铁材料制作的炉头及用铸造铝合金材料制作的炉头(含相关零组件)等上。
不论是铸铁炉头还是铝合金炉头，腐蚀多产生在炉头与火盖的结合部位、炉头组件相互间的连接部位、使用过程中容易接触液体及其它赃物且不容易清洁的部位、炉头的外部转角、棱角处等。 腐蚀可能造成火盖与炉头间、不同炉头组件间相互粘接，以致难于分解;对于有螺钉定位、连接的炉头来讲，还会因腐蚀问题造成螺钉拧下困难或无法拧下，这一问题在嵌入式燃气灶上尤为突出。
铸铁炉头的腐蚀从涂层、镀层损坏处开始，台式燃气灶炉头腐蚀比嵌入式燃气灶炉头腐蚀更为严重。腐蚀重者，炉头外表布满锈斑。
铝合金炉头主要用于嵌入式燃气灶。铝合金炉头腐蚀部位，一般有明显的腐蚀坑。
曾发现位于嵌入式燃气灶底壳内的铝合金炉头部件及其他铝合金件产生腐蚀，腐蚀部位长出成片的“白毛”，连接件间难于正常分解;刮掉“白毛”，可以看到明显的腐蚀坑。
在台式燃气灶上，也曾发现铝合金燃气阀阀体长“白毛”的腐蚀现象。
4. 铜合金材料腐蚀
家用燃气灶上所使用的铜合金材料，主要用于制作火盖、火盖装饰座、燃气喷嘴，燃气阀阀体、燃气输送管等，也有用于制作炉头(燃烧器主体)的。铜合金材料的腐蚀主要集中在火盖、火盖装饰座上。经过抛光处理后的火盖、火盖装饰座，放置一段时间后，有的抛光表面光泽会变暗;还有的表面会产生斑痕;经过使用后的火盖、火盖装饰座，表面会完全失去光泽，甚至出现细小的腐蚀点等。
5. 燃气阀腐蚀
由于嵌入式燃气灶燃气阀腐蚀问题越来越突出，本文特将燃气阀腐蚀问题单独列出。
燃气阀腐蚀发生在燃气阀的顶部，主要集中在阀杆与阀体配合处及其周围，与此部位相邻的碳钢件、铝合金件等都可能产生腐蚀，腐蚀处可以看到明显的锈斑或腐蚀产物堆积，严重时阀芯不能正常转动，甚至“卡死”。
燃气阀腐蚀，不仅影响灶具正常使用，而且可能带来安全隐患。
二、 家用燃气灶腐蚀原因分析
1. 不锈钢材料腐蚀的主要原因
灶具上的不锈钢面板、侧板等是否会产生腐蚀，关键取决于不锈钢材料的抗腐蚀性能，其次是腐蚀介质。
燃气灶上所使用的不锈钢材料，按材料的金相组织结构分主要有三大类：一类是铁素体不锈钢，典型的有1Cr17，对应国外材料牌号，通常称为“430”(日本材料牌号为SUS430);另一类是马氏体不锈钢，典型的有1Cr
13、2Cr13，对应国外材料牌号，通常称为“410”、“420”(日本材料牌号为SUS410，SUS420);还有一类是奥氏体不锈钢，典型的有0Cr19Ni
9、1Cr18Ni
9、1Cr17Ni
7、0Cr17Mn6Ni5N、1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni
9、0Cr18Ni9Ti等，对应国外材料牌号，通常称为“304”、“301”、“301”、“202”、“201”(日本材料牌号为SUS30
4、SUS30
2、SUS30
1、SUS20
2、SUS201)等。由于铁素体、马氏体不锈钢具有磁性，因此，被人们俗称为不锈铁。
不锈钢材料抗腐蚀的关键在于材料中铬元素的含量，镍、铌、钛等元素的含量对不锈钢的抗腐蚀性能也有重要影响。
奥氏体不锈钢的抗腐蚀性能远远优于铁素体不锈钢及马氏体不锈钢。采用铁素体或马氏体不锈钢材料的灶具容易产生腐蚀;采用奥氏体不锈钢材料的灶具不容易产生腐蚀。
不锈钢“不锈”是有条件的，在含氯离子介质的作用下(如食盐等，食盐又称氯化钠，富含氯离子)，会加速不锈钢的腐蚀;随着腐蚀介质温度的升高，不锈钢的腐蚀会加剧。
烹饪过程中，含有盐份等腐蚀介质的汤、水、菜、油等附着在灶具面板或侧板上，由于不及时擦洗，时间长了，就可能出现腐蚀，铁素体、马氏体不锈钢腐蚀是肯定无疑的;奥氏体不锈钢的腐蚀相对较轻，且不明显，但是，如果腐蚀产物较多，加上温度的影响(例如，面板在靠近炉头周围，温度就高于其他部位;温度增高会加速腐蚀的程度)，也可能会产生明显的腐蚀。
含有钛元素的奥氏体不锈钢的含腐蚀性能优于不含钛元素的奥氏体不锈钢，其原因是钛元素有减缓不锈钢材料腐蚀(晶界腐蚀)的作用。
抗腐蚀性能较好的奥氏体不锈钢，存在高温敏化区，在550℃左右温度下，会析出高铬碳化物，形成贫铬区，在潮湿环境中，也会象普通碳钢一样出现“铁锈”。
经常在较高温度下使用的不锈钢材料，如灶具的聚热圈、热反射罩、火盖等，表面会失去光泽，也会象普通碳钢一样 “生锈”。
由于灶具面板、灶具承液盘及其附近容易被溅上油、汤、水等腐蚀介质，因此，这些部位出现腐蚀的程度要比灶具其他部位更为严重。
对于经常保持灶面清洁的用户来讲，不锈钢材料腐蚀问题可能不会太明显，但对于不太讲究灶面清洁的用户来讲，不锈钢材料腐蚀问题可能就会突出。
2. 碳钢材料腐蚀的主要原因
采用碳钢材料制作的灶具零组件，多集中在灶具壳体、面板、底壳、锅架、承液盘、燃烧器壳体及其他小零件上。
嵌入式燃气灶及台式燃气灶的面板，一般都是采用不粘油涂层、油漆涂层或搪瓷层进行保护;台式燃气灶的侧板，多采用不粘油涂层、油漆涂层或塑胶涂层进行保护;嵌入式燃气灶的底壳，一般都是采用油漆涂层或塑胶涂层进行保护。承液盘、燃烧器壳体等，多是采用搪瓷涂层保护。锅架多采用搪瓷层或镀铬层进行保护，也有厂家采用高温漆层的。小零件则多是采用镀层进行防护。
用碳钢材料制作的灶具零组件，其腐蚀的主要原因：
(1)涂层或镀层质量不合格，涂层或镀层损坏。
涂层质量不合格，关键在壳体喷涂过程中的质量控制。碳钢材料在喷涂前，为增加材料与涂层的结合力及增强材料的抗腐蚀性能，一般都要进行磷化处理，处理后的零件，要烘干，要保持清洁，不得有锈蚀、油污、汗斑等赃物存在，为防止零件在喷涂前因环境影响造成表面形成水膜而影响质量，一般对喷涂环境都有相对湿度的要求，并要求磷化后的零件在规定时间内(一般不超过8小时)喷涂完。
待喷涂零件的表面处理是涂层附着力是否牢固关键。
作者几年前曾在广东某喷涂厂亲眼目睹这样的情景：灶具的面板等零件，磷化处理后，表面并无磷化处理所形成的结晶层;零件经冲洗后，竟直接放在露天的地上，让太阳晒干;工人直接用手拿零件……这样的工艺，其喷涂质量可想而知了。
在灶具面板的内转角处，如出现涂层脱落，底层还有锈蚀，多是由于磷化后清洗不净所残留的腐蚀物所致，这种情况一般在喷涂后一个月左右就能发现，有的时间更短。
经过磷化处理的零件表面如存在锈斑、油垢、汗斑等，会导致该部位涂层因结合不牢而脱落。
还有，有的零件喷涂后存放一个月左右时间，在非转角部位也会产生锈蚀，尤其在零件的边沿部位，这多是由于磷化处理不当或涂层底层处理不当所致，当然，也会因为喷涂不当所致。
如出现大面积涂层脱落，一定是喷涂过程中(含喷涂前处理)存在问题所致。
喷涂后的零件或产品在生产、运输过程中，因操作不当，也会造成涂层损坏。
除搪瓷涂层具有优良的抗磨性外，不粘油涂层、油漆涂层的抗磨性都较差。使用过程中，灶具首先在涂层容易产生碰撞、摩擦的部位产生损坏，从而导致腐蚀，如锅架放置处、承液盘放置处、经常擦洗部位、棱角部位等;如使用中清洁灶具方法不当，采用金属丝等擦洗灶具，则会使涂层损坏。
镀层质量不合格主要是镀前处理不当或工艺参数选择不当、操作不当所致，导致镀层出现气泡、针眼、起层、剥落、镀层不均等缺陷，使镀层的防护效果降低。
涂层或镀层质量不合格，涂层或镀层损坏，在汤、水、菜、油等腐蚀介质及潮湿气氛的作用下，首先从涂层或镀层质量不合格处、损坏处产生腐蚀。
(2)设计不合理
a、防护层选择不当，不能充分起到防护作用。
采用不粘油涂料、油漆涂料作为燃气灶碳钢材料面板、壳体的防护层，实践证明，是欠妥的。这些涂层的耐久性、抗磨性都不能满足灶具使用要求，导致材料腐蚀现象十分突出，许多用户灶具使用不到三年，面板或壳体已严重腐蚀，导致灶具不能使用。这不仅对消费者是不利的，而且对资源也是一种浪费。
采用漆层作为锅架的保护层，不论从保护效果还是从对消费者负责的角度看，都是极不妥当的。
b、灶具结构设计不合理，致使汤、水、油垢等腐蚀介质通过燃烧器及灶具面板上的孔隙处进入灶具内腔，造成相关零组件腐蚀，此问题在嵌入式燃气灶上尤为突出。
3. 铸铁材料、铝合金材料腐蚀的主要原因
燃气灶炉头是灶具上工作环境最差的部件之一。
燃气灶在使用中，会有汤、水等液体及油垢等赃物落在炉头上形成腐蚀介质，炉头表面保护层损坏，使炉头在腐蚀介质的作用下产生腐蚀;炉头的高温，加速了炉头的腐蚀。
炉头腐蚀主要集中在铸铁炉头及采用压铸方法成型的铝合金炉头上，铸铁炉头的腐蚀更比铝合金炉头突出。
造成铸铁材料、铝合金材料腐蚀的主要原因是：
(1)设计不合理，加速材料腐蚀
设计不合理表现在下列几个方面：
a、嵌入式燃气灶设计不合理，致使汤、水等腐蚀介质通过燃烧器处、面板上的孔隙处等流入灶具内腔，从而使内腔的铸铁炉头或铝合金炉头部件在汤、水及潮湿气氛的作用下出现腐蚀。
b、炉头表面未采取防护措施。设计人员缺少铝合金腐蚀与防护方面的知识，误认为铝合金压铸件不会产生腐蚀，因此未采取相应的防护措施。
由于设计不合理，加速了燃气灶铸铁材料、铝合金材料的腐蚀。
(2) 铸铁炉头表面防护层选择不当，防护层质量不合格或防护层损坏
铸铁炉头一般采用镀铬、喷锌、喷涂(或浸涂)漆层进行表面防护。镀层或涂层质量不合格，镀层或涂层损坏，即可造成炉头腐蚀。
七、八年前，铸铁炉头主要采用镀铬层进行防护，后来又采用热喷涂锌层进行防护，近几年，出于装饰等的需要，采用喷涂(或浸涂)漆层进行防护。
这三种保护层，从防护及使用的角度看，应以镀铬层为佳。
镀铬层具有表面硬度高、抗磨的特点，但由于铬层空隙率较高，如果不在镀铬前先镀铜(镀铜层组织致密，空隙率低)，镀铬层的防腐效果就会大受影响。镀铬工艺选择不当或质量控制不当，铬层会出现针眼、气孔、起层、剥落等现象，镀铬层的防腐效果会大受影响。 锌层虽然组织致密，但由于较软，极易因为碰撞造成锌层损坏导致腐蚀。另外，经“打砂”处理过的炉头不及时喷锌，或经“打砂”处理过的炉头表面还残留氧化物、油污、汗斑等，热喷涂过程中喷涂工艺参数(预热温度、预热时间、喷涂温度、喷涂速度、喷涂距离等)选择不当，喷锌层容易产生气孔、起层、剥落等现象。
漆层的抗腐蚀性能主要取决于漆料的选择。现在炉头上所用的油漆，多为高温漆，耐温150~500℃不等。由于油漆选择不当，有的炉头在室温下放置一个月就产生锈蚀。另外，漆层不抗磨，也容易因为碰撞等造成涂层损坏。还有，漆层存在老化问题，炉头的使用环境(温度高，腐蚀介质多)会进一步加速了漆层的老化，使炉头腐蚀更为突出。当然，炉头在喷漆或电泳涂漆的施工中，底层处理不当及工艺参数选择不当，也会加速漆层的脱落、损坏。
表面搪瓷的炉头，腐蚀往往是从搪瓷层损坏处或缺陷处开始。
由于炉头表面防护层选择不当，防护层质量不合格或防护层损坏，导致炉头在腐蚀介质的作用下产生腐蚀。
(3)铝合金材料自身的缺陷及表面缺少防护处理
铝合金材料腐蚀，一般都出现在压铸成型的铝合金炉头、燃气阀阀体或其他压铸成型的铝合金件上。
出现腐蚀的铝合金件，压铸成型后一般都未进行表面防护处理。
压铸成型的铝合金件，表面存在铸造特有的微孔，有的还存在气孔、针眼等铸造缺陷，如果不进行表面防护处理，在腐蚀介质的作用下就会产生腐蚀，在潮湿环境中就可能长出“白毛”。
4. 铜合金件腐蚀的主要原因
(1)使用过程中，汤、水等液体及油垢等赃物在火盖或火盖座上形成腐蚀介质，高温工作条件加速了火盖及火盖座的腐蚀。
(2)抛光过程中抛光膏等未清洗净或抛光表面粘有汗斑等，致使火盖、火盖座抛光表面出现局部腐蚀。
(3)抛光部位未进行防护处理，致使零件在存放过程中受潮湿气氛的影响抛光面变暗。 5. 燃气阀腐蚀的主要原因
燃气阀腐蚀主要集中在嵌入式燃气灶上。其腐蚀原因，主要是设计不合理。
(1)燃气灶设计不合理
灶具在阀体杆与面板配合处有间隙，且缺少有效的密封，灶面上的液体及腐蚀介质通过灶具面板与燃气阀阀杆间的空隙处，流落到阀体上，对阀体上的碳钢件、铝合金件等产生腐蚀。
(2)燃气阀设计不合理
燃气阀顶部在阀杆与阀体配合处缺少密封措施，导致液体及腐蚀介质直接流落到阀体顶部，造成相关零件腐蚀，阀芯不能正常转动。
(3)铝合金燃气阀阀体未采取表面防护措施，导致在潮湿环境中容易产生腐蚀。
三、 减少家用燃气灶腐蚀的主要措施
1. 改善设计，提高燃气灶的保洁功能
减少家用燃气灶的腐蚀问题，设计是关键。只有从设计这个源头抓起，才能从根本上减少或避免燃气灶腐蚀问题。
目前，家用燃气灶的保洁功能普遍存在不足。汤、水及油垢等脏物容易通过燃烧器处，通过灶具面板上的空隙处进入灶具内腔，导致零组件腐蚀。嵌入式燃气灶更为突出。
改善设计，提高燃气灶的保洁功能，可从下述几个方面采取相应的措施：
(1)嵌入式燃气灶：
a、燃烧器宜采用上进风燃烧器;
b、燃烧器中心火与外圈火之间的二次空气通道，不能直接与灶具内腔相通;火盖上的火孔不宜设计在液体及脏物能够直接进入的部位;
c、灶具面板上，燃烧器炉头与面板之间的配合处及连接处、燃气阀阀杆与面板之间的配合处应高于其他部位不少于2毫米;面板上与相关零组件配合、连接处，所有孔缝隙处，均应作密封处理; d、灶具面板及燃烧器，形状、线条宜简洁，利于清洁，应尽可能避免容易造成腐蚀介质堆积的死角存在;
e、表面有涂层保护的面板，锅架底部应增加胶垫或塑料垫，减少锅架对涂层的损伤;
f、燃烧器处的连接螺钉，宜采用不锈钢螺钉;采用碳钢螺钉，表面可镀铜，防止使用中腐蚀粘结;螺钉装配时，可涂防粘结油膏。
(2)台式燃气灶
a、灶具面板、壳体及燃烧器，形状、线条宜简洁，利于清洁，应尽可能避免容易造成腐蚀介质堆积的死角存在;
b、燃烧器火盖上的火孔不宜设计在液体及脏物能够直接进入的部位;
c、表面有涂层保护的面板，锅架底部应增加胶垫或塑料垫，减少锅架对涂层的损伤。
(3)燃气阀
将嵌入式灶的燃气阀阀体顶部结构由敞开式改为封闭式，并在燃气阀杆部增加橡胶密封装置，防止液体等腐蚀介质通过阀体顶部或通过阀杆与阀体配合处之间隙，对相关零件造成腐蚀。
2. 正确选择灶具材料及其相应的防腐保护层
从材料的抗腐蚀性能及耐久性上看，燃气灶的金属材料面板宜采用奥氏体不锈钢，其次是铁素体或马氏体不锈钢。
在搪瓷涂层、不粘油涂层、油漆涂层中，搪瓷涂层的防腐蚀效果及抗磨性、耐久性均优于其他涂层，更适宜作为灶具碳钢材料面板、聚热圈、锅架、燃烧器壳体等的防护层。不足的是，搪瓷工艺对碳钢材料有选择性，否则会影响搪瓷质量;还有，搪瓷工艺对零件的配合尺寸难于控制，对尺寸较严要求的零件，不宜采用搪瓷工艺。
对于燃气灶铸铁炉头的防护层，不论是防护效果还是耐久性、抗磨性，铬层均优于锌层、漆层。由于镀铬层尺寸容易控制，因此，它比搪瓷涂层更具有优势。不足的是，镀铬层颜色较单一，难以满足装饰需要，如采用镀黑铬工艺，可解决此问题，但成本会有所增加。镀铬前须先镀铜，方能使铬层的防护作用得到充分发挥。 有厂家将高温漆用于锅架的装饰及防护，这不仅对消费者是不负责的，对生产厂家自身也是不负责的。
对于火盖及火盖装饰座的抛光表面，可以采用喷涂高温清漆或镀铬的方法，缓解或避免其腐蚀。
3. 铝合金件要进行防护处理
燃气灶上的铝合金件应进行表面防护处理，以提高铝合金件的抗腐蚀能力。
可通过采取下述措施，提高铝合金件的抗腐蚀能力：
(1)铝合金件表面进行喷丸处理
铝合金压铸件，不仅晶粒较粗大，而且还存在一定的孔隙，这些对于其抗腐蚀能力都是不利的。对铝合金件进行喷丸处理，不仅可以去除压铸后其表面残留的腐蚀介质，而且可以使喷丸部位材料表面晶粒细化、孔隙消除，从而增强铝合金件的抗腐蚀能力。
铝合金件喷丸宜选用玻璃丸，丸粒直径φ0.16～0.3毫米为宜。
喷丸时要正确选择喷丸压力(指压缩空气的压力)、喷丸距离、喷丸角度、喷丸时间等，确保喷丸质量。选择水喷丸工艺时，喷丸后零件要烘干处理。
(2)阳极化处理
铝合金件经阳极化处理后，可以显著提高其在大气条件下的防腐蚀能力。
(3)表面喷漆保护
选择适应于铝合金件的漆料，对其进行喷漆处理，这样可以大大提高铝合金件的抗腐蚀能力。宜采取先喷底漆再喷面漆的方式进行防护。
(4)复合措施处理
将上述(1)、(2)条或(1)、(3)条措施复合使用，可使铝合金件的抗腐蚀能力得到更为显著的提高。
4. 加强涂层、镀层等的工艺、质量控制
不论是涂层还是镀层，涂镀前零件表面处理十分重要。因此应注意下述几点：
(1)表面进行磷化处理后的零件必须洗净其表面磷化液等，并烘干，防止残余化学物质对材料产生腐蚀，或造成涂层结合不牢。
(2)经磷化、打(喷)砂、喷丸处理的零件，表面不得有锈斑、油污、汗斑、等脏物;不得有残余氧化层。
(3)保持喷涂施工环境清洁，相对湿度不宜超过80% ;经磷化、打(喷)砂、喷丸处理后的零件，应在4~8小时内进行喷涂层处理，防止因停放时间过长，可能由于空气中的水分在零件表面形成水膜或空气中的尘埃在零件表面累积而影响喷涂质量;需要喷锌的炉头，打砂后应在2~3小时内完成喷锌。
只有加强涂(镀)层的工艺、质量控制，才能确保涂镀层对金属材料起到应有的保护作用。 对于抛光火盖、抛光火盖座，应除净其表面抛光残余物;应避免用手直接触摸火盖、火盖座抛光面。
5. 加强使用过程中的维护保养
(1)应在产品说明书中特别提出经常保持灶具清洁，及时清除灶具表面的液体、油垢等脏物的要求，提高用户对灶具进行维护保养的意识，这样做，有利于避免或减少灶具腐蚀问题的产生;
(2)采用不粘油涂层、漆层或塑胶层进行表面防护的燃气灶，使用及清洁时，应避免硬物擦、划、碰伤涂层。
四、两点建议
1. 以不锈钢面板替代采用涂料作防护层的碳钢材料面板
采用不粘油涂料及油漆作为碳钢材料面板的防护层，实践证明防护效果较差，面板腐蚀问题较突出，严重影响灶具的使用寿命。建议相关厂家以不锈钢面板替代采用不粘油涂料及油漆作为防护层的碳钢材料面板;这样做，不仅有利于消费者，而且也有利于节约钢材及相关资源，还有利于环保。
2. 应重视非金属材料面板的研究及应用
非金属材料一般具有抗腐蚀性能较好、易于清洁的优点。目前用于燃气灶面板的非金属材料主要有钢化玻璃及陶瓷这两种。
钢化玻璃面板由于屡屡产生“爆裂”，背上了不好的名声;陶瓷面板更是因为强度差经常破裂而基本淡出市场。
其实，钢化玻璃面板“爆裂”，不只是材料的问题，更重要的是燃气灶本身的设计问题。国外，玻璃面板灶的比例约占25%左右，它充分说明，玻璃面板灶是有生命力的。因此，不能因为钢化玻璃面板“爆裂”而放弃该材料在灶具上的应用。
有的生产厂家，长期生产嵌入式玻璃面板燃气灶，面板“爆裂”的仅占万分之三。
只有从设计上入手，采用上进风燃烧器，避免玻璃面板在使用中出现较大温差，在面板底部及对应承液盘处增贴防爆隔热层，增加对面板边缘部位的保护，防止面板在装配中承受较大的装配应力，才能避免因设计不当所造成的钢化玻璃面板损坏。
随着钢化玻璃面板生产质量的不断提高及燃气灶设计水平的不断提高，钢化玻璃材料面板的燃气灶会不断发展，对此，生产厂家不应放弃钢化玻璃面板燃气灶的研究与生产，应该用发展的观念、积极的姿态去面对钢化玻璃面板燃气灶的发展，去抓住相应的发展机会。
另外，生产厂家应密切注视非金属装饰材料的发展，利用现有的装饰材料及技术，发展复合材料面板(用碳钢材料与非金属材料复合制作)。
在非金属材料的应用上，“陶瓷面板”的开发是一个不成功的事例，企业应该从中吸取教训。
总之，不论是从抗腐蚀的角度，还是从保洁、装饰的角度，非金属材料面板在灶具上的应用具有十分广阔的前景。企业应该重视非金属材料面板的研究及应用，从中获取新的发展机会。
家用燃气灶的腐蚀与防护问题，应该引起我国燃气具行业的充分重视。只有采取切实可行的措施，减少或避免燃气灶腐蚀问题的产生，才能更好地促进我国燃气具行业的发展。
第四篇：《金属的电化学腐蚀与防护》教案
复习：我们已经学习了原电池和电解池的原理，请同学们判断下列装置属于哪类电池?判断装置中电极材料及哪极金属有损耗? 这属于哪类电池?判断电极材料及书写电极反应。
学生：讨论并回答问题
讲述：在实际生活、生产中要应用到原电池原理，如手机电池、汽车用的铅蓄电池等各种电池，这是造福于社会、造福于人类的有益的事，但也有不利的方面，比如这两个装置中分别是锌和铁被腐蚀，而带来危害。本节我们来探究：
板书：第四节
金属的电化学腐蚀与防护
引导：请同学们展示你们收集的有关“金属腐蚀”的资料
讲述：通过以上资料表明，因金属腐蚀而产生的危害是很大的，那什么是金属腐蚀呢? 指导：请同学们阅读教材P84从金属腐蚀到倒数第二段。 学生阅读：
学生回答：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 点鼠标：
提问：从金属元素的原子结构角度分析，金属为什么会被腐蚀? 金属失去了电子。 点鼠标：
追问：金属腐蚀分为哪能几类?
学生回答：分化学腐蚀和电化学腐蚀
讲述：通过阅读举出属于化学腐蚀和电化学腐蚀的例子? 学生回答：铁和氯气直接反应而腐蚀，钢管被原油中的含硫化合物腐蚀均为化学腐蚀。钢铁在潮湿的空气中生锈是电化学腐蚀。
设疑： 电化学腐蚀是怎样形成的?它具有哪些特征? 计论：全班分小组讨论，小组代表小结。 问题：
1、电化学腐蚀的形成条件和特征。
2、化学腐蚀和电化学腐蚀的区别和联系。 小结：填课件中表格
过渡：钢铁在潮湿的空气里所发生的腐蚀，就是电化学腐蚀的最普通的例子。在一般情况下，金属腐蚀大多是电化学腐蚀。
板书：
一、金属的电化学腐蚀
课件：展示图片：船上的铁锚浸泡在海水中，为什么铁与空气接触的位置最容易生锈呢? 课件：请看演示实验
提问：通过实验可知钢铁生锈的条件是什么? 学生回答：空气和水
讲解：在潮湿的空气中钢铁表面会形成一薄层水膜，又溶解来自大气中的CO
2、SO
2、H2S等气体，结果在钢铁表面形成了一层电解质溶液的薄膜，它跟钢铁里的铁和少量的碳恰好形成无数微小的原电池。这些微小的原电池遍布钢铁的表面，使钢铁腐蚀 课件：请观看钢铁腐蚀动画
讲解：当钢铁表面水膜的电解质溶液呈酸性， H参与反应生成氢气，发生的是析氢腐蚀;当钢铁表面水膜的电解质溶液呈弱酸性或中性，因溶有一定量的氧气，氧气参与反应而吸收，发生的是吸氧腐蚀。
板书：
1、析氢腐蚀
2、吸氧腐蚀
讲解：析这是析出的析，吸这是吸收的吸，注意区分。
分析：请同学们讨论钢铁发生的析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极材料、条件并书写电极反应式。 投影：利用表格形式归纳总结析氢腐蚀和吸氧腐蚀的相关知识 设疑：潮湿空气中钢铁易生锈，那铁锈是怎么形成的呢?
讲述：氢氧化亚铁在空气中极易被氧化，生成氢氧化铁，氢氧化铁分解生成氧化铁带N个水，则是铁锈的主要成分。
讲述：通过以上的学习我们了解了金属腐蚀的原因，那我们如何来防护金属腐蚀呢?
应采取哪些防护措施呢?请同学们结合生活中的常识分小组讨论。
小结：学生论谈。
投影总结：(1) 改善金属的内部组织结构(内因) ——制成合金(不锈钢)
(2)在金属表面覆盖保护层——电镀、油漆、钝化等
过渡：除了以上的保护方法外，能否从电化学原理的角度来分析还有哪些保护方法?请同学们阅读教材。
学生阅读
讲述：金属发生电化学腐蚀的原因是在金属表面形成了原电池，那我们也可以利用原电池原理来保护金属不被腐蚀。下面我们来学习：
板书：
二、金属的电化学防护
提问：给出图片，船身是如何防腐蚀的? 课件：展示图片并讲解
板书：
1、牺牲阳极的阴极保护法
讲解：原理：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。
讲解：负极和正极是按电势大小划分的，电化学上将发生氧化反应的电极称为阳极，发生还原反应的电极称为阴极。二者是划分标准不同，通常将些种方法称为牺牲阳极的阴极保护法。
回顾：回顾课前复习的电解池，如何利用电解池原理来保护的金属不被腐蚀呢? 板书：
2、外加电流的阴极保护法 课件：展示图片并讲解
讲解：原理：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。
小结：通过本节课的学习，我们了解了金属腐蚀的原因是发生了化学腐蚀和电化学腐蚀，主要是电化学腐蚀，电化学腐蚀又分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀，以吸氧腐蚀为主。在了解金属腐蚀原因的基础上采取了相应的保护措施，牺牲阳极的阴极保护法和外加电流的阴极保护法。
过渡：为了能很好的理解和掌握本节课所学的知识，并达到学有所用，使理论与实践相结合，我们来解决习题。
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第五篇：跨海大桥钢桩的海洋腐蚀与防护
1. 概述
海洋是生命的摇篮﹑风雨的故乡﹑气候的调节器﹑交通的要道﹑资源的屏障。海洋不仅仅是巨大的资源宝库，而且是人类生存与发展不可缺少的空间环境，是解决人口剧增﹑资源短缺﹑环境恶化三大难题的希望所在。近年来，为缓解交通压力，海洋变成了交通要道，一座座跨海大桥矗然而立，中国有着世界最长的跨海大桥——杭州湾大桥，这不仅方便了交通，而且给经济的发展带来巨大效应，从资料显示，我国已建和在建的跨海大桥数量不少，它所带来的经济收益将远远超过建桥本身。例如，作为国内第一座跨海大桥，上海东海大桥使上海人的活动半径向大海延伸了30多公里，这是历史性的突破。同时，上海南汇、奉贤等区也将会成为上海制造业的新高地。再如全世界最长、工程量最大的杭州湾跨海大桥建设，完善了长江三角洲区域公路布局及国道主干线，缓解了沪、杭、甬高速公路流量的压力，有利于杭州湾地区城市主动接轨上海，扩大开放，推动长江三角洲地区的合作与交流，提高浙江省对内对外开放水平，增强综合实力和国际竞争力。由于钢材的强度高，韧性好，容易加工，质量也容易保证。这些优点推动了钢铁在海洋港湾设施上的大量应用。作为跨海大桥的支架，海洋环境下，腐蚀是其致命的弱点。钢铁材料在海洋中的耐蚀性能较差，其疲劳性能显著下降，大大降低了钢构造物的使用寿命，直接影响大桥的使用安全。由于跨海大桥是建在环境相当恶劣的海洋环境中，因此，海洋大气严重的盐雾腐蚀是跨海桥梁设计和建造过程中必须重视的课题。
2. 海洋腐蚀环境
海洋腐蚀环境包括海洋大气腐蚀环境和海水腐蚀环境，钢材在海洋环境中的具体位置不同其腐蚀机理和腐蚀类型也各不相同。包括海洋大气腐蚀、海水腐蚀、潮差区腐蚀、飞溅区腐蚀、全浸区腐蚀等，为了研究不同区域的腐蚀必须从腐蚀介质入手。 2.1 海水腐蚀环境
海水是一种复杂的多组分水溶液，海水中各种元素都以一定的物理化学形态存在。海水是一种含盐量相当大的腐蚀性介质，表层海水含盐量一般在3.20%-3.75%之间，随水深的增加，海水含盐量略有增加。盐分中主要为氯化物，占总盐量的88.7%.由于海水总盐度高，所以具有很高的电导率，海水中pH值通常为8.1-8.2，且随海水深度变化而变化。若植物非常茂盛，CO2减少，溶解氧浓度上升，pH值可接近10;在有厌氧性细菌繁殖的情况下，溶解氧量低，而且含有H2S，此时pH值常低于7。海水中的氧含量是海水腐蚀的主要影响因素之一，正常情况下，表面海水氧浓度随水温大体在5~10mg/L范围内变化。海水温度一般在-2℃-35℃之间，热带浅水区可能更高。海水中氯离子含量约占总离子数的55%，海水腐蚀的特点与氯离子密切相关。氯离子可增加腐蚀活性，破坏金属表面的钝化膜。 2.2 海洋大气腐蚀环境
大气腐蚀一般被分成乡村大气腐蚀，工业大气腐蚀和海洋大气腐蚀。 乡村地区的大气比较纯净;工业地区的大气中则含有SO2，H2S, NH2和NO2等。大气中盐雾含量较高，对金属有很强的腐蚀作用。与浸于海水中的钢铁腐蚀不同 ,海洋环境对金属腐蚀的研究同其它环境中的大气腐蚀一样是由于潮湿的气体在物体表面形成一个薄水膜而引起的。这种腐蚀大多发生在海上的船只、海上平台以及沿岸码头设施上。我国许多海滨城市受海洋大气的影响，腐蚀现象是非常严重的.除了在强风暴的天气中，在距离海岸近的大气中的金属材料，特别是在距海岸200m以内的大气区域中，强烈的受到海洋大气的影响，.离海岸24m处钢的腐蚀比240m处大12倍，海洋环境中金属材料腐蚀速率明显变化发生在距海岸线 15 km到 25 km之间。因
此，海洋环境对金属影响范围一般界定为20km左右。海洋大气中相对湿度较大，同时由于海水飞沫中含有氯化钠粒子，所以对于海洋钢结构来说，空气的相对湿度都高于它的临界值。因此，海洋环境中的钢铁表面很容易形成有腐蚀性的水膜。薄水膜对钢铁的作用而发生大气腐蚀的过程，符合电解质中电化学腐蚀的规律。这个过程的特点是氧特别容易到达钢铁表面，钢铁腐蚀速度受到氧极化过程控制。空气中所含杂质对大气腐蚀影响很大，海洋大气中富含大量的海盐粒子，这些盐粒子杂质溶于钢铁表面的水膜中，使这层水膜变为腐蚀性很强的电解质，加速了腐蚀的进行，与干净大气的冷凝水膜比，被海雾周期饱和的空气能使钢的腐蚀速度增加几倍。
3. 海洋环境对金属的影响因素
3.1 盐度
盐度是指100克海水中溶解的固体盐类物质的总克数。一般在相通的海洋中总盐度和各种盐的相对比例并无明显改变，在公海的表层海水中，其盐度范围为3.20%～3.75%，这对一般金属的腐蚀无明显的差异。但海水的盐度波动却直接影响到海水的比电导率，比电导率又是影响金属腐蚀速度的一个重要因素，同时因海水中含有大量的氯离子，破坏金属的钝化，所以很多金属在海洋环境中遭到严重腐蚀。 3.2 含氧量
海洋环境对金属腐蚀是以阴极氧去极化控制为主的腐蚀过程。海水中的含氧量是影响海洋环境对金属腐蚀性的重要因素。氧在海水中的溶解度主要取决于海水的盐度和温度，随海水盐度增加或温度升高，氧的溶解度降低。如果完全除去海水中的氧，金属是不会腐蚀的。对碳钢、低合金钢和铸铁等，含氧量增加，则阴极过程加速，使金属腐蚀速度增加。但对依靠表面钝化膜提高耐蚀性的金属，如铝和不锈钢等，含氧量增加有利于钝化膜的形成和修补，使钝化膜的稳定性提高，点蚀和缝隙腐浊的倾向减小。 3.3 CO
2、碳酸盐的影响
海水中的CO2主要以碳酸盐和碳酸氢盐的形式存在，并以碳酸氢盐为主。CO2气体在海水中的溶解度随温度、盐度的升高而降低，随大气中CO2气体分压的升高而升高。海水中的碳酸盐对金属腐蚀过程有重要影响，碳酸盐通过pH值的增大，在金属表面沉积形成不溶的保护层，从而对腐蚀过程起抑制作用。 3.4 温度的影响
海洋环境中温度随着时间、空间上的差异会在一个比较大的范围变化。表层海水温度还随季节而呈周期性变化。温度对海水腐蚀的影响是复杂的。温度升高，会加速金属的腐蚀。另一方面，海水温度升高，海水中氧的溶解度降低，同时促进保护性碳酸盐的生成，这又会减缓钢在海水中的腐蚀。但在正常海水含氧量下，温度是影响腐蚀的主要因素。这是因为含氧量足够高时，控制阴极反应速度的是氧的扩散速度，而不是含氧量。对于在海洋环境中对金属钝化的研究，温度升高，钝化膜稳定性下降，点蚀、应力腐蚀和缝隙腐蚀的敏感性增加。 3.5 海水流速的影响
海水腐蚀是借助氧去极化而进行的阴极控制过程，并且主要受氧的扩散速度的控制。另一方面，在海环境中水海对金属表面有冲蚀作用，当流速超过某一临界流速时，金属表面的腐蚀产物膜被冲刷掉，金属表面同时受到磨损，这种腐蚀与磨损联合作用，使钢的腐蚀速度急剧增加。对于在海水中能钝化的金属，如不锈钢、铝合金、钛合金等，海水流速增加会促进其钝化，可提高耐蚀性。 3.6 海生物对海洋环境中金属腐蚀研究的影响
海生物在大多数情况下是加大腐蚀的，尤其是局部腐蚀。海水中叶绿素植物可使海水中
含氧量增加，海生物放出的CO2使周围海水酸性加大，海生物死亡、腐烂可产生酸性物质和H2S，这些都可使腐蚀加速。此外，有些海生物会破坏金属表面的油漆或镀层，有些微生物本身对金属就有腐蚀作用。 3.7 光照条件
例如铜铁在光照下会促进铜及铁金属表面的光敏腐蚀反应及真菌类生物的生物活性，这就为湿气和尘埃在金属表面贮存并腐蚀提供更大的可能性。在热带地区金属受到日光的强烈照射，另外，海洋环境中的材料背阳面比朝阳面腐蚀更快。这是因为与朝向太阳的一面相比，背向太阳面的金属材料尽管避开太阳光直射、温度较低，但其表面尘埃和空气中的海盐及污染物未被及时冲洗掉，湿润程度更高使腐蚀更为严重。
4. 海洋腐蚀破坏的主要形式
(1)全面腐蚀
全面腐蚀可视为均匀腐蚀，它是一种常见的腐蚀形态，其特征是与腐蚀环境接触的整个金属表面上几乎以相同的速度进行的腐蚀。所谓均匀腐蚀活比较均匀腐蚀，都是相对于局部腐蚀而言的，而且这种腐蚀形态只有少数的碳钢﹑低合金钢在全浸腐蚀条件下出现。从腐蚀电化学观点来看，如果在腐蚀过程中金属表面“处处”可以进行金属的阳极溶解反应和去极化剂的阴极还原反应，且其概率大致相同，其间腐蚀电池的局部阴极和局部阳极的位置瞬间可变，分布不定，金属表面各部分的阳极溶解速度大致一样，其结果则呈现为均匀性腐蚀。 (2)局部腐蚀
钢铁材料在海洋环境中的局部腐蚀，特别是小孔腐蚀，是影响钢铁材料强度及使用寿命的一个重要因素。介质中的金属材料绝大部分表面不发生腐蚀或腐蚀很轻微，但表面上个别的点或微小区域出现蚀孔或麻点，并不断纵深发展，形成小孔状腐蚀坑的现象。在氯离子的溶液中，只要腐蚀电位达到或超过点蚀电位，就能产生点蚀。微生物腐蚀的一个重要特征是导致小孔腐蚀的发生。 (3)电偶腐蚀
由于电位电位不同，造成同一介质中一种金属接触处的局部腐蚀，就是电偶腐蚀，亦称接触腐蚀或双金属腐蚀。两种金属构成宏电池，使电位较负的金属溶解速度增加，电位较正的金属溶解速度减小。海洋环境中，海水电阻率很小，是强电解质溶液，当两种不同金属如碳钢和不锈钢，不锈钢和钛金属等共同使用时，要特别注意避免电偶腐蚀。 (4)应力腐蚀
钢铁在应力和特定环境的联合作用下，将出现低于材料强度极限的脆性开裂现象，致使其失去功能，这种现象称为应力腐蚀开裂。在应力腐蚀开裂中存在因氢的渗入而脆化的现象，也存在裂纹尖端处溶液高度酸化的问题。 (5)腐蚀疲劳
波浪载荷下的腐蚀疲劳破环是钢桩式结构的主要破坏形式之一。另外，由于海水腐蚀与疲劳载荷共同作用的结果，疲劳载荷加速度腐蚀破坏的过程，而海水腐蚀进一步加速钢结构的疲劳破坏，从而使其寿命缩短。
5. 钢桩的腐蚀与防护
5.1 腐蚀裕量法
设计时预加腐蚀富裕量对泥面以上区段或整个钢桩加大其壁厚。以提高使用年限。此方法国内钢桩码头基本上采用.以增加其安全系数。但这是一种消极方法，解决不了因局部腐蚀所带来的危害。另外，设计时若按其局部腐蚀速度推算所需预加的腐蚀裕量.则显得极不经济;若按其平均腐蚀速度推算所需预加的腐蚀裕量，则显得不安全。
5.2 耐海水低合金钢
自1967年美国钢铁公司发明了Mariner钢(海洋钢)后，日、德、法等国先后研制并生产了十几种耐海水钢，我国亦曾研制过10CrCuSiV 和10MnPNb钢等，但应用并不十分广泛 耐海水钢在大气区、浪溅区具有比普碳钢明显的耐蚀性，优良的耐海水钢较普碳钢于上述区域的耐蚀性可提高2～3倍;在海水全浸区虽亦有作用，但无上述区域那么明显。当然耐海水钢也有其局限性，某些耐海水钢的焊接性能差，焊缝处易遭腐蚀破坏，且价格高昂。 5.3 涂层保护
涂层主要指油漆涂料、环氧玻璃钢护套和其它有机或无机覆盖层。这对防止钢桩大气区和浪溅区的腐蚀是一较为有效的方法(视不同的环境条件采用适宜的涂层)，但对钢桩水下区段防腐效果不佳。因其寿命有限，且目前国内尚无成功应用于海水中的先例，再者涂层仅能一次性施工，不利于长期维修和监测。即使在易监控涂层施工质量的时
机—— 钢桩在吊运打桩前就实施擦层保护.亦会目吊运、打桩等施工过程造成其局部破港口建设损或剥落，使得打桩后于海水介质中板易诱发大阴极、小阳极形式的局部腐蚀.且其腐蚀速度很快.易于引起局部腐蚀穿孔而再诱发该处的全面羰蚀.使得原有的涂层失去保护作用。
5.4 阴极保护
从50年代初至60年代末.世界各国相继将阴极保护技术广泛而又成功地应用于钢桩水下区段的保护上。阴极保护是一有效的防腐方案，能防止因各种钢表面状态不均所引起的局部腐蚀和通常的全面腐蚀。尚可提高钢桩于海水中的疲劳强度极限。无论钢桩表面状况的迥异，对新建或已建工程的钢桩都很适用.还可用直接检测钢表面阴极极化电位的方法控制其保护效果。若设计、管理得当，则其保护效果可达90 以上。钢桩阴极保护前后其腐蚀速度对比见下图：
5.5 涂料加阴极保护
涂料同阴报谋护匹配，可互相补充.使保护效果更佳。固有涂料的钢表面，所需保护电 流密度小，保护电位易趋于均匀，可减少阴极保护措施于始建时一时跟不上所带来的腐蚀。但若是外加电流阴极保护，则存有因仪器一时失控或其它原因所引起的局部过保护，导致钢表面析H：十而使涂层鼓泡的现象。该鼓泡涂层会在海浪的冲刷下破损而使钢表面外露，形成一小阳极点(即锈点)
6. 钢结构桥梁的防腐蚀措施
钢桥的防腐蚀应从设计、施工、维护、管理等方面入手，忽略了任何一方面都将造成对钢结构桥梁腐蚀的隐患。
6.1 钢桥的加固补强及表面处理
钢桥的加固补强。 为保证钢结构的完整及承载能力， 在施工前, 已委托专业设计单位在认真全面检查的基础上进行钢桥加固补强工程设计，提出针对已腐蚀损害的钢桥进行加固补强施工方案, 经专家审查后进行施工。
钢构件表面处理。 为保证涂层的附着力和使用寿命，涂装前应将钢桥表面的旧涂膜、氧化皮和锈迹除净。对钢桥表面采用机械喷射除锈，达到Sa2. 5级(非常彻底的喷射或抛射除锈等级) 。表面粗糙度达到40- 80Lm。如受施工条件限制, 局部可采用手工除锈， 达到St3 级(手工除锈等级)标准。钢构件表面应有明显的金属光泽，经处理后的钢桥表面应无灰尘、油污，并尽快喷涂，以防再生锈。 6.2 复涂施工工艺
复涂施工工艺为采用局部除锈加涂面漆的一种适用于旧钢结构的涂装施工工艺，采用局部除锈加涂面漆，可延长底漆的使用年限，减少除锈，节省资金。 6.3 桥面系防水改造
钢梁的腐蚀主要原因是因桥面系渗漏水造成，桥面系渗漏水是钢梁防腐蚀的关键技术， 应采取彻底维修， 进行防水改造。 6.4 涂装配套的选择
防腐涂装的选用，是与钢粱所处的自然环境、使用年限、结构类型、施工方法等有着密切关系。应选择科学、合理、经济、适用的涂装配套体系，最大限度地发挥涂膜性能，提高防腐蚀能力。
6.5 重防腐蚀涂装方案
重防腐涂装系统在国外已有成功使用的例子，在我国已开始在大型桥梁上使用重防腐涂装系统来进行防腐保护。为增强面漆抗周围腐蚀介质的性能和耐碱性，采用以富锌涂料为防锈底漆的、氟碳面漆等合成树脂涂料的涂装系统，具有长达20- 30年的耐候有效期，在施工中，我们采用如下2个重防腐涂装方案组合配套。 ( 1)环氧富锌底漆十环氧云铁中间层+ 氟碳面漆。
( 2)热喷锌(铝)层+ 环氧封闭漆+ 环氧云铁涂层+氟碳面漆。 环氧富锌漆在使用前钢铁表面处理要达到Sa2级，喷锌(铝)层， 则必须在热喷前对钢铁表面进行Sa3级的除锈，钢铁表面须具有均匀一致的金属光泽，达到一尘不染的纯亮程序，这对我们实际操作上虽有一定的难度，但热喷锌(铝)层的防腐蚀效果非常好的。重防腐涂装( 1)、( 2)是复合涂装体系, 由高性能的底漆、中涂和面漆构成。一般采用250- 500um的涂层厚度，是用厚浆型防腐蚀涂料形成的一种新产品，具有耐腐蚀性能强、涂膜厚、防腐蚀有效期长的特点。重防腐蚀涂层采用厚浆型的环氧富锌涂料或喷金属打底，给予阴极保护;涂采用云铁漆;采用耐水、耐化学性、耐候性优良的高固体分涂料进行配套效果显著。具有良好的防蚀和对钢铁的附着性能;间涂层对底漆和面漆的涂层问有附着结合力，较好的屏蔽作用，有效阻止水、氧及腐蚀介质的渗入;有长达20- 30年的耐腐蚀有效期，长效、实用和经济的防腐涂装体系。
参考文献：[1]柯伟，杨武.腐蚀科学技术的应用和失效案例[M].化学工业出版社，2006. [2]侯保荣 著.海洋钢结构浪花飞溅区腐蚀控制技术.科学出版社，2011.
[3]易伦雄. 钢结构桥梁腐蚀涂装体系的选择.桥梁建设，1999.