金屬的腐蝕和防护
铜臭 / 2022-08-10
世界上由于金屬腐触而遭受的损失是巨大的。仅就氟铁而言，据估計每年损失将近至世界产量的四分之一。腐蚀是金屬与周圍的气体接触或在其他介质中，发生化学作用而受到破坏的过程。金屬腐蝕的本质就是失去电子的作用，例如
Al→Al³⁺+3e
若是金属的价不止一种，那末，首先形成的是低价离子:
Fe→Fe⁺⁺+2e
金屬在电动序中的位置愈高，它受腐蝕的趋势愈大。
金屬与气体接触时所发生的腐蝕最为简单。只在金属表面上形成相应的化合物——氧化物、 硫化物、碱式碳酸盐。这些化合物 通常成为紧密的一层膜复盖在金属表面上，使金属不再继模受这种气体作用。
金屬与水及溶解于其中的物质相接触时，发生的情况就不一样。这时所形成的金屬化合物可以溶解，或水中溶质可不断与金屬接触，腐蝕作用就继續进行，使金屬全部受到破坏。显而易見，若沒有可还原的物质来接受金屬放出的电子，那末金屬就不会有腐蝕作用。通常使金屬腐蝕的可还原物质有两种:
(i)氫离子H⁺被还原为氢气:
2H⁺+2e=H
(ii)氧气O₂被还原为氢氧离子:
O₂+2H₂O+4e=4OH⁻
要注意的，这两种作用都使溶液的酸度减少或碱度增高。
作用(i)釋出氢气，只在酸性溶液内发生。鐧和铁在酸性相当于pH=4.3的溶液中才有这种作用。吸收氧气的作用(ii)，只要有氧供应，虽在中性或碱性溶液中，都可以发生。若隔絕氧气，鐧和铁虽在中性或微酸性的水中，也不生銹或显腐蝕的作用。
有一些金属，像鋁和鉻，在表面上所形成的氧化膜紧密而牢固地粘在金属上，只要这氧化膜存在，金屬就不再受腐触。另外也有一些金屬，特别象鐧和铁，与空气接触时在表面所生成的氧化膜不够紧密，而且容易断裂，所以不但沒有保护作用，反而可促进腐蝕的进行，图26-5表示铁表面上的氧化膜与金属为水层所分开。
在这部分，氧与金厨的接触受到氧化膜阻碍，但铁原子就在这里釋出电子而进入溶液，使这部分成为阳极。釋出的电子則通过金属体内傅到金屬与氧气接触的地方。在这里，氧取得电子而形成OH⁻，成为阴极。在附着于金屬表面上的水膜内有Fe⁺⁺, OH⁻和其他存在的离子的迁移。因此，金属在与溶液接触时的腐触作用本质上是电化学作用。虽然腐蝕作用必需有氧参加，但作用却发生在氧供应缺乏的部分。铁“銹”形成的过程不只包括以上所述的阶段。在阳极部分所形成的铁⁽ᴵᴵ⁾离子Fe⁺⁺遇到氧气很易变到铁四状态:
4Fe⁺⁺+O₂+2H₂O=4Fe³⁺+4OH⁻
Fe⁺⁺和Fe⁺朝阴极迁移，与朝反向迁移的OH⁻相遇(見图26-5)，就生成氢氧化铁⁽ᴵᴵ⁾和铁⁽ᴵᴵᴵ⁾的混合沉淀。这沉淀受空气内的CO₂作用而轉变为各种碱式碳酸盐，这就是铁銹的主要成分。
腐蚀作用既然是一种电化学过程，那末，几影响腐触作用的电流强度的因素就影响金属腐蝕的速度。首先，金屬内的杂质是促进腐触作用的一个因素。特别是电正性較低而可作为阴极的物质，嵌在金屬内就产生局部电流，使周圉的金屬腐蝕加速。例如，鋼铁里的石墨、硫化物或炉渣杂质的粒子都足以引起周圉金屬的腐蝕作用。其次，离子化合物溶解在与金屬接触的水内时，也加速腐蝕作用，因为它們使溶液的导电性增加，海水对金屬的腐蝕性之所以高，这是一个原因。最后，在制作金屬时所产生的張力、裂痕等都使金屬一部分成为阳极，一部分成为阴极，因而增进金屬的腐蝕作用。
防止金屬腐蝕的最簡单方法是用油漆、噴漆、搪瓷或者用其他金屬薄层将金屬表面保护起来，不使金屬与可还原的物质，主要与氧相接触，因为防止金属腐蝕就是防止金属失去电子。以上方法是使金屬不与接受电子的物质接触。另类方法是减少金屬失去电子的趋势。金屬的成分应当均匀一致，无机械应变。它的露面不可与碳、銅、錫或其他电正性較低的单体元素直接接触。反之，与电正性較高的元素接触可受到保护。若与适当金屬形成合金，例如铁中加入少量的鎳和鉻，就可抗腐蝕。
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