金属腐蚀的防护与利用.ppt

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1、l l钢铁具有优良的机械性能。钢铁具有优良的机械性能。l l普通碳钢在大气中容易腐蚀，在湿热、普通碳钢在大气中容易腐蚀，在湿热、海洋环境中更易腐蚀。普通钢铁不保海洋环境中更易腐蚀。普通钢铁不保护，并没有应用价值。护，并没有应用价值。l l钢铁防腐蚀措施能使钢铁及许多金属钢铁防腐蚀措施能使钢铁及许多金属以可接受的成本，在工业上广泛应用，以可接受的成本，在工业上广泛应用，构成现代工业文明。构成现代工业文明。一、一、金属材料的耐蚀性金属材料的耐蚀性l l隔离层隔离层l l设计金属构件时，应避免两种电极电势设计金属构件时，应避免两种电极电势差大的金属直接接触。需要装配在一起差大的金属直接接触。需要装配

2、在一起时，应加时，应加隔离层隔离层：l l喷绝缘漆，衬塑料或橡胶垫；喷绝缘漆，衬塑料或橡胶垫；l l铝合金与钢铁组合时，铝合金表面阳极铝合金与钢铁组合时，铝合金表面阳极氧化，钢铁件镀锌后使用。氧化，钢铁件镀锌后使用。l l选择适当金属材料选择适当金属材料l l接触一般性溶液的，可使用镍、铜。接触一般性溶液的，可使用镍、铜。l l接触氧化性性溶液的，可使用钛、钽。接触氧化性性溶液的，可使用钛、钽。l l不锈钢是铁合金，含铬不锈钢是铁合金，含铬30%,镍镍22%。l l不锈钢在不锈钢在氯化物介质氯化物介质或做或做应力构件应力构件时，时，还不如普通的碳钢。还不如普通的碳钢。l l替代金属的材料替代金

3、属的材料l l橡胶橡胶、塑料塑料的强度和硬度低，不耐高的强度和硬度低，不耐高温。温。l l陶瓷陶瓷的耐蚀性和耐热性高，但太脆。的耐蚀性和耐热性高，但太脆。l l石墨石墨的耐蚀性、导电性和导热性好，的耐蚀性、导电性和导热性好，但脆。但脆。l l木材木材腐蚀环境一般不用。腐蚀环境一般不用。二二 防止介质对材料的腐蚀防止介质对材料的腐蚀l l1 隔绝介质与材料的接触隔绝介质与材料的接触l l采用覆盖层，将金属或合金与周围的采用覆盖层，将金属或合金与周围的介质隔离开，达到防腐蚀的目的。介质隔离开，达到防腐蚀的目的。l l常用的钝化保护膜有常用的钝化保护膜有氧化膜氧化膜和磷和磷化膜化膜。特点：特点：膜薄

4、（膜薄（mm）；）；有一定的防腐效果。有一定的防腐效果。反应：反应：FeFe NaNONaNO2 2+NaOH +NaOH NaNa2 2FeOFeO2 2 FeFe NaNONaNO3 3+NaOH +NaOH NaNa2 2FeFe2 2O O4 4FeFe3 3O O4 4 条件：条件：145-150145-150钢铁钢铁发蓝发蓝或或发黑发黑生成致密的蓝黑色四氧化三铁膜。生成致密的蓝黑色四氧化三铁膜。l l钢铁零件放入高浓度的氢氧化钠和硝酸钢铁零件放入高浓度的氢氧化钠和硝酸钠或亚硝酸钠混合溶液中，在钠或亚硝酸钠混合溶液中，在140150处理得到的。处理得到的。l l发蓝发蓝过程中不产生氢

5、气，避免氢脆，用过程中不产生氢气，避免氢脆，用于弹簧表面的处理。于弹簧表面的处理。l l因在湿气中防腐蚀性差，处理后涂防护因在湿气中防腐蚀性差，处理后涂防护油。油。l l磷化磷化l l目前钢铁防腐蚀费用的三分之二用于形目前钢铁防腐蚀费用的三分之二用于形成漆膜，来保护钢铁。磷化自从二十世成漆膜，来保护钢铁。磷化自从二十世纪三十年代以来，作为涂料底层在工业纪三十年代以来，作为涂料底层在工业上广泛应用。上广泛应用。l l磷酸和磷酸二氢盐（如锰、锌、铁盐）磷酸和磷酸二氢盐（如锰、锌、铁盐）溶液（溶液（pH=4）在一定温度下处理金属）在一定温度下处理金属工件工件.l l金属与氢离子反应，消耗工件表面的氢

6、金属与氢离子反应，消耗工件表面的氢离子，使工件表面离子，使工件表面pH上升，沉积一层磷上升，沉积一层磷酸盐覆盖层，称为磷化膜。酸盐覆盖层，称为磷化膜。l l常磷化的金属有钢铁、锌和铝合金，主常磷化的金属有钢铁、锌和铝合金，主要用于钢铁和镀锌板要用于钢铁和镀锌板。l l锰盐磷化膜较厚，起减磨润滑作用，采锰盐磷化膜较厚，起减磨润滑作用，采用磷酸二氢铁锰盐，俗称马日夫盐。用磷酸二氢铁锰盐，俗称马日夫盐。反应：反应：Fe H3 3PO4 4，Zn(NO3 3)2 2 ZnZn3 3(PO(PO4 4)2.2.xHxH2 2O O M M3 3(PO(PO4 4)2 2.xHxH2 2O O 其中其中M

7、 M是是MnMn2+2+、ZnZn2+2+、FeFe3+3+条件：一般条件：一般 50-7050-70l l锌盐磷化因使漆膜的附着力和防腐蚀性锌盐磷化因使漆膜的附着力和防腐蚀性都得到了提高，目前得到广泛应用。都得到了提高，目前得到广泛应用。l l锌的浓度较高，则沉积出水合磷酸锌；锌的浓度较高，则沉积出水合磷酸锌；锌的浓度低，析出的为水合磷酸锌铁。锌的浓度低，析出的为水合磷酸锌铁。l l锌盐磷化膜的机理。锌盐磷化膜的机理。l l具体表现为具体表现为：l l磷化膜层与基体金属和有机漆膜结合磷化膜层与基体金属和有机漆膜结合很好；很好；l l减小涂层下的腐蚀电流；减小涂层下的腐蚀电流；l l抑制氧和水

8、的扩散。抑制氧和水的扩散。l l金属保护层金属保护层电镀的原理：电镀的原理：阳极溶解，阴极沉积阳极溶解，阴极沉积出金属。出金属。过程过程:去污去污 除油；除油；再酸洗去氧化层，露再酸洗去氧化层，露出金属；出金属；选择电镀液；选择电镀液；目前工业上电镀的主要品种是镀锌、目前工业上电镀的主要品种是镀锌、镀镍。电镀占防腐业务量的约三分之一。镀镍。电镀占防腐业务量的约三分之一。镀锌镀锌约占电镀业务量的一半，主要用约占电镀业务量的一半，主要用于保护钢铁。于保护钢铁。装饰性电镀为装饰性电镀为镀镍镀镍，有铜，有铜-铬铬-镍体系、镍体系、二层镀镍体系和三层镀镍体系，如一些自二层镀镍体系和三层镀镍体系，如一些自

9、行车的车轮圈、车把等处。行车的车轮圈、车把等处。l l我们的我们的镀锌实验镀锌实验采用目前应用最多的采用目前应用最多的氯化钾光亮镀锌。氯化钾光亮镀锌。l l阴极为待镀的零件阴极为待镀的零件，阳极为锌棒阳极为锌棒。l l镀液为氯化锌、氯化钾溶液。镀液为氯化锌、氯化钾溶液。l l由硼酸构成饱和溶液，形成缓冲溶液，由硼酸构成饱和溶液，形成缓冲溶液，维持维持pH=4。l l光亮剂是一些有机化合物。光亮剂是一些有机化合物。l l2 改善环境气体介质改善环境气体介质l l易腐蚀的仪表、器件等封到一个小环境易腐蚀的仪表、器件等封到一个小环境中，采用干燥剂来保护。中，采用干燥剂来保护。l l常用含氯化钴的硅胶

10、作干燥剂，靠颜色常用含氯化钴的硅胶作干燥剂，靠颜色变化来指示干燥剂的干燥能力。变化来指示干燥剂的干燥能力。硅胶变为粉红时，表示已经没有吸附硅胶变为粉红时，表示已经没有吸附能力，需要加热再生。能力，需要加热再生。l l在密封装置中使用干燥剂或直接充入在密封装置中使用干燥剂或直接充入干燥空气，控制干燥空气，控制相对湿度在相对湿度在35%以下以下，金属不易生锈，非金属不易发霉。金属不易生锈，非金属不易发霉。l l采用采用空调设备除湿空调设备除湿，使整个库房的湿，使整个库房的湿度控制在规定的范围内。度控制在规定的范围内。l l在密封装置中，可以采用充入在密封装置中，可以采用充入氮气氮气，或或去氧封存去

11、氧封存。l l3控制和改善环境液体介质控制和改善环境液体介质l l发电厂的锅炉、管道等发生吸氧腐蚀，发电厂的锅炉、管道等发生吸氧腐蚀，给水加热煮沸给水加热煮沸，可以除去水中的溶解氧。，可以除去水中的溶解氧。l l加入联氨（肼）除氧，同时还可除氧化加入联氨（肼）除氧，同时还可除氧化皮。皮。l l缓蚀剂：在腐蚀性溶液中减轻金属的腐缓蚀剂：在腐蚀性溶液中减轻金属的腐蚀。蚀。l l缓蚀剂分为无机物和有机物。缓蚀剂分为无机物和有机物。l lAsCl3、SbCl3等在阴极区被还原，还原等在阴极区被还原，还原产物产物(As、Sb)沉积于阴极区，使氢离子沉积于阴极区，使氢离子难反应。难反应。K K2 2CrC

12、r2 2O O7 7,亚硝酸钠等使生成金属钝化膜，亚硝酸钠等使生成金属钝化膜，减缓腐蚀。减缓腐蚀。l l有机缓蚀剂中需要含有孤对电子原子有机缓蚀剂中需要含有孤对电子原子(S、N等等)或不饱和或不饱和键键(炔基炔基)基团，都基团，都能与金属原子的能与金属原子的d轨道形成轨道形成d-d，d-配位键，吸附于金属表面。配位键，吸附于金属表面。l l有机缓蚀剂的疏水性基团在金属表面有机缓蚀剂的疏水性基团在金属表面指向溶液作定向排列，形成单分子层指向溶液作定向排列，形成单分子层疏水薄膜，抑制金属溶解。疏水薄膜，抑制金属溶解。三三 电化学保护法电化学保护法阴极阴极保护法：保护法：牺牲阳极法牺牲阳极法 用活泼

13、的金属（如用活泼的金属（如ZnZn、AlAl）作阳极，）作阳极，使被保护金属成为使被保护金属成为阴极。阴极。把被保护把被保护金属与直流金属与直流电源负极连电源负极连接，被保护接，被保护金属成为阴金属成为阴极。极。外加电流法外加电流法四四 化学腐蚀的利用化学腐蚀的利用l l1 阳极氧化，主要用于铝合金。阳极氧化，主要用于铝合金。金属挂在电解池的阳极上，用酸边溶解，金属挂在电解池的阳极上，用酸边溶解，边生成氧气，把金属氧化成其氧化物。边生成氧气，把金属氧化成其氧化物。膜厚：膜厚：未氧化前，未氧化前，铝上氧化膜的厚度铝上氧化膜的厚度，太薄，保护性不够。太薄，保护性不够。硫酸阳极氧化后硫酸阳极氧化后

14、35m。l l氧化膜氧化膜靠近基体金属靠近基体金属一边是厚度仍为一边是厚度仍为的的纯氧化铝纯氧化铝；l l靠近电解液一边靠近电解液一边是由酸蚀形成的是由酸蚀形成的多孔的多孔的氧化膜氧化膜，由氧化铝和一水合氧化铝构，由氧化铝和一水合氧化铝构成。成。阳极阳极（Al）：2Al+3H2Al+3H2 2O-6eO-6e-AlAl2 2O O3 3+6H+6H+阴极阴极（Pb）：2H2H+2e+2e-HH2 2l l封闭处理封闭处理：需要封闭氧化膜上的孔，在：需要封闭氧化膜上的孔，在铬酸盐溶液中浸一下，生成碱式盐使膜铬酸盐溶液中浸一下，生成碱式盐使膜体积膨大，填充孔。体积膨大，填充孔。l l染色处理染色处

15、理：氧化膜能吸附各种染料，既：氧化膜能吸附各种染料，既形成需要的颜色，有起封闭膜孔的作用。形成需要的颜色，有起封闭膜孔的作用。l l经过封闭或染色的氧化膜才达到要求的经过封闭或染色的氧化膜才达到要求的保护厚度。保护厚度。l l2 电解抛光电解抛光l l电解过程中，阳极工件溶解，电解过程中，阳极工件溶解，l l工件表面凸出部位的溶解速率大于其他工件表面凸出部位的溶解速率大于其他部位的溶解速率部位的溶解速率，l l靠这种溶解作用使金属表面平整，从而靠这种溶解作用使金属表面平整，从而光亮。光亮。l l电解抛光液有磷酸、稀硫酸、铬酸和高电解抛光液有磷酸、稀硫酸、铬酸和高氯酸。磷酸最常用，内加少量铬酸。

16、氯酸。磷酸最常用，内加少量铬酸。l l磷酸及其盐粘度高，不结晶，在金属表面磷酸及其盐粘度高，不结晶，在金属表面形成粘性薄膜。形成粘性薄膜。l l薄膜发生极化，减缓金属的溶解。薄膜发生极化，减缓金属的溶解。l l凸起部分膜薄，凹陷部位膜厚。凸起部分凸起部分膜薄，凹陷部位膜厚。凸起部分极化程度小，溶解快。极化程度小，溶解快。l l3 化学铣削化学铣削l l化学铣削又称腐蚀加工。化学铣削又称腐蚀加工。l l不需要腐蚀的地方用涂层保护起来，不需要腐蚀的地方用涂层保护起来，浸入腐蚀液进行腐蚀。浸入腐蚀液进行腐蚀。l l步骤：金属表面清洁处理、步骤：金属表面清洁处理、涂防蚀涂涂防蚀涂层层、刻画涂层的图形、

17、刻画涂层的图形、腐蚀加工腐蚀加工、去、去掉防蚀涂层。掉防蚀涂层。l l防蚀涂层防蚀涂层目前常用氯丁橡胶或异丁烯异目前常用氯丁橡胶或异丁烯异戊二烯共聚物。加工条件下粘附在金属戊二烯共聚物。加工条件下粘附在金属上，加工后易剥离。上，加工后易剥离。l l印刷线路板印刷线路板l l塑料在制造时表面粘上一层铜箔，把铜塑料在制造时表面粘上一层铜箔，把铜箔不需要的部分溶解下来，剩余的作为箔不需要的部分溶解下来，剩余的作为电路的导线，在上面焊电子元件。电路的导线，在上面焊电子元件。l l 我们安排这方面的示意实验：我们安排这方面的示意实验：l l实验步骤：实验步骤：l l1、预处理预处理l l 清清除铜箔上的

18、油污和污物，保证涂除铜箔上的油污和污物，保证涂漆时得到的漆膜均匀完整。漆时得到的漆膜均匀完整。l l2、涂漆涂漆 l l 使用的是硝基磁漆，挥发溶剂后干燥，使用的是硝基磁漆，挥发溶剂后干燥，又可以用适当的溶剂溶解掉。又可以用适当的溶剂溶解掉。l l3、腐蚀腐蚀l l用三氯化铁溶液腐蚀未用漆膜保护的铜用三氯化铁溶液腐蚀未用漆膜保护的铜箔。箔。l l4、化学镀银化学镀银l l用六次甲基四胺在水中离解出的甲醛来用六次甲基四胺在水中离解出的甲醛来还原银离子，得到金属银。还原银离子，得到金属银。l l5、钝化处理钝化处理l l钝化的目的是为了在银表面生成一层透钝化的目的是为了在银表面生成一层透明很薄的氧

19、化膜，降低银表面的活性，明很薄的氧化膜，降低银表面的活性，因为银接触氯化物或硫化物时会变色。因为银接触氯化物或硫化物时会变色。l l过去工业上广泛采用这种方法生产，过去工业上广泛采用这种方法生产，单这种工艺方法存在的问题：单这种工艺方法存在的问题：l l1、大量的铜箔没有得到利用被腐蚀，、大量的铜箔没有得到利用被腐蚀，造成浪费。造成浪费。l l2、产生废溶液需要处理。、产生废溶液需要处理。l l铣削铝合金铣削铝合金l l铝是两性的腐蚀液采用酸或碱都可以。铝是两性的腐蚀液采用酸或碱都可以。l l目前广泛使用氢氧化钠溶液。目前广泛使用氢氧化钠溶液。l l溶液中还加络合金属离子的配位体溶液中还加络合金属离子的配位体EDTA，硫化钠等以沉淀铜、锌离子。，硫化钠等以沉淀铜、锌离子。