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 中国科学院金属研究所

腐蚀与防护

材料新视野
2015年07月27日
日常生活中,人们的吃穿住用行都离不开各种各样的材料。其中,使用最多的一种材料为金属,例如飞机、轮船等航空航天,以及日常生活中的汽车、自行车等都大量运用了金属材料。一方面,金属材料以其强度高、易加工、易成型等优良的特性被广泛地应用在生产生活的各个领域;另一方面,金属材料在服役过程中会存在腐蚀问题。
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腐蚀是指材料与其所处环境介质之间发生作用而引起材料变质、破坏和性能恶化的现象。腐蚀的形式存在很多种,例如:点蚀、垢下腐蚀、应力腐蚀、冲刷腐蚀、大气腐蚀、海洋腐蚀等。金属材料的腐蚀问题会不仅会造成材料的浪费,给人民的生活安全带来安全隐患,还会造成严重的经济损失。据《中国工业与自然环境的腐蚀问题》,我国每年腐蚀损失约占5%gdp。因此,金属材料的腐蚀与防护是延长金属材料的服役寿命、改善材料的服役性能的重要途径。
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目前,腐蚀与防护的基本途径主要包括以下三种:(1)涂层防护,即通过在金属表面上涂覆保护膜,使腐蚀介质与金属材料隔绝,从而抑制腐蚀的发生,主要的手段有涂漆等;(2)合金优化,即从材料本身的耐蚀性出发,通过加入其他的合金元素,例如在fe中加入一定比例的cr和ni制成不锈钢来提高fe的耐蚀性;(3)表面改性,即通过一些电化学手段,例如电镀在金属表面镀上更为耐蚀的材料,进而提升金属材料的耐蚀性。
下面详细介绍下镀层防腐。镀层防腐方法多用于操作件表面的防腐处理,如手柄等。由于镀层金属本身具有一定的强度及硬度,所以一般对磕碰有要求的表面也多用这种方法,而且如镀铬、镀镍的镀层有较好的外饰面效果,因此用常来做一些仪表等人机界面的外饰处理。由于电镀对于一些小零件比涂料处理特别方便,所以一些小零件也多用此方法防腐。该方法保质期一般为5~20年。虽然在同样条件下镀层比涂料防腐效果更好,但受国内工艺水平的限制,其保质期并没有那么长。而热浸镀锌由于其镀层较厚,所以其防腐效果最好,一般可以达到20年以上,但由于其镀后表面效果不好,所以一般不做装饰面的防腐。
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随着科技的进步,越来越多的新金属材料以及防护手段出现在腐蚀与防护领域中,因此对金属材料的腐蚀性能的评价也日益成为金属材料的关注点。未来材料的开发除了要注重材料的力学、物理性能外,耐蚀性也是必不可少的评价项,因此这也对腐蚀与防护领域的科研人员提出了更高的要求。
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