金屬涂層是如何保護(hù)金屬免受腐蝕的
屏蔽作用和陰極保護(hù)是金屬涂層為其他金屬提供保護(hù)的兩種方式,這種保護(hù)因其成本效益方面的優(yōu)勢(shì),傲立于一眾防護(hù)措施間。從電線的鋁和銅到珠寶的金和銀,銀器和電子產(chǎn)品等,金屬在我們的日常生活中被廣泛使用。如今應(yīng)用最廣的金屬之一是鐵,或者更確切的說(shuō),是鐵經(jīng)過(guò)加工處理后所得的鋼合金。鋼鐵已經(jīng)成為最通用的產(chǎn)品之一,它被應(yīng)用于家用電器,汽車儀表板,標(biāo)志,建筑和橋梁。然而,鋼鐵和其他金屬一樣也容易受到腐蝕。

一、了解金屬的腐蝕過(guò)程
為了了解金屬涂層是如何保護(hù)金屬的,首先我們需要知道腐蝕是什么以及它是如何造成的。腐蝕是一種自然的電化學(xué)反應(yīng),這種反應(yīng)將一種精煉的金屬轉(zhuǎn)換成更加穩(wěn)定的化學(xué)狀態(tài)。
腐蝕的發(fā)生,必須有三個(gè)部件:
◆ 1. 正極(這種情況下,鋼鐵中的鐵)
◆ 2. 負(fù)極(氧氣)
◆ 3. 電解質(zhì)溶液(比如空氣中的水分)
在腐蝕過(guò)程中,鋼中的鐵由于氧的存在而發(fā)生氧化反應(yīng),形成水合氧化鐵(III),通常稱為鐵銹。和鋁輕度腐蝕產(chǎn)生的致密防護(hù)膜不同,因?yàn)殍F銹易碎,容易剝落,使得更多的金屬暴露在大氣中,導(dǎo)致進(jìn)一步的腐蝕和降解。這種持續(xù)的腐蝕最終會(huì)導(dǎo)致材料厚度的損失,材料強(qiáng)度的降低,穿孔和使用壽命的縮短。
二、兩種常見(jiàn)的金屬涂層類型
金屬涂層為鋼材提供保護(hù),這樣就能夠保證鋼材在各種挑戰(zhàn)性環(huán)境中的使用。金屬涂層提供了兩種主要的保護(hù)類型:屏蔽保護(hù)和特定情況下的電流保護(hù)。
屏蔽保護(hù)
當(dāng)將諸如鋅的金屬涂層應(yīng)用于鋼材時(shí)會(huì)變干并且硬化,形成防止水分滲入的防滲屏障。這就消除了發(fā)生腐蝕所必需的一個(gè)必要組分——沒(méi)有電解質(zhì)(水分/水),氧化就不會(huì)發(fā)生,因此就不會(huì)生銹。屏障保護(hù)的另一個(gè)重要方面就是腐蝕膜保護(hù),如前面所提到的,一些金屬如鋁與氧反應(yīng),在其表面會(huì)形成保護(hù)性氧化膜。它是有彈性的,并且牢固地附著在鋁的表面,以防止水分滲入和進(jìn)一步腐蝕。這就使鋁成為金屬板材的理想材料。鋅常用于涂層結(jié)構(gòu)鋼,它會(huì)與空氣中的氧氣和水分發(fā)生反應(yīng)并形成腐蝕產(chǎn)物,這種產(chǎn)物會(huì)形成一種保護(hù)底層鋼材的防護(hù)層。暴露的活潑鋅會(huì)與氧反應(yīng)形成氧化鋅,然后再與水反應(yīng)形成氫氧化鋅。當(dāng)氫氧化鋅與空氣中的二氧化碳反應(yīng)時(shí),所得到的產(chǎn)物是碳酸鋅。這些腐蝕膜產(chǎn)物,如在鋁上形成的膜一樣,對(duì)水的滲入具有抵抗性,并緊密附著在鋼的表面上,使其不像鐵上形成的腐蝕一樣容易脫落。然而,鋅是一種活性金屬,它會(huì)隨著時(shí)間的推移慢慢腐蝕和侵蝕。因此鋅的降解速率仍然比鋼鐵要低幾倍,并且它會(huì)顯著的延長(zhǎng)其意圖要保護(hù)的鋼的使用壽命。
電流保護(hù)
金屬涂層保護(hù)鋼的第二種方法是,犧牲涂層,為底層鋼提供電流保護(hù)。比如說(shuō),如果由于切割邊緣,劃痕或嚴(yán)重的涂層損壞這類情況致使底層的鋼材暴露出來(lái),在鋼材開(kāi)始腐蝕之前也會(huì)是周圍的涂層首先被腐蝕。電流保護(hù)(也稱為陰極保護(hù))是由于鋅的電負(fù)性比鐵/鋼更強(qiáng),當(dāng)鋅涂層被涂覆時(shí),它作為一種犧牲陽(yáng)極首先被腐蝕,底層的鋼成為陰極被保護(hù)。這種電流腐蝕將持續(xù)到陽(yáng)極材料(鋅涂層)完全被消耗。尤其是在建筑中,涂層難免會(huì)被刮傷或損壞,所以電流保護(hù)是很重要的。正因如此,在保護(hù)鋼構(gòu)件時(shí),鋅金屬涂層優(yōu)于鋁涂層。雖然鋅和鋁在電流系列性質(zhì)方面很接近,但是由鋁形成的保護(hù)性氧化膜是很難穿透的,不會(huì)被腐蝕所消耗,因此不會(huì)為受損的鋼提供電流保護(hù)。另一方面,鋅涂層所形成的有效屏障不像鋁那樣具有保護(hù)作用,因此它會(huì)優(yōu)先腐蝕而保護(hù)受損或暴露的鋼。
三、結(jié)論
金屬涂層將屏蔽作用和電流保護(hù)相結(jié)合,提供了一種在應(yīng)用、成本和多功能性方面無(wú)與倫比的腐蝕防護(hù)。它們是保護(hù)其他金屬如鋼鐵(技術(shù)上是金屬合金)免受由于腐蝕而降解的有效方法。這種保護(hù)可以將易碎金屬用于許多要求不高的應(yīng)用中,否則這些金屬是不適用于這些方面。
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