摘要：金属腐蚀作为一种常见的现象，能够在生活中经常看到。金属腐蚀由于其对金属的破坏性，往往会对金属的正常使用与工作造成危害。高中生在学习金属腐蚀相关知识时，应当着重关注其腐蚀原理及防腐措施两方面，并实际运用到生活中。
关键词：水利水电工程；金属结构；腐蚀
引言
金属腐蚀已经给世界各国带来了巨大的经济损失，据美国、日本、加拿大等国公布的数据，腐蚀造成的直接经济损失约占国民经济总产值的2．5%～4．2%，据估计，世界上约有20%的金属材料因被腐蚀而无法回收，因此金属的腐蚀及防护问题引起了世界各国的普遍重视。
1水工钢构腐蚀的基本原理
1.1腐蚀的定义
物质通过与外部介质接触后发生化学作用，进而对其本身产生破坏的现象。
1.2电化学腐蚀形式
金属钢结构和接触的介质发生了电化学反应，失去或得到电子，形成了电流，产生2Fe+O2→2FeO化学反应。其中水工钢闸门大多数情况下发生的就是电化学形式的腐蚀。
电化学腐蚀的定义为：不同种类的金属在电解质当中时，金属表面的某些部位会产生电极电位差异，形成电位差，产生阳极反应以及阴极反应，在此过程中会有电子的移动，形成腐蚀过程，使得阳极腐蚀而阴极得到保护。在这过程中，钢构表面有电位差、阴阳极见有接触、阴阳极处于联通的介质当中，三个条件是产生电化学腐蚀的3个要素。
1.3水工钢结构的腐蚀特征
水工钢结构，由于其长期浸泡在各类水质，如海水、淡水、工业酸碱废水等当中。其处于水体当中，受水位变化、波浪起伏、飞溅形成的潮湿喷雾蒸汽等各类作用的影响，并且极易处于干湿交替、阴暗潮湿的工作环境当中，此外，它还会不定期受到高速水流、泥沙漂浮物产生的冲刷作用，和阳光照射、空气污染、水生物附着等诸多因素的综合影响作用，所以水工钢结构的运行环境是极其恶劣的，这就导致了腐蚀现象横生。
水工钢结构腐蚀后的表面会呈现凹凸不平、兽皮泛起、锈蚀孔洞等诸多特征，并且没办法对其定量化描述。其中钢结构一开始锈蚀时会呈现表面发暗，当为轻锈时呈现暗红色，进一步会呈现出褐色或者是棕黄色，更严重的就会是棕色、褐色疤痕、锈坑等，通常化学反应后的产物FeO、Fe2O3、Fe3O4三者是同时存在于腐蚀区域的。
2常见的金属防腐措施
2.1在金属表面覆盖保护层
这是最常见也最简单的金属防腐措施，尤其该措施对相关技术要求不高、操作简易，在实际生活中应用非常广泛。首先是涂矿物质油脂、油漆或者覆盖搪瓷塑料等保护层，这种方法无需专业工具，简单涂刷就能完成，操作性非常强。也可以在金属表面镀一层抗蚀金属，用不活泼的金属覆盖活泼金属并阻止其与空气接触，一般有电镀、热镀和喷镀法。也可以喷涂致密氧化膜来起到防腐作用，只不过这种方法对工艺要求较高，如烤蓝。
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2.2改变金属内部组成
通过对金属内部组成结构的改变，可以增强金属抗腐蚀能力，这种方法的持久性及美观性都非常不错，最经典的例子就是制成不锈钢。不锈钢的耐腐蚀性取决于铬，当在钢中添加的铬含量达到10.5%时，制成的不锈钢耐腐蚀性就会明显提升。铬对钢进行合金化处理，并形成极薄的富铬氧化物保护钢表面，而且当表面损毁时会重新形成这种富铬氧化物继续进行保护。
2.3牺牲阳极的阴极保护法
牺牲阳极的阴极保护法通常是在要保护金属处连接更为活泼的金属，从而形成原电池并在电化学腐蚀中优先腐蚀更活泼金属，从而对要保护的金属起到了保护作用。常见牺牲阳极的阴极保护法有在船身处加一锌块来起到对船身的保护作用，不过需要定期对锌块进行更换，防止锌块耗尽而使船身遭到腐蚀。
2.4外加电流的阴极保护法
外加电流的阴极保护法是在要保护金属设备处外加电极并连通电路，当电路通电后，电子会强制流向被保护金属设备，从而抑制金属发生失去电子并被氧化的过程，起到对金属设备的保护作用。生活中常见的外加电流的阴极保护法是用在土壤、河水以及海水中的金属设备上，在保障设备正常运作的前提下起到防腐作用。
3有机防腐涂料的应用
3.1环氧树脂涂料
环氧树脂涂料的树脂基体是指平均每个分子含有两个(含)以上环氧基团。环氧树脂对金属表面具有优异的附着力、较低的固化收缩率和较好的机械性能，外加交联密度可控、耐化学品突出、耐溶剂性好等特点使其具有优良的耐腐蚀性能，成为涂料工业的支柱产品之一。但是环氧树脂易被氧、水和氯离子等侵袭，也存在耐热性差、耐酸性差、耐紫外线差和涂膜脆性大等缺点。为改善环氧树脂脆性大、耐紫外线差的不足，向环氧树脂中引入弹性链段，以聚氨酯改性环氧树脂为成膜物质，选取与金属离子有螯合作用的磷酸锌、三聚磷酸铝配合使用作为防锈颜料，当树脂与颜料充分混合时，涂层与基材粘结力强，在基材表面形成完整的保护层，具有良好的机械性能和优异的耐蚀性能，能够满足石油化工储罐外壁长期防腐蚀的要求。为了改善涂料性能，人们对环氧树脂进行添加填料，以顺应特种用途方面的要求。将纳米粒子作为填料添加到环氧树脂，可以提高其屏蔽性能，一定程度上阻碍环境介质的侵袭，提高耐腐蚀性能。研究了KH-69硅烷改性纳米ZrO2的环氧树脂涂层，通过KH-69硅烷增强ZrO2和环氧树脂之间的相容性，通过纳米ZrO2填料提高环氧树脂的抗化学和微生物侵蚀的能力，发现相比纯环氧树脂，改性后环氧树脂的耐腐蚀性能有显著提高。
3.2聚氨酯涂料
聚氨酯由于结构的特殊，既具有类似酰胺基的高强度、耐磨损性等特性，又具有聚酯的耐热性与耐溶剂性，使得聚氨酯涂料已成为增长速度最快的涂料品种之一。聚氨酯防腐涂料有溶剂型聚氨酯和水性聚氨酯，随着现阶段人们对涂料防腐性能及环保要求的提高，普通聚氨酯已经不能满足，因此，对聚氨酯涂料的改性成为研究热点之一。通过新的合成工艺和方法，聚氨酯分子可设计，在链段上引入具有特殊功能的分子结构，灵活调节组分，使得聚氨酯涂料具有更多防腐功能。以防腐蚀性能优异的丙烯酸对聚氨酯进行共混改性，选择环保型防腐蚀颜填料及功能助剂，进行合理的配方设计，制备出性能优异的水性防腐涂料，该涂料成本较低，施工简便，环保高效，具有广阔的市场应用前景。通过纳米材料对聚氨酯的改性可以产生叠加效应，显著影响其性能。添加改性后纳米SiO2的聚氨酯涂料性能，改性后的纳米SiO2在聚氨酯中有较好的溶解性与分散性，因此，纳米SiO2很好地填充到了钝化膜表面及其内部的孔隙中，使膜层更加致密，阻碍了腐蚀性介质对金属基体的侵蚀，结果表明改性后的聚氨酯钝化膜的耐腐蚀性有很大的提高。
3.3有机硅涂料
有机硅树脂，又称聚硅氧烷，是一种以Si-O-Si为主链，硅原子上连有有机基团的具有高度交联特性、分子量在2000~4000之间的聚合物；分子链上有机基团与无机原子结构的分布，使其具有优良的耐热、耐候、耐水性。
结束语
了解金属腐蚀原理及防腐措施，是学好金属腐蚀相关知识并在日常生活、工作中进行应用的关键，能有效减缓金属腐蚀。本文对金属防腐措施进行了简单探讨，希望能对日常金属防腐工作的进行起到帮助。
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论文作者:李连余
论文发表刊物:《防护工程》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/31
标签：金属论文; 聚氨酯论文; 环氧树脂论文; 涂料论文; 阴极论文; 电化学论文; 性能论文; 《防护工程》2018年第2期论文;