金属腐蚀及其腐蚀机理

    金属是现代机械工业、国防工业、石油工业以及其它部门最重要的结构材料，但它易受外界环境或介质的化学、电化学的作用引起变质或损坏，这就是人们通常所说的金属腐蚀。金属跟接触到的物质（如O2、Cl2、SO2等）直接发生化学反应而引起的腐蚀叫做化学腐蚀。一般情况下，温度的升高会加快化学反应速率。因此，温度对化学腐蚀的影响较明显。金属表面与介质如潮湿空气或电解质溶液等，因形成微电池，金属作为阳极发生氧化而使金属发生腐蚀。这种由于电化学作用引起的腐蚀称为电化学腐蚀。化学腐蚀和电化学腐蚀都是铁等金属原子失去电子变成阳离子的过程。也就是说，金属在腐蚀过程中，发生了氧化还原反应。

     腐蚀是使材料破坏的主要形式之一，对国民经济和国防建设中的各个部门造成很大的损失。据一些发达国家的统计，每年由于金属腐蚀所造成的直接经济损失约占国民经济总产值的2～4％，至少达100多亿元，其危害也十分惊人。

    为避免锈蚀，减少损失，人们采用了各种各样的方法，用防锈油脂来保护金属制品，便是目前最常见的防护方法之一。钢铁腐蚀会生成铁锈，铁锈是一些铁的氧化物的统称，通常为红色，由铁和氧气在潮湿环境下生成。不同情况下会生成不同形式的铁锈。铁锈主要由三氧化二铁水合物Fe2O3·nH2O和氢氧化铁(FeO(OH), Fe(OH)3)组成。在足够的时间后，同时在氧气和水充足的情况下，铁会完全氧化成锈。在潮湿的空气里，钢铁表面吸附了一层薄薄的水膜。水电离出少量的H⁺和OH^-，同时由于空气中CO₂的溶解，使水里的H⁺增多：H2O + CO2 =H2CO3 =H⁺ + HCO₃^-，这样在钢铁表面形成了一层电解质溶液的薄膜，它跟钢铁里的铁和少量的碳构成无数微小的原电池。在负极，铁失去电子而被氧化成Fe²⁺：Fe – 2e^- = Fe²⁺，在正极，有两种情况：①吸氧腐蚀：2H2O + O2 + 4e^- = 4OH^- ②析氢腐蚀：2H⁺+2e^- = H2。

    全世界每年由于锈蚀而报废的金属约占世界金属全年产量的20-40％，其中钢铁的锈蚀占金属锈蚀的1/2，资源浪费十分严重。据报道：在英国，每90s就有1吨钢铁因为锈蚀而废弃，金属锈蚀使英国每年损失约50亿英镑，这个数字比英国政府每年用于中等教育的总和还多。据统计，在工业发达的美国，每年因金属锈蚀造成的经济损失高达3000亿美元。 而在我国每年因金属锈蚀的钢材占钢材总产量的20%，约有30%的设备因锈蚀而报废，既污染环境，又浪费了大量资源和能耗。