钢铁的防腐处理及其耐蚀性测试（1）

1. 钢铁腐蚀的成因和类型

钢铁的腐蚀受环境影响较大，在潮湿的大气和其他潮湿气体下的腐蚀，是最普遍的腐蚀现象。此外，由于钢铁是工业设备制造中最常用的金属，工业电解质和气体的腐蚀环境更加恶劣。通常情况下，由于受到不同因素的影响，金属腐蚀过程的形式并不是一成不变的。外部因素包括温度、压力、pH值、介质组成等；内部因素包括金属材料的化学组成、金属表面的结构状态、金属的晶型等。不同的影响因素会导致不同的腐蚀，根据腐蚀反应历程可以分为化学腐蚀和电化学腐蚀。化学腐蚀是金属与环境介质发生化学反应而产生的腐蚀现象。电化学腐蚀是金属在导电的溶液介质中发生电化学反应而产生的腐蚀现象。根据腐蚀的形态，可进-步划分为均匀的全面腐蚀和不均匀的全面腐蚀，以及点腐蚀、晶间腐蚀、电偶腐蚀、缝隙腐蚀等局部腐蚀。对于钢铁的防护可以通过涂覆涂层和镀层、施加电化学保护、添加缓蚀剂等方面进行。

2. 电镀Zn-Ni合金

在钢铁件表面电镀耐蚀性的Zn基金属镀层并进行钝化处理是防腐蚀的有效手段之一。电镀Zn-Ni(Ni的质量分数为13%)合金镀层是防护性镀层中的典型代表，具有优异的耐蚀性能，其耐蚀性是镀锌层的6倍，可用于高防护性部件或者代镉镀层，且氢脆小、可成型性好，镀层与基体结合牢固，是钢铁材料理想的防护性镀层。目前常用的Zn-Ni合金镀液主要有：硫酸盐、弱酸性氯化物及碱性锌酸盐镀液。其中，酸性镀液电镀Zn-Ni合金的阴极电流效率高(≥95%)，沉积速度快，氢脆小，容易得到镍含量多(11% ~ 15%)的镀层。碱性锌酸盐镀液分散能力高，适用于复杂工件电镀，但是阴极电流效率低(50%~ 80%)，所得镀层镍含量-般较低(6% ~ 9%)。以高镍含量酸性氯化物镀液为例，其镀液组成及工艺条件为：

由于电镀合金镀层元素比单-镀种多，因此镀液成分相对复杂。镀液的组成对镀层的质量影响较大，工艺条件也对镀层质量有较大影响。温度对合金成分影响较大，一方面影响阴极极化，另一方面影响阴极扩散层中的离子浓度。pH值对镀层中镍含量影响较大，pH值增加，镀层中的镍含量有所下降。电流密度增大，阴极电势降低，合金中电势较低的金属含量增加。合金电镀中的阳极除了导电和保持阴极电力线均匀分布外，还有补充金属离子、维持镀液稳定的重要作用，对于Zn→Ni合金电镀，锌、镍分挂、分控的阳极方式是目前普遍采用的方法。

3. Zn-Ni合金的钝化处理

Zn-Ni合金镀层和镀锌层-样，对钢铁基体来说都是阳极镀层，具有良好的耐蚀性，经过钝化处理可以进一步提高耐蚀性。例如，Zn-Ni合金镀层经过络酸盐钝化处理得到不同彩色钝化膜，其耐蚀性比镀锌层的彩色钝化膜要高出5倍以上。但是Zn-Ni合金上的钝化比镀锌层钝化要困难，尤其是当镀层镍含量增高时，钝化更加困难，当镍含量超过16%时，Zn-Ni镀层很难钝化。Zn+Ni合金镀层钝化分为彩色、黑色和白色钝化等。以彩色钝化为例，主要成分是铬酐或铬酸盐，其组分及工艺条件如下：

4. 缓蚀剂

缓蚀剂是以适当的浓度和形式存在环境(介质)中，可以防止或者减缓材料腐蚀的化学物质或复合物，缓蚀剂也称腐蚀抑制剂，是一种常用的防腐蚀措施。通常在腐蚀环境中加入少量缓蚀剂(百分之几~千分之几)，其在金属表面发生物理化学作用，能够显著降低金属材料的腐蚀速度。缓蚀剂的种类较多，按照化学组成可以分为无机缓蚀剂和有机，缓蚀剂；按电化学作用机制分为阴极型缓蚀剂、阳极型缓蚀剂和混合型缓蚀剂；按照金属表面层结构分类可分为氧化膜型缓蚀剂、沉淀膜型缓蚀剂以及吸附型缓蚀剂。氧化膜型缓蚀剂具有钝化作用，使金属表面发生氧化形成致密的氧化层，或者修复原有不完整的钝化膜，从而抑制金属的阳极溶解。沉淀膜型缓蚀剂能和金属表面阳极溶解的金属离子生成难溶的化合物，以沉淀的形覆盖在阳极表面，或者形成致密完整的氧化膜。吸附型缓蚀剂主要通过两种吸附方式达到缓蚀的目的：

①在金属表面发生吸附，覆盖了部分金属表面，减小了发生腐蚀的面积。

②在金属表面活性位点上发生吸附，降低了活性点的反应活性，降低腐蚀速度。潜面目前比较成熟的金属腐蚀检测方法有：电阻法、线性极化法、电位法和超声波测厚法。由于局部腐蚀发生的位置不确定，测试周期长，在金属耐腐蚀性能测试中，经常采用线性极化法来测试金属的腐蚀速度，Tafel曲线为经典的腐蚀测试方法，通过该曲线的分析可以得到腐蚀过程中的动力学参数。