鍍鋅層保護鋼鐵二十年以上不銹蝕的行為與機理
下圖為長沙電廠前新建設的鐵塔,外觀干凈大方,閃閃發(fā)光。然而距離其500米的舊鐵塔確是黑黝黝的樣子,走進仔細觀察卻沒有發(fā)現(xiàn)銹跡。這是為什么呢?
新 鐵 塔
舊 鐵 塔
一、鋅的腐蝕特點
鋅與鐵相比,是一種更為活潑的金屬元素,更容易被氧化腐蝕。但由于其腐蝕反應生成物的性質(zhì)不同,所以鋅的腐蝕有根本上的不同。鋅在干燥無水的環(huán)境下也會和空氣中的氧發(fā)生反應,生成氧化鋅。這也與鐵氧化后的“紅銹”不同,其顏色是白色的,所以叫“白銹”:
鋅在潮濕的空氣中則發(fā)生有氧參與的電化學腐蝕,也生成Zn(OH)2。但空氣中的CO2會進一步的與反應,生成ZnCO3,其顏色變得稍黑,在鋅表面形成不均勻的黑色區(qū)域:
這樣,在大氣的環(huán)境下,鋅的表面覆蓋了一層鋅的氧化物、碳酸鋅和氫氧化鋅構成的氧化膜,這一層氧化膜比較致密,粘附性也較好,能將空氣中的氧與內(nèi)部組織隔離開,防止內(nèi)部的鋅基體繼續(xù)被氧化。這與鋼鐵的氧化有著很大的區(qū)別,所以鋅的耐腐蝕性要比鋼鐵的耐腐蝕性好得多。按照腐蝕損失量比,鋼鐵的腐蝕損失量是鋅的15~30倍,不過在受到污染的大氣中,鋅的耐腐蝕性會受到很大的影響。
二、鍍鋅為什么能防腐蝕
鍍鋅層對鋼鐵的保護作用主要有以下幾種情況:
(1)當鍍鋅板表面完好時,只發(fā)生鋅的腐蝕,由于鋅腐蝕的產(chǎn)物對鋅有較好的屏蔽保護作用,所以腐蝕速度會非常慢,壽命是未鍍鋅鋼板的15~30倍。
(2)當鍍鋅層遭到局部破壞,鋼鐵從傷口中暴露在環(huán)境之中,如果鍍層是有機涂層暴露出的鋼基很快會被腐蝕,但鍍鋅板特有的犧牲保護性能,使腐蝕速度變得很慢。在這種情況下,鍍層中的鋅與鋼帶中的鐵在潮濕的環(huán)境中組成了原電池,由于鋅的標準電極電位只有-0.76V低于鐵的-0.44V,因而鋅作為陽極被氧化,而鐵作為陰極得到保護。由于鋅的腐蝕產(chǎn)物很致密,反應速度很慢,能將破損處封閉住,從而使耐腐蝕性能大大提高。這種防腐蝕方法叫做“陰極保護”。
小結
鍍鋅鋼板在整個使用壽命周期內(nèi),首先發(fā)生的腐蝕是表面鍍鋅層的氧化,生成“白銹”。時間稍長以后,表面的“白銹”進一步在潮濕的空氣中與二氧化碳等雜質(zhì)氣體反應,生成鋅鹽,使涂層變得暗淡無光。這種鋅鹽層較為致密,可以保護鋼鐵,使腐蝕介質(zhì)不易通過這種致密的鋅鹽層接觸到鋼鐵,且未被氧化的鋅同時起到陰極保護的作用。即使鍍鋅層破損,鋅將‘犧牲’自己使破損處產(chǎn)生鋅鹽阻止介質(zhì)繼續(xù)腐蝕鋼鐵。
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