钢铁防锈研究

钢铁防锈研究

班级：高2012级7班 ：指导老师：张永强： 组长；贾鑫： 小组成员：黄一鹏

摘要：当今社会，钢铁的重要地位不言而喻，自古以来他对人们生活，社会的进步都起着至关重要的影响。可以说，没有钢铁，就没有我们如今发达的社会。但众所周知，人类社会每年因钢铁生锈而造成的损失，数额巨大，所以如何做好钢铁的防锈工作便十分关键。为此，我们小组决定对这个问题进行了进一步的研究，深入了解了许多有关这方面的知识，希望能对大家有所帮助。

为此我们上网、去图书馆搜集各项资料，向有关专业人士进行仔细的询问，并综合分析了各种搜集回来的资料信息。得出钢铁生锈的原因及过程，并为此总结了几条防止钢铁生锈的措施。

关键词：铁锈，电化学腐蚀，析氢腐蚀，防护

前言：钢铁在我们日常生活中有着重要的作用，我们住的房子有钢铁的影子,, 做的车是钢铁组成的, 穿的衣服是用钢铁做的设备生产的，日常出行的交通工具，飞机、火车，无不与钢铁有密切联系。而在国防建设中，钢铁同样占有很大的作用 ,在武器装备中钢铁更是必不可少的成分。有人说过，人类社会如果没有石油将后退最多100年左右，但是如果失去了钢铁，我们的社会会倒退上千年，这足以见得钢铁对我们人类的重要性。据估计，全世界现存的钢铁及金属设备大约每年腐蚀率为10％，全世界每年因腐蚀损失约等于7000亿美元，一般看来，由于腐蚀所造成的经济损失约占国民经济总产值的2％至4％。不仅如此，设备还会因锈蚀而损坏，引起停工停产，使产品质量下降，对社会财富造成巨大的损失! 锈是钢铁的大敌。所以如何保护钢铁，防止其生锈变质，增加其使用年限成为了人们普遍关注的话题。如果做好钢铁的防锈工作，一来可以有效缓解社会对于钢铁的需求，同时又可有效的保护钢铁资源，做到可持续发展。

正文：钢铁是由铁，碳等元素组成的，在潮湿的空气中，由于受水，氧气，二氧化碳等物质的作用，发生了一系列复杂的化学反应，表面上很容易生成铁锈。铁锈的成分很复杂，主要是氧化铁。铁锈是一种输送多孔的物质，易吸水。因此，当钢铁有铁锈生成，不仅不能保护内层铁不被腐蚀，反而会加快钢铁制品的生锈速度，出现层层脱落的现象。钢铁的生锈一般可以分化学腐蚀和电化学腐蚀两类。钢铁与其周围的气态或液态的介质，直接发生化学反应而引起的腐蚀，叫做化学腐蚀，钢铁在常温下较稳定，但在高温下就容易被氧化，生成疏松易脱落的氧化层。钢铁与电解质溶液相连接，由电化学作用而引起的腐蚀，叫做电化学腐蚀。形成原电池是电化学腐蚀的特征。电化学腐蚀在常温下亦能发生，不仅在金属表面，甚至深入金属内部，因此，比化学腐蚀更快，更普遍，危害更大。

下面介绍两种具体的腐蚀情况：

（1）析氢腐蚀

钢铁中常含有石墨和碳化三铁，它们不易失电子，但能导电。当钢铁暴露在潮湿空气中，表面吸附并盖了一层水膜，由于水电离出的氢离子，加上溶解于水的CO 2或SO 2所产生的氢离子，增加了电解质溶液中H ＋的浓度。

因此，铁和石墨或杂质，与周围的电解质溶液形成了微型原电池。在这里，

铁为阳极，石墨（或杂质）为阴极 Fe2＋进入水膜与水膜中OH －结合，附着在钢铁表面。最终生成Fe （OH ）3，Fe （OH ）3及其脱水物Fe 2O 3是红褐色铁锈的主要成分，

铁锈的成分比较复杂，一般可简单地以Fe 2O 3表示。负极多余电子移向石墨，正

极使H ＋还原H 2。氢气在石墨上析出，促进了铁的不断锈蚀。这种腐蚀过程中有

氢气放出的叫做析氢腐蚀。铁的析氢腐蚀一般只在酸性溶液中发生。

（2）吸氧腐蚀

在一般情况下，由于水膜接近于中性，H ＋浓度较小，则在正极石墨上吸电子的不是H ＋而是溶解于水中的氧。而最终结果仍是氧化成Fe （OH ）3进而形成疏松

的铁锈。因此金属在含有氧气的电解质溶液中也能引起腐蚀，这种腐蚀叫做吸氧腐蚀。

与此同时，钢铁的电化学腐蚀和化学腐蚀不是截然分开的，化学腐蚀中也包含电化学腐蚀。

了解完钢铁腐蚀的原因，所以我们知道钢铁的防锈蚀主要应从它的本性和周围介质两方面采取措施。下面具体列了几条防护措施：

1、将钢铁与其他物质组成合金，以改变金属内部组织结构。例如：在钢中加入Fe,Ni,Cr,Co,Mo,V,Ti,Mn,Al,Zr,W,Nb 增强防腐能力。

2、涂上防锈材料，如机油、凡士林，防锈油脂等作为暂时性的防腐措施。而为了长期防腐常用保护膜法。例如，钢铁表面覆盖一层致密的蓝色或黑色氧化物Fe 3O 4，通常叫“发蓝”或“发黑”。又如，在钢铁表面涂上一层非金属薄膜，

如油漆、沥青、橡胶、陶瓷等非金属涂料。再如，利用某些金属如锌、锡、铬、镍等表面形成一层致密氧化膜的性质，用电镀法，浸镀法，喷镀法，将上述金属镀在钢铁的表面，防止空气和水对金属铁的腐蚀。

3、在存放钢铁时应保持钢铁表面的干燥，及时清洁钢铁的表面，对于表面上所沾染的一些盐类、或酸类物质应及时清洗。因为这些物质的存在，将会加快钢铁的腐蚀。

4、应尽量把钢铁制品放在干燥阴凉的地方，做好防潮措施，最好处在一种真空环境，尽可能不去受外界的干扰。减少与外界的接触，将有效降低钢铁生锈的几率，成功防止钢铁生锈

钢铁生锈有诸多害处，但我们有时候也可以换一种角度去看待问题，试着去利用钢铁生锈这一过程。

在人们研究防止钢铁生锈的过程中，有人就注意到钢铁在生锈的过程中，伴随着一个极其普遍的化学反应现象——放热。利用这个化学反应放出的热量作为热源而发明了一种发热剂。这种发热剂的主要成分是铁粉、活性炭、食盐水、木屑等。发热剂和空气接触时，铁屑就要发生一系列复杂的化学反应而生锈，同时放出大量的热。为了加快铁生锈的速率，必须提高铁和空气的接触面，把铁粉的粒度做的很小其直径一般在0.15mm 以下。发热剂中的食盐和活性炭也能加快铁生锈的速度。把发热剂装入塑料袋中，然后再进一步包装，就可以制成各种各样的热散敷袋或化学暖炉。用于取暖或用于医疗保健。温度可维持在50℃～60℃，并能持续很长时间。

结论：对于人们来说，钢铁的生锈是难以避免的。但我们应该努力做好各种防锈措施，尽量把因钢铁而造成的损失降到最低。这样既可有效的节约钢铁资源，又可减少每年在这方面的损失开支。

参考文献：（1）析氢腐蚀

钢铁中常含有石墨和碳化三铁，它们不易失电子，但能导电。当钢铁暴露在潮湿空气中，表面吸附并盖了一层水膜，由于水电离出的氢离子，加上溶解于水的CO 2或SO 2所产生的氢离子，增加了电解质溶液中H ＋的浓度。

因此，铁和石墨或杂质，与周围的电解质溶液形成了微型原电池。在这里，铁为阳极，石墨（或杂质）为阴极 Fe2＋进入水膜与水膜中OH －结合，附着在钢铁表面。最终生成Fe （OH ）3，Fe （OH ）3及其脱水物Fe 2O 3是红褐色铁锈的主要成分，

铁锈的成分比较复杂，一般可简单地以Fe 2O 3表示。负极多余电子移向石墨，正

极使H ＋还原H 2。氢气在石墨上析出，促进了铁的不断锈蚀。这种腐蚀过程中有

氢气放出的叫做析氢腐蚀。铁的析氢腐蚀一般只在酸性溶液中发生。

（2）吸氧腐蚀

在一般情况下，由于水膜接近于中性，H ＋浓度较小，则在正极石墨上吸电子

＋的不是H 而是溶解于水中的氧。而最终结果仍是氧化成Fe （OH ）3进而形成疏松

的铁锈。因此金属在含有氧气的电解质溶液中也能引起腐蚀，这种腐蚀叫做吸氧腐蚀。