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镀锌层保护钢铁二十年以上不锈蚀的行为与机理

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2022-12-12 14:47:21

来源:澳洲威尼斯精品区

        下图为长沙电厂前新建设的铁塔,外观干净大方,闪闪发光。然而距离其500米的旧铁塔确是黑黝黝的样子,走进仔细观察却没有发现锈迹。这是为什么呢?

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一、锌的腐蚀特点
       锌与铁相比,是一种更为活泼的金属元素,更容易被氧化腐蚀。但由于其腐蚀反应生成物的性质不同,所以锌的腐蚀有根本上的不同。锌在干燥无水的环境下也会和空气中的氧发生反应,生成氧化锌。这也与铁氧化后的“红锈”不同,其颜色是白色的,所以叫“白锈”:

锌在潮湿的空气中则发生有氧参与的电化学腐蚀,也生成Zn(OH)2。但空气中的CO2会进一步的与反应,生成ZnCO3,其颜色变得稍黑,在锌表面形成不均匀的黑色区域:

        这样,在大气的环境下,锌的表面覆盖了一层锌的氧化物、碳酸锌和氢氧化锌构成的氧化膜,这一层氧化膜比较致密,粘附性也较好,能将空气中的氧与内部组织隔离开,防止内部的锌基体继续被氧化。这与钢铁的氧化有着很大的区别,所以锌的耐腐蚀性要比钢铁的耐腐蚀性好得多。按照腐蚀损失量比,钢铁的腐蚀损失量是锌的15~30倍,不过在受到污染的大气中,锌的耐腐蚀性会受到很大的影响。

二、镀锌为什么能防腐蚀
        镀锌层对钢铁的保护作用主要有以下几种情况:
(1)当镀锌板表面完好时,只发生锌的腐蚀,由于锌腐蚀的产物对锌有较好的屏蔽保护作用,所以腐蚀速度会非常慢,寿命是未镀锌钢板的15~30倍。
(2)当镀锌层遭到局部破坏,钢铁从伤口中暴露在环境之中,如果镀层是有机涂层暴露出的钢基很快会被腐蚀,但镀锌板特有的牺牲保护性能,使腐蚀速度变得很慢。在这种情况下,镀层中的锌与钢带中的铁在潮湿的环境中组成了原电池,由于锌的标准电极电位只有-0.76V低于铁的-0.44V,因而锌作为阳极被氧化,而铁作为阴极得到保护。由于锌的腐蚀产物很致密,反应速度很慢,能将破损处封闭住,从而使耐腐蚀性能大大提高。这种防腐蚀方法叫做“阴极保护”。

小结
       镀锌钢板在整个使用寿命周期内,首先发生的腐蚀是表面镀锌层的氧化,生成“白锈”。时间稍长以后,表面的“白锈”进一步在潮湿的空气中与二氧化碳等杂质气体反应,生成锌盐,使涂层变得暗淡无光。这种锌盐层较为致密,可以保护钢铁,使腐蚀介质不易通过这种致密的锌盐层接触到钢铁,且未被氧化的锌同时起到阴极保护的作用。即使镀锌层破损,锌将‘牺牲’自己使破损处产生锌盐阻止介质继续腐蚀钢铁。 

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