防腐蚀涂料应用于金属/合金的技术发展现状

金属和合金在现代社会发展中起着重要的作用。随着社会的日益发展，对金属/合金的要求越来越高，需要对其表面施加具有多功能性的涂层。比如为了使金属及其合金在许多苛刻的工作条件下安全可靠地使用，必须使用涂层对其进行表面保护以及装饰处理。事实上，大多数日常产品都采用合适涂层对其表面进行处理才具有可用性和商品性。对金属/合金的表面处理可赋予材料表面保护，提高其可靠性，使其在保持经济价值的同时还能抑制腐蚀，从而对经济产生积极影响，有助于现代社会的健康可持续发展。

一、腐蚀的定义及类型

通常，腐蚀被定义为“材料通过与环境的相互反应而对金属基体造成腐蚀”。说到腐蚀，一般是指金属腐蚀，但是对于非金属如陶瓷、水泥、塑料、橡胶等材料，暴露在各种环境下也会遭到破坏或失效，这些现象也属于腐蚀。金属腐蚀主要分为以下三大类：

1.溶液腐蚀；

2.其他流体腐蚀；

3.干腐蚀。

“溶液腐蚀”是指在潮湿/溶液环境中发生的金属腐蚀。这种情况下的腐蚀几乎都属于电化学腐蚀过程，而且金属表面发生两次或更多次电化学反应就会产生溶液腐蚀。当金属暴露在腐蚀性潮湿/溶液环境中时，金属表面基本变成溶解物质或固定腐蚀产物等非金属形式。随着金属氧化为更稳定的非金属腐蚀产物，系统能量也随之降低。金属表面上均匀或不均匀地发生这种电化学过程时，该金属就被成为“电极”，该导电溶液被称为“电解质”。电化学典型的例子是钢铁生锈：钢中的金属铁被氧化为一种称为“锈”的非金属形式。

“其他流体腐蚀”是指非水环境中的金属/合金腐蚀，例如熔盐腐蚀。此外，液态金属也会发生腐蚀。在硝酸盐、卤化物、碳酸盐、硫酸盐。氢氧化物和氧化物等物质的熔融状态下的熔盐腐蚀可以通过以下几种机制进行，进而对金属/合金造成影响：

1.由于电化学侵蚀产生点蚀；

2.由于热梯度引起的质量传递；

3.熔盐与金属合金的成分反应；

4.与熔盐中的杂质反应。

除了熔盐之外，金属合金暴露于液态金属环境也会产生严重的腐蚀现象。由于具有优良的传热性能，液态金属在工业上经常作为高温还原剂或作为冷却剂使用。溶解、掺杂或间隙原子反应、合金化以及组分还原均可使液态金属产生腐蚀现象。

“干腐蚀”是指暴露于空气或其他腐蚀性气体中的金属/合金腐蚀。只有极少数集中金属暴露在这些污染气体中不会发生腐蚀，对于大多数金属来说，暴露于较高温度的气体中会增加其腐蚀速率，产生腐蚀失效。

上面是对三种主要腐蚀类型进行了详细的说明，现在重点分享潮湿或水溶液中常见的腐蚀形式。根据腐蚀金属或合金的外观，可以识别八种形式的腐蚀，具体如下：

1.均匀或全部腐蚀；

2.点蚀；

3.缝隙腐蚀（包括瘤状或沉积腐蚀、丝状腐蚀、泥状腐蚀）；

4.电偶腐蚀；

5.冲刷腐蚀（空蚀或微动腐蚀）；

6.晶间腐蚀（敏化或剥落）；

7.脱合金腐蚀（脱锌和石墨腐蚀）；

8.环境致裂（应力腐蚀开裂、腐蚀疲劳、氢损伤）。

通常，上面的这些腐蚀形式并不是各自分别发生的，在腐蚀过程中常常存在几种腐蚀类型一起出现的情况。腐蚀可以发生肉眼可见的宏观腐蚀现象，也可以发生肉眼不可见的微观腐蚀现象。对于后一种肉眼不可见的腐蚀情况，需要借助高倍放大镜进行检查。如果通过肉眼可以观察到腐蚀现象，就表明结构完整性已经收到破坏。

二、金属腐蚀/预防的成本

目前，全球各国受腐蚀的影响十分严重，金属腐蚀几乎影响从基础设施到制造业的所有工业部门，具体涵盖如下：

1.基础设施——公路桥梁、天然气/液体输送管道、水路/港口、机场、铁路；

2.公用事业——天然气分配、饮用水/下水道系统、电力设施、电信；

3.运输——机动车辆、轮船、飞机、铁路车辆、危险材料运输；

4.生产/制造——石油/天然气开采/生产、采矿、石油精炼、化学/石化/制药、纸浆/造纸、农业生产、食品加工、电子、家用电器；

5.政府部门——国防、核废料储存等。

据统计，全球每年因金属腐蚀造成的直接经济损失高达7000亿美元，是地震、水灾、台风等自然灾害造成损失综合的6倍。我国因金属腐蚀造成的损失占国民生产总值（GNP）的4%左右，钢铁因腐蚀而报废的数量约占钢铁当年产量的25%-30%。这些数据只是与腐蚀有关的直接损失数据，间接损失数据更是难以统计，甚至可以达到2-2.5万元美元的惊人数字。

三、金属防腐蚀方法

金属防腐蚀的手段很多，如采用耐腐蚀金属材料、电化学保护法、添加缓蚀剂、涂刷防腐蚀涂料等。其中，采用防腐蚀涂料比较普遍。这主要是由于采用涂料防腐蚀的使用范围广、施工方便、成本较低，而效果又较令人们满意的缘故。防腐蚀涂料作为金属防腐蚀的主要手段，全球各国多年来投入了大量的人力物力进行研究。

当前，在金属防腐蚀涂料产品方面，英国、美国、德国和日本等发达国家仍处于首要地位。防腐蚀涂料的品种很多，重防腐类主要有纳米复合树脂、高分子树脂、杂化改性树脂、复合交织树脂等，应用于不同严苛环境的防护。据报道，日本每年采用防腐蚀涂料所消耗的费用达2万亿日元，占各种防腐蚀措施总费用的65%左右，防腐蚀涂料在国民经济建设中的地位可见一斑。我国通过几十年的努力，在防腐蚀涂料领域也已取得了明显的成果，以高技术纳米复合树脂、高分子树脂、杂化改性树脂、复合交织树脂为基料的特种防护涂料已被开较广的用于各种特殊工况防护工程中。