第3章　鋼鐵表面用鋅覆蓋層防腐蝕技術及產品

3.1　概述

3.1.1　覆蓋層的分類

在金屬表面上施用覆蓋層是防止金屬腐蝕最普遍最重要的方法。覆蓋層的作用在于使金屬制品與外界介質隔離開來，以阻止金屬表面層上微電池起作用進而發生腐蝕。覆蓋層一般應滿足以下基本要求：①結構緊密，完整無孔洞，能阻止介質透過；②與金屬基材有很強的黏結力；③表面硬度較高，耐摩擦磨損；④均勻地分布在被保護的基材表面。工業上應用普遍的覆蓋層分如下四類：①金屬覆蓋層；②非金屬覆蓋層；③用化學和電化學方法形成的覆蓋層；④暫時性覆蓋層。覆蓋層的詳細分類見圖3-1。

3.1.2　金屬覆蓋層

金屬覆蓋層保護即用一種金屬或合金在另一種被保護金屬表面形成連續均勻的保護層，以防止該基體金屬受到腐蝕。被保護的金屬制品稱之為基體，前一種金屬或合金稱為覆蓋層。金屬覆蓋層可分為陽極覆蓋層和陰極覆蓋層兩種。如果覆蓋層金屬在介質中的電勢比基體金屬電勢更正，則前者為陰極，后者為陽極，故稱為陰極覆蓋層。這種覆蓋層的金屬通常耐腐蝕性很強，只有當它足夠完整，并且能耐介質腐蝕以及阻止介質滲透到基體金屬表面，才能可靠地保護基體金屬。鋼鐵表面常用的陰極覆蓋層金屬為鉛、錫、鎳等。如果覆蓋層金屬在介質中的電勢比基體金屬電勢更負，則前者為陽極，后者為陰極，故稱為陽極覆蓋層。陽極覆蓋層的優點就是即使覆蓋層有一些微孔，由于覆蓋層金屬本身的電化學保護作用，仍然能夠使基體金屬得到保護。用鋅涂鍍層來保護鋼鐵就是典型的陽極覆蓋層保護。金屬覆蓋層保護方法類型包括電鍍、熱噴鍍、滲鍍、熱浸鍍、達克羅等。

3.1.3　鋅覆蓋層的犧牲陽極保護法電化學機理

犧牲陽極法是陰極保護的重要手段之一，采用犧牲陽極法對金屬構件實施陰極保護時，犧牲陽極在電解質環境中與被保護的金屬構件連接，通過犧牲陽極金屬或合金材料的有限溶解，釋放出的電流使金屬構件陰極極化到保護電位而實現保護。鋅是犧牲陽極法常用的陽極材料，鋅的標準電極電位為-0.76V，較鐵的-0.44V活潑，且作為鋅陽極具有極高的電流效率。利用鋅對鋼結構進行電化學保護，具有時效長、易于管理和維護的優點。

鋼鐵腐蝕過程的全反應是陽極反應和陰極反應的組合。當鋼鐵表面有水分存在時，就發生鐵電離的陽極反應和溶解態氧還原的陰極反應，相互以等速率進行。其反應式如下：

在腐蝕過程中，鋼結構表面會析出氫氧化亞鐵Fe（OH）2，再被溶解氧化成氫氧化鐵Fe（OH）3，并進一步生成nFe2O3·mH2O（紅銹），氧化不完全的變成Fe3O4（黑銹），造成結構的破壞。

而在鋼結構表面覆蓋上鋅之后，鋅粉作為陽極會優先與腐蝕介質反應：

圖3-2為鋅的犧牲陽極保護法電化學反應示意圖。

由于氧分子與電子之間親和力很強，電子容易在Zn2+/Zn電場作用下穿過雙電層，使氧分子還原成OH-。陰極區的氧去極化反應使鋅電極界面的pH值升高或OH-富集，當OH-、Zn2+的濃度超過Zn（OH）2的濃度積時，Zn（OH）2便沉積在電極表面形成覆蓋膜，并隨后進一步與腐蝕介質接觸生成ZnO、ZnCO3、ZnCO3·2Zn（OH）2·H2O等粉末，除繼續起到電化學保護作用外，同時也對鋼鐵基體起到化學鈍化作用。