钢材被腐蚀出来的金属为什么

1. 钢铁为什么被腐蚀

方程式：

形成原电池，发生吸氧腐蚀：

负极(Fe)：2Fe - 4e⁻ = 2Fe²⁺

正极(C)：O₂ + 4e⁻ + 4H₂O = 4OH⁻

这是电化学腐蚀当中一个比较典型的例子。钢铁在潮湿的空气中表面会形成一薄层水膜，水膜又溶解有来自大气中的二氧化碳、二氧化硫、硫化氢、等气体，使水膜中含有一定量的氢离子，结果在钢铁表面形成了一层电解质溶液的薄膜，它跟钢铁里的铁和少量的碳恰好构成了原电池。

由于在腐蚀过程中不断有氢气放出，所以叫做析氢腐蚀，这是在酸性环境中引起的腐蚀。如果钢铁表面吸附的水膜酸性很弱或呈中性，但溶有一定量的氧气，此时就会发生兆派稿吸氧腐蚀。

电化学腐蚀就是金属和电解质组成两个电极，组成腐蚀原电池。例如铁和氧气，因为铁的电极电位总比氧的电极电位低，所以铁是负极，遭到腐蚀。特征是在发生氧腐蚀的表面会形成许多直径不等的小鼓包，次层是黑色粉末状溃疡腐蚀坑陷。

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电解质溶液，它跟钢铁里的铁和少量的碳恰好形成无数微小的原电池。在这些原电池里，铁是负极，碳是正极。铁失去电子而被氧化.电化学腐蚀是造成钢铁腐蚀的主要原因。

金属材料与电解族孝质溶液接触 ， 通过电极反应产生的腐蚀。电化学腐蚀反应是一种氧化还原反应。在反应中，金属失去电子而被氧化，其反应过程称为负极反应过程，反应产物是进入介质中的金属离子或覆盖在金属表面上的金属氧化物（或金属难溶盐）。

介质中的物质从金属表面获得电子而被还原，其反应过程称为正极反应过程。在正极反应过程中，获得电子而被还原的物质。

无论采用金属覆盖层还是非金属覆盖层，都要与基体金属要有良好的结合力，在施工前都要先对设备进行表面清理，然后再进行覆盖层的施工。表面清理的主要方面就是除油、除锈。除油的方法有化学除油和电化学除油。化学除油主要是用有机溶剂、碱液清洗。

现在又出现了一些新型的合成洗涤剂。少量的合成洗涤剂加入高温、高压的水流中，清洗金属表面的油污，具有速度快、清洗干净等优点，但需要专用清洗设备。

金属表面除锈的方法有机械除锈法、酸洗除锈法。随着科技的进步，现在出羡蔽现了一种新型的除锈方法，即用酸洗的酸加上缓蚀剂和填充剂制成酸洗膏，涂抹在金属表面，待除锈后再用水冲洗干净，再涂钝化膏，使金属钝化，不再生锈。

2. 钢材的腐蚀主要是化学腐蚀

钢材的腐培悉蚀主要是化学腐蚀的原因活泼的金属失去电子而被氧化。
1、反应过程称为阳极反应过程，反应产物是进入介质的金属离子或覆盖金属表面的金属氧化物，钢材的腐蚀机理常温卜中弯下钢铁的腐蚀主要是电化学腐蚀，不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失去型闷电子而被氧化，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。

3. 钢铁为何会腐蚀

腐蚀是金属表面部分或者全部剥离、溶解或软化的化学反应。“生锈”经常被误用或者误解，它仅仅指铁和钢。“腐蚀”不仅包含黑色金属，而且包含有色金属。以下内容主要讨论腐蚀的成因和纠正措施。

移除热量是金属加工液最重要的功能之一。有效移除热量，就能保证刀具的良好使用寿命，以及工件的几何精度。和油相比，水在移除热量方面性能更卓越；但纯水和新加工的金属接触后会导致腐蚀。因此，腐蚀是每位用户，也是水基金属加工液制造商必须面对的问题。干切削过程也会面对腐蚀问题，并不仅仅由水基金属加工液引起。引起金属表面腐蚀有许多种原因，下面做具体介绍。

1季节性腐蚀

腐蚀可以发生在一年内的任何时候。一般来说，7～9月的温度和相对湿度较高，在美国东部和中西部更容易发生腐蚀。干旱地区，如克罗拉多州、新墨西哥州、亚利桑那州、犹他州及加州，这些地方的相对湿度较低，腐蚀情况就很少发生。

2手印腐蚀

当工件接触人手后，就容易发生腐蚀。搬运过程中新机床和金属工件表面留下的手印，会导致腐蚀。这种情况普遍存在于皮肤呈酸性的人群，以及表面光洁度高的工件。使用手印中和剂能防止类似的手印腐蚀。

随着温度上升，包括腐蚀在内的化学反应速度就会更快。夏季高温和空气中的水分和氧气也是加速腐蚀的原因。

当水分凝结在工件表面，就会形成电池的电解液。秋冬季节能提供防锈保护的加工液浓度，当湿度持续上升时，就不再提供有效的防锈保护。因此，适当的浓度调整非常必要。秋冬季节，浓度1:30(3.3%)已经足够；但湿热季节，浓度可能需要提高到1:25(4%)，或者不再看到工件表面生锈为止。需要注意的是，提高中央槽系统的浓度，会导致泡沫和皮炎问题。金属加工液用户也可能需要增加防锈添加剂，这取决于金属加工液的种类、用户对化学品的限制、添加剂的有效性以及所使用的加工液。
3pH

pH值是金属加工液控制腐蚀的一个重要参数。超过9的高pH值，可以保护黑色金属，但对有色金属腐蚀防护不利，如：铝、黄铜和青铜。

水硬度会影响加工液的平衡，不同地理区域的水硬度是不同的，调节水硬度会优化加工液的表现性能。

单机条件下如果pH值较低，最简单的解决方法是倾倒和清洗，然后按照推荐浓度加新鲜金属加工液。如果是加工黑色金属的中央槽系统，可以用适当添加剂，将pH值调整到8.8~9.2。如果pH值特别高，往往是金属加工液已经受到污染，需要倾倒和换新液。

4污垢再循环

金属加工液的金属微粒，往往被认为是“污垢”或“碎屑”。如果没有及时清理，碎屑会在工件表面堆积而形成电池，碎屑下面的金属往往会生锈。单机条件下，应及时排空—清洗—用清水冲洗，按照推荐浓度加新鲜金属加工液。

5水

通常水中的化学物质是积累的，会提高加工液的腐蚀程度。所有水包含离子，部分离子富有侵蚀性，会导致大部分金属腐蚀。水含有超过100×106的氯化物、超过100×106的硫化物，或50×106硝酸盐，这些离子被认为富有侵蚀性。氯化物、硫化物和硝酸盐破坏金属表面的防护层，导致腐蚀。持续加水会提高中央槽系统的氯化物、硫化物和硝酸盐含量。金属加工液使用时间越长，离子的侵蚀性更高。

每种金属加工液的配方，都需要维持浓度来发挥“最佳点”。定期检测金属加工液浓度，可以避免加工性能和环境问题。

如果用户怀疑水有侵蚀性时，可取样并通过全分析来确定。当中央槽系统的金属加工液被怀疑导致腐蚀，请取样并检测离子含量。当氯化物、硫化物和硝酸盐浓度超过可接受范围，可使用去离子水或者蒸馏水作为工艺用水，也可选择防腐蚀性能高的金属加工液。

溶解在水中的固体，可以破坏金属加工液很多的渴望性能。最熟悉的例子就是“水硬度”，是由于钙和镁离子溶解在水中引起。

二价离子和皂类、润湿剂和乳化剂反应所形成化合物，溶解度会降低。这种不溶解的成分，耗竭机床和工件防锈剂。硬水指的是含量超过250×106碳酸钙或者15“德国克”(德国硬度标准)。硬度越高，越容易产生腐蚀。

电导率是另一个检测金属加工液中溶解离子的方法。高电导率增加了腐蚀、金属加工液的不稳定、残留物和其他问题。超过4MilliSiemens/cm被认为高电导率。
3pH

pH值是金属加工液控制腐蚀的一个重要参数。超过9的高pH值，可以保护黑色金属，但对有色金属腐蚀防护不利，如：铝、黄铜和青铜。

水硬度会影响加工液的平衡，不同地理区域的水硬度是不同的，调节水硬度会优化加工液的表现性能。

单机条件下如果pH值较低，最简单的解决方法是倾倒和清洗，然后按照推荐浓度加新鲜金属加工液。如果是加工黑色金属的中央槽系统，可以用适当添加剂，将pH值调整到8.8~9.2。如果pH值特别高，往往是金属加工液已经受到污染，需要倾倒和换新液。

4. 钢铁生锈的原因

钢铁锈蚀是铁与氧气、水蒸气共同反应的结果，铁的化学性质较为活泼，这回是铁易锈答蚀的内因，水分是使铁容易生锈的物质之一。光有水也不会使铁生锈，只有当空气中的氧气溶解在水里时，氧在有水的环境中与铁反应。有些不活泼的金属不易与氧气等反应，所以抗腐性强。但有些金属的化学活动性比铁强，抗腐蚀性却很强，如铝、锌等，这是因为它们与氧气反应后形成致密的氧化物薄膜，阻止了铝、锌等进一步被氧化。 铁生锈主要有两前提个条件：一个是氧气，另一旦范测既爻焕诧唯超沥个是水。铁暴露在空气中生锈实际上涉及到了原电池反应。铁与碳形成了原电池（因为铁不是纯的，里面含有C等其它元素）。 这里的反应方程式是：4Fe+6H2O+3O2=4Fe(OH)3 2Fe(OH)3=Fe2O3 + 3H2O 铁锈主要成分为氧化铁（Fe2O3），铁锈疏松多孔，不仅不能防止钢铁制品与空气、水接触，还会把空气和水分保留在钢铁制品的表面，进一步加剧钢铁的锈蚀。铁锈是一种棕红色的物质，它不像铁那么坚硬，很容易脱落，一块铁完全生锈后，体积可胀大8倍。如果铁锈不除去，这海绵状的铁锈特别容易吸收水分，铁也就烂得更快了。所以钢铁制品表面的铁锈应及时除去。

5. 为什么会发生腐蚀

钢材腐蚀原理钢材表面与周围介质发生作用而引起破坏的现象称为腐蚀（回也称锈 蚀）。腐蚀不仅使钢材答的有效截面面积减小，还会产生局部锈坑，引起应力集中；也会导致 钢的强度、塑性、韧性等力学性能显著降低。
   根据钢材与环境介质的作用原理，腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。  化学腐蚀是指钢 材与周围介质（如氧气、二氧化碳、二氧化硫和水等）直接发生化学作用，生成疏松的氧 化物而引起的腐蚀。
  钢材由不同的晶体组织构成，并含有杂质，由于这些成分的电极电位不 同，当有电解质溶液（如水）存在时，就在钢材表面形成许多微小的局部原电池，形成电 化学腐蚀。     钢材在大气中的腐蚀，实际上是化学腐蚀和电化学腐蚀的共同作用所致，以电化学腐蚀为主。
  钢材的腐蚀既有内因（材质），也有外因（环境介质的作用），因此要防止或减少钢材 的腐蚀可以从改变钢材本身的易腐蚀性、隔离环境中的侵蚀性介质或改变钢材表面的电化学 过程三方面入手。

6. 造成钢材表面锈蚀最主要的原因是

钢材表面接触水汽与氧气发生原电池反应，是钢材表面锈蚀最主要的原因。
钢材锈蚀与大气相对湿度、大气中有害气体含量，与钢材表面清洁状态、钢材组织不均匀性等因素有关。

7. 简述钢材的腐蚀原理及防腐措施

原理：

在环境介质（如空气、水、酸、碱等）的化学作用或电化学作用下而发生的逐渐破坏现象，称为锈蚀。

1.化学腐蚀是指钢材直接与周围介质发生化学作用而产生的腐蚀，这种腐蚀多数是氧化作用，使钢材表面形成疏松的氧化物。在常温下，未进行防腐处理的钢材表面很容易发生反应，造成腐蚀。在干燥环境下，锈蚀进展缓慢，但随着温度、湿度的增大而加快。

2.电化学腐蚀是由于金属表面形成了原电池而产生的锈蚀。钢材本身含有铁、碳等多成成分，由于这些成分电极电位不同，形成许多微电池。在潮湿的空气中，钢材表面吸附一层极薄的水膜，通过水膜和微电池，铁被氧化成疏松易剥落的红棕色的铁锈Fe(OH)3。

措施：

1. 热浸锌：热浸锌是将除锈后的钢构件浸入600℃左右高温融化的锌液中，使钢构件表面附着锌层，锌层厚度对5mm以下薄板不得小于65μm，对厚板不小于86μm.从而起到防腐蚀的目的。

2. 热喷铝（锌）复合涂层：这是一种与热浸锌防腐蚀效果相当的长效防腐蚀方法。具体做法是先对钢构件表面作喷砂除锈，使其表面露出金属光泽并打毛。再用乙炔-氧焰将不断送出的铝（锌）丝融化，并用压缩空气吹附到钢构件表面，以形成蜂窝状的铝（锌）喷涂层。

3. 保护法：在钢结构表面附加较活泼的金属取代钢材的腐蚀。常用于水下或地下结构。
   

   
   

8. 钢材的锈蚀原因

1.相对湿度的影响空气中相对湿度越高，金属表面水膜越厚，空气中的氧透过水膜到金属表面作用。相对湿度达到一定数值时，腐蚀速度大幅上升，这个数值称为临界相对湿度，钢的临界相对湿度约为70%。

2.温度的影响

环境温度与相对湿度关联，干燥的环境（沙漠）下，气温再高金属也不容易锈蚀。当相对湿度达到临界值时，温度的影响明显加剧，温度每增加10℃，锈蚀速度提高两倍。因此，在湿热带或雨季，气温越高，锈蚀越严重。

3.氧气的影响

可见没有水和氧气，金属就不会生锈，空气中20%体积是氧气，它是无孔不入的。

4.大气其它物质的影响

大气中含有盐雾、二氧化硫、硫化氢和灰尘时，会加速腐蚀，因此，不同环境下受腐蚀的大小差别是明显的，城市高于农村；工业区高于生活区；沿海高于内陆；高粉尘高于低粉尘。

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除锈方法

化学浸泡法除锈是将金属工件浸泡在相应的除锈溶液中，利用溶液中的酸、碱等化学物质与工件表面的氧化皮及锈蚀产物等的化学反应，使氧化皮及锈蚀产物等溶解到溶液中，从而起到除锈的目的。

化学浸泡法是小型工件常用的除锈方法，除锈速度快、效果明显，尤其对于形状复杂的零件，可以除去一些内孔、内腔等死角处的锈蚀。由于化学浸泡法要将工件浸泡在溶液中，因此对于一些大型结构、设备的除锈，不能够采用这种方法。

在选用化学浸泡法除锈时，还应该注意根据不同的材料种类，比如钢铁、铝合金、铜合金、镁合金等不同的材料选择合适的除锈溶液，甚至同一类的材料，合金元素不同，其除锈溶液的组成也有区别。

9. 钢过腐蚀后为啥表面会全变黑，请从机理上解释

钢是Fe和C的化合物（还有Mn，Ge等金属微量以改善性能），被腐蚀后，Fe被氧化成Fe3O4，四氧化三铁，呈红褐色，四氧化三铁易吸水，吸水后就变的颜色偏黑。