腐蚀、氧化和生锈
金属加工的成果令人兴奋，零件和组件种类繁多，但同时也面临着一些挑战。制造商面临的关键问题之一是腐蚀、氧化和生锈之间的区别。究竟哪种情况属于哪一种？又该如何解决？
腐蚀是指金属和其他材料在环境中发生化学反应而发生的劣化过程。当铁及其合金发生这种过程时，就称为生锈。氧化是指物质在氧的作用下失去电子的过程。
这些金属劣化会对零件的功能、性能和外观产生显著影响。所用材料的类型、加工工艺和环境等因素都会促进生锈、腐蚀和氧化。
本文回顾了这些金属降解现象，重点介绍了它们的触发因素、受影响的材料、预防机制以及主要区别。
什么是氧化？
金属氧化是指金属失去电子而与其他元素结合的化学反应。这种反应是许多工业过程的核心。氧化在制造业中促成了许多有益的工艺，但它也会导致一些有害的现象，例如钢铁生锈和其他类型的金属腐蚀。
因此，有必要了解这种现象，既要了解其保护特性如何满足一些工业需求，又要了解其在数控加工零件和其他环境中对金属造成损害的可能性。
氧化化学反应
金属的氧化态是指金属暴露于氧气中时的状态。这涉及到金属失去电子，镁的例子就证明了这一点。
2 Mg + O2 → 2 [Mg2+][O2-],
可以将其分为两部分写成如下形式：
Mg → Mg2+ + 2 e-
O2 + 4 e- → 2 O2-
在数控加工环境中，包括铝、铁和钢在内的各种可加工金属都会发生氧化反应。每种材料的氧化速率都不同，具体取决于加工条件和电子束设置。
这种现象的化学反应式表明了为什么每种金属都需要特定的保护策略。 普罗林科技氧化倾向是生产数控加工零件时需要考虑的关键因素之一。
氧化作用的例子
金属在日常接触中会以多种方式发生氧化。在银器上，这种化学反应会在金属部件上形成黑色锈层。 铝易受氧化作用影响，形成一层暗灰色的氧化铝层。在自然界中， 钝化 在此过程中，会形成保护屏障，防止进一步损坏。
铝钝化
你还会发现钢和铁的零件上有一层红棕色的氧化层。 如上所示，镁的化学反应会形成灰白色的粉末状涂层。 除了外观不同之外，这些氧化对零件的功能和寿命也有不同的影响。
腐蚀的定义
腐蚀是指金属因化学物质、微生物、水分、氧化以及与不同金属接触而发生的缓慢劣化过程。 腐蚀比上述电子转移氧化过程更为广泛，因为它涉及多种环境因素和其他因素。这些因素共同作用，加速了金属的分解过程。 这种区分很重要，因为虽然氧化作用存在于所有腐蚀过程中，但它并非一定具有破坏性。某些氧化过程是有益的。 钣金服务.
腐蚀的两种类型是什么？
数控加工零件最常见的两种腐蚀类型是电偶腐蚀和点蚀。然而，还有其他类型的腐蚀，如下所述；
- 裂缝
- 粒间
- 统一攻击
- 侵蚀腐蚀
- 生物腐蚀
- 应力腐蚀开裂
- 选择性浸出
腐蚀类型取决于环境和材料成分。每种腐蚀类型对金属的影响机制都不同。
接下来将详细介绍其机制。
电偶腐蚀
当两种金属暴露于腐蚀性环境中时，就会发生电偶腐蚀。由于形成电极电位，会导致腐蚀。两种金属之间的电连接会使活性更高的金属成为阳极。
电偶腐蚀
这种腐蚀现象在用钢螺栓固定铜板等情况下尤为明显。虽然有多种方法可以防止电偶腐蚀，但最有效的方法是避免使用不同的金属。
点蚀
点蚀是一种会在金属表面形成孔洞的腐蚀类型，尤其当金属表面存在保护性氧化膜时更是如此。不锈钢特别容易受到这种腐蚀的影响。这种破坏性腐蚀通常由次要因素引发，例如缝隙腐蚀、划痕或化学侵蚀。
缝隙腐蚀
缝隙腐蚀
缝隙腐蚀是指搭接接头缝隙处的局部腐蚀。当该区域暴露于腐蚀性环境中时，就会发生缝隙腐蚀。部分遮蔽的金属部分也容易发生缝隙腐蚀。
晶间腐蚀
晶间腐蚀
金属晶界处可能存在杂质富集或聚集杂质的情况，这些变化会引发晶间腐蚀。这种腐蚀在焊接不锈钢中很常见。热处理也会加剧这种腐蚀。
均匀侵蚀（腐蚀）
在均匀腐蚀中，材料的整个表面都会受到基本均匀的腐蚀。这种腐蚀始于与电解液接触的阴极和阳极区域，并不断变化。
侵蚀-腐蚀
当电解液高速流动时，会形成磨蚀性环境，从而加剧腐蚀，这就是冲蚀腐蚀。如果电解液中含有固体颗粒，腐蚀会更加严重。这就是为什么某些金属具有特定的电解液流速阈值。
生物腐蚀
金属腐蚀也可能源于生物因素。这种腐蚀可以是微生物引起的腐蚀（MIC），也可以是宏观污垢的影响。
应力腐蚀开裂
当满足下列任一阈值条件时，某些合金会出现应力腐蚀开裂：
- 腐蚀性环境
- 金属成分
- 金属结构
- 拉应力
- 温度
应力腐蚀开裂在不锈钢和黄铜合金中很常见。
选择性浸出（脱合金）
选择性浸出
选择性浸出腐蚀发生在冶金性能不同的金属表面。黄铜（铜锌合金）就可能出现这种问题。当暴露于腐蚀性环境中时，锌会发生腐蚀，留下铜，从而导致颜色变化。
腐蚀的影响
安全性受损、性能可靠性降低、部件寿命缩短以及可靠性下降都会对企业的盈利造成损害。部件或组件突然失效的风险始终存在。通过正确应用以下措施可以降低此类风险： 钣金表面处理 以及其他金属部件的处理方法。
这些影响目前已十分严重，但更令人担忧的是，随着时间的推移，它们还会不断加剧。问题可能最初只是表面缺陷，但几个月内就会升级为严重的结构性损坏，正如我们在桥梁和其他建筑物中所看到的那样。
桥梁腐蚀
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易腐蚀材料
所有金属和合金都会发生腐蚀，但腐蚀的速度和严重程度取决于环境、金属的反应活性以及金属的化学成分。 而 耐腐蚀金属 铂金和黄金的耐腐蚀性极佳，而锌和镁则是最易腐蚀的金属之一。这种耐腐蚀性的差异可以通过金属的电极电位来确定或预测。
电极电位是电化学和腐蚀理论中常用的一种测量方法。它是衡量材料在电化学反应中得失电子能力的指标。
下面表格列出了一些常用数控加工金属的电极电位。
|
金属 |
电极电位 |
|
镁（Mg） |
- 2.37 |
|
铝（Al） |
- 1.66 |
|
锌（Zn） |
- 0.76 |
|
铁（Fe） |
- 0.44 |
|
钢（碳钢，约含铁） |
- 0.44 |
|
镍（Ni） |
- 0.25 |
|
钛（Ti） |
- 0.17 |
|
铜（Cu） |
+0.34 |
|
不锈钢（铁铬镍合金） |
+0.40（约） |
|
黄铜（铜锌合金） |
+0.45（约） |
如何防止腐蚀
有效的腐蚀防护 钣金加工工艺 涉及多种策略的组合，主要包括电化学保护技术、适当的材料选择、腐蚀抑制剂的使用、表面处理和表面光洁度。
这些策略旨在应对氧化腐蚀的不同阶段。最有效的腐蚀抑制方法是综合考虑环境、材料类型和成本等因素，将其他策略结合起来。
氧化与腐蚀的区别
氧化和腐蚀是不同的化学过程，由于工艺类型、保护能力和可逆性不同，它们对数控加工零件的影响也不同。
以下表格列出了主要区别：
|
元素 |
氧化 |
腐蚀 |
|
定义 |
涉及氧气的化学反应 |
金属的破坏性降解 |
|
受影响的材料 |
所有金属 |
特定金属及其合金 |
|
对材料的影响 |
有害的还是保护性的 |
常常导致材料劣化 |
|
可逆性 |
有时这种情况是可以逆转的。 |
不可逆转的损害 |
|
速度 |
可快可慢 |
通常缓慢降解 |
|
例如： |
氧化铝层 |
钢材生锈 |
|
保护性能 |
可提供保护屏障 |
需要保护 |
什么是生锈？
锈蚀是铁或含铁金属特有的腐蚀现象，是铁、水和氧气发生反应生成氧化铁的过程。锈蚀是一个渐进且不可逆的过程。因此，预防始终是比补救措施更为重要的。
三种类型的锈
锈病可分为三种类型：黑锈、红锈和黄锈。每种锈病在外观、危害程度和形成方式上都各不相同。
黑锈
黑锈
黑锈是一层薄薄的氧化亚铁（Fe3O4），通常在低氧环境中形成。一般来说，金属表面有一层保护层阻止其快速腐蚀，因此容易形成这种锈层。
红锈
红锈是水合氧化物 Fe₂O₃·H₂O，形成于高氧高水的环境中。腐蚀过程均匀一致，如下图所示。
红锈
黄锈病
黄锈或氢氧化铁（FeO(OH)H2O）在潮湿的环境中形成，常见于静水附近。
黄锈
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生锈是化学变化吗？
是的，生锈是一种化学变化，涉及铁或其合金暴露于水分和氧气中。在这个通常缓慢的过程中，铁原子与氧原子结合生成氧化铁。因此，铁原子间的键合力会减弱。
首先，铁与氧气反应并失去电子。水的存在会加速这一过程。随后生成氢氧化铁。 那么，什么是氧化铁呢？氢氧化铁失去水分（干燥）后会变成氧化物，例如 Fe₂O₃，表现为红棕色的铁锈。
铁锈形成的总体化学反应式为：
4Fe+3O2+6H2O→4Fe(OH)3
然后干燥脱水，形成如下所示的氧化物：
4Fe(OH)3→2Fe2O3⋅3H2O+3H2O
根据不同条件，锈蚀是如何产生的？
锈蚀在特殊条件下形成并加速发展，包括水分、氧气的存在、温度、环境和表面条件。
水（水分）的可用性
潮湿环境
水是锈蚀形成过程中重要的电解质。它参与了锈蚀所需的氧化还原反应。
氧气的存在
氧气是生锈过程中必不可少的元素。通风良好的区域由于氧气充足，生锈风险最高。
温度
温度在生锈过程中起着至关重要的作用。通常，高温会加速化学反应，包括生锈反应。
环境
酸性和碱性环境条件都会促进生锈，但酸性环境条件促进生锈的程度更严重。
表面状况
水分容易在脏污的表面上凝结，从而加速生锈。碎屑或表面纹理都会促进水分凝结。
易受锈蚀影响的材料
暴露程度和易锈蚀性决定了锈蚀对材料的影响。
总而言之，以下列出了最常受影响的材料：
- 碳钢（尤其是低碳钢）
- 铁艺
- 铸铁
- 纯铁
- 低碳和中碳合金钢
碳钢锈蚀
文字说明：锈蚀的碳钢管，表面有锈迹和蓝绿色沉积物
哪些金属不会生锈？
不会生锈的金属包括：
- 不锈钢
- 镀锌钢板
- 铝
- 铜
- 黄铜
- 青铜
- 钛
- 铂金
- 黄金
如何防止生锈
以下这些通用措施有助于防止零部件和设备生锈：
- 定期清洗设备和机械
- 将物品存放在干燥处
- 定期检查易生锈的设备
- 使用耐腐蚀材料，例如 镀锌金属板
- 喷漆或涂装设备
- 使用干燥剂
- 润滑运动部件
- 涂抹防锈剂
生锈和腐蚀是一回事吗？
不，理解腐蚀和生锈的区别是区分这两个术语的关键。生锈是一种腐蚀，会影响铁及其合金。换句话说，腐蚀是一个总称，指的是金属通过化学或电化学反应而发生的逐渐劣化过程。
生锈可以称为氧化吗？
是的，生锈可以称为氧化。具体来说，它是铁或其合金氧化形成氧化铁的过程。
对比表：腐蚀、氧化与生锈
以下是腐蚀、氧化和生锈各个要素的对比表格。
|
元素 |
腐蚀 |
氧化 |
锈 |
|
定义 |
化学反应引起的金属劣化 |
材料失去电子 |
铁的腐蚀会形成氧化物。 |
|
效果 |
结构完整性丧失 |
材料成分的变化 |
形成红棕色碎片 |
|
受影响的材料 |
所有金属 |
金属和非金属 |
铁和铁合金 |
|
反应物 |
金属、氧气、水分。 |
氧气 |
铁、氧气、水分。 |
|
预防与控制 |
涂层，阴极保护 |
防止氧气暴露 |
镀锌、喷漆 |
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在结论
这三种与金属相关的现象可能存在一些相似之处，但正如本文所述，它们各自有着独特的成因和影响。用于数控加工及相关项目的金属和金属合金的选择，应基于它们对这些问题的反应。
即使某些金属容易生锈、腐蚀和氧化，也有办法继续使用它们。我们的专家可以为您详细讲解这些现象的来龙去脉以及应对方法。 如需了解更多详情，请联系 ProleanTech。 获取报价 ！
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