机械设备防锈技术的基本原理主要是防止金属原子因失电子被氧化而发生锈蚀,其核心在于隔绝空气、水分等促使金属生锈的因素,或者改变金属自身的性质以增强抗锈蚀能力。
一、隔绝空气 许多防锈方法都是通过在金属表面形成屏障来隔绝空气,从而达到防锈目的。
涂层法:如油漆、喷漆等非金属保护层,能够在金属表面形成一层连续的膜,阻止空气中的氧气与金属接触。像在建筑用的钢铁结构上涂漆,既美观又能防锈。一些大型机械设备的外壳使用喷漆工艺,可有效防止生锈。此外,还有搪瓷、陶瓷、玻璃等材料也可用于隔绝空气,不过这些材料在机械设备上应用相对较少,更多见于特殊的工业设备或工艺品相关的金属部件。
金属保护层:像电镀(如镀铬、镀锌、镀镍等)就是利用电解原理在金属表面镀上一薄层其它金属或合金的过程。例如,汽车的一些金属部件通过镀锌来防锈,镀锌层在空气中会形成一层致密的氧化膜,阻止氧气进一步与内部金属反应。热喷涂则是细微而分散的金属或非金属涂层材料,以熔化或半熔化状态沉积到基体表面形成喷涂沉积层,这也起到隔绝空气的作用,常用于一些需要耐磨和防锈的机械部件表面处理。
气相防锈:将一种特殊的固体材料混入载体中,这种材料在储运过程中会释放出一种气体分子覆盖在金属表面,形成一种保护层,阻止氧气与金属发生化学反应,保护机电设备不会锈蚀。在出口机械设备的防锈包装中经常被采用。
二、防止水分接触 水分是金属生锈的关键因素之一,所以阻止水分与金属接触也是防锈的重要原理。
防锈油脂:包括润滑油、矿物油等防锈油脂,可以涂抹在金属表面形成一层保护膜,隔绝空气和水分的接触。例如机械齿轮上涂抹防锈油脂,可防止水分侵蚀导致生锈,同时还能起到一定的润滑作用。
干燥剂法:在密封的包装容器内放置干燥剂(如硅胶),干燥剂能主动吸收水分,使包装内保持干燥状态,降低空气相对湿度,防止在整个储运过程中机电设备表面形成凝固水膜而锈蚀。这种方法常用于一些对湿度敏感的精密机械设备的防锈包装。
三、电化学保护
牺牲阳极:是一种电化学保护方法。例如在海水中的钢铁设备,连接一块比铁更活泼的金属(如锌),锌会先于铁失去电子被氧化,从而保护钢铁设备不被锈蚀。这种方法常用于船舶、海洋平台等大型金属结构的防锈保护。
阳极保护:通过外加电流使被保护的金属进行阳极极化,从而使其电位处于稳定的钝化区,达到防止金属腐蚀的目的。在一些化工设备中,如果金属管道处于特定的腐蚀性介质环境中,可采用阳极保护技术。
四、改变金属内部组织结构 炼钢时加入某些合金元素(如铬、镍等),从根本上改变普通钢铁的内部结构,起到抗蚀作用。例如不锈钢就是加入了铬等合金元素,使钢铁具有良好的抗锈能力。此外,利用热处理或渗铬、渗铝、渗氮等来改变钢铁的内部组织,或使金属产生一层抗蚀性能很强的表面。比如一些机械零件经过氮化处理后,表面形成硬质氮化层,不仅增加了零件的硬度和耐磨性,同时也具有一定的防锈性能。
五、使用缓蚀剂 在金属所处的环境中加入少量缓蚀剂来防止腐蚀。例如用亚硫酸钠除去水中的氧,可防止锅炉腐蚀。缓蚀剂分子可以在金属表面形成致密的吸附层,阻挡水分和腐蚀性物质,达到缓蚀作用。在一些工业冷却系统、金属加工切削液中会添加缓蚀剂以防止金属生锈。