金屬腐蝕是一種自發(fā)進(jìn)行的冶金的逆過(guò)程，在腐蝕環(huán)境中，鋼鐵有著向低能位穩(wěn)定態(tài)（氧化鐵和鐵銹）轉(zhuǎn)化的趨勢(shì)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界每年因腐蝕生銹的金屬約占年產(chǎn)量的20％~40%，由此帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失約10000億美元。我國(guó)每年因腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)2000億元人民幣，如果包括維修及更換設(shè)備等帶來(lái)的間接損失，每年腐蝕總損失可達(dá)5000億元以上，約占國(guó)民生產(chǎn)總值的5%，超過(guò)了火災(zāi)、風(fēng)災(zāi)和地震造成損失的總和。雖然金屬的腐蝕是自發(fā)的、不可避免的過(guò)程，但卻是可以控制的，如果對(duì)其采取有效的防護(hù)措施，就可以減緩金屬的生銹腐蝕過(guò)程，延長(zhǎng)鋼構(gòu)件的使用壽命。因此，了解金屬腐蝕與防護(hù)具有重要的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)意義。

按照腐蝕機(jī)理，金屬腐蝕可分為電化學(xué)腐蝕、化學(xué)腐蝕和生物腐蝕等三種類(lèi)型，其中電化學(xué)腐蝕作為金屬腐蝕的主要形式，普遍存在于日常生活中。電化學(xué)腐蝕的特征在于鋼鐵在腐蝕介質(zhì)存在的情況下會(huì)形成許多原電池，從而產(chǎn)生腐蝕電流造成腐蝕。這是由于普通鋼鐵是鐵與碳的合金，含有石墨等雜質(zhì)，表面存在著各種電化學(xué)不均勻性，這些雜質(zhì)的電極電位較鐵正，一旦鋼鐵與電解質(zhì)溶液接觸時(shí)，就形成了以石墨等雜質(zhì)為陰極，鐵為陽(yáng)極的腐蝕原電池，使鐵不斷的被腐蝕，其反應(yīng)式如下：

陽(yáng)極(鐵)：   Fe→Fe²⁺+2e^-

Fe＋2OH^-→Fe(OH)₂ (H₂O→H⁺＋OH^-)

陰極(石墨等雜質(zhì))： 2H⁺＋2e^-→H₂↑

總反應(yīng)式： Fe＋2H₂O→Fe(OH)₂＋H₂↑

Fe(OH)₂又可被空氣中的氧進(jìn)一步氧化為Fe(OH)₃

4Fe(OH)₂＋2H₂O＋O₂→4Fe(OH)₃

鋼鐵腐蝕電池的動(dòng)力為兩電極之間的電位差ΔE，腐蝕電流的大小決定著鋼鐵腐蝕的速度，電流越大，腐蝕速率越快。腐蝕電流可用下式表示：

     （1.1）

其中Ra為陽(yáng)極電阻，Rc為陰極電阻，Re為電解質(zhì)溶液電阻，Rw為外接線路電阻。

根據(jù)電化學(xué)理論，腐蝕電流的流動(dòng)又會(huì)產(chǎn)生極化作用，陽(yáng)極電位向正方向移動(dòng)（陽(yáng)極極化），陰極電位向負(fù)方向移動(dòng)（陰極極化），導(dǎo)致腐蝕電池兩電極間電位差的降低，從而減緩了腐蝕速率。在有極化作用存在時(shí)，腐蝕電池的電流強(qiáng)度如下式所示：

     （1.2）

其中R為總電阻，Ec為陰極電位，Ea為陽(yáng)極電位，Pc為陰極極化度，Pa為陽(yáng)極極化度。

式（1.1）和（1.2）是金屬腐蝕防護(hù)的理論基礎(chǔ)，各種金屬的防腐措施都是從減小腐蝕電流輸入考慮的。在Ec－Ea即ΔE不變的情況下，采用電阻控制、陽(yáng)極控制、陰極控制或混合控制的方法可有效抑制金屬的腐蝕。

鋼鐵腐蝕而產(chǎn)生鐵銹的成分比較復(fù)雜，是一類(lèi)多化合價(jià)的金屬。經(jīng)分析確認(rèn)，鋼鐵長(zhǎng)時(shí)間在不同環(huán)境中腐蝕后，銹層的主要結(jié)晶性結(jié)構(gòu)為γ-鐵銹酸（γ-FeOOH）、α-鐵銹酸（α-FeOOH）和Fe₃O₄，三者之間的比例也是隨環(huán)境而改變。

鐵銹的組成或結(jié)晶形態(tài)較多，它們的穩(wěn)定性也大不相同，其中γ-FeOOH為鐵銹中最不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，比較穩(wěn)定的是Fe₂O₃、α-鐵銹酸和Fe₃O₄，而后者在空氣中經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的氧化或受高溫作用后可以變成最穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的三氧化二鐵。另外，從晶格常數(shù)來(lái)看，銹蝕與鐵的晶格常數(shù)相差很大，Fe₂O₃的晶格常數(shù)為8.30AO，而鐵的晶格常數(shù)只有2.86AO，由此可見(jiàn)銹層的結(jié)構(gòu)是疏松多孔的。這種疏松多孔的結(jié)構(gòu)不僅對(duì)鋼鐵沒(méi)有保護(hù)性，而且銹蝕的生成還會(huì)加快鋼鐵的腐蝕速度。此外，疏松多孔的銹層更容易吸收空氣中的水分、氧氣以及其它有腐蝕性的介質(zhì)，使底材繼續(xù)遭受腐蝕。

金屬防腐蝕的方法很多，常采用的有效防護(hù)措施有涂料涂覆、熱噴涂和熱鍍鋅（鋁）等。這幾種金屬防腐方法有著各自的特點(diǎn)，其中熱噴涂和熱鍍鋅有較長(zhǎng)的防腐期，但均需在高溫下使用，成本較高，尤其是熱鍍鋅防腐技術(shù)，設(shè)備一次性投資較大，大型工件工藝參數(shù)嚴(yán)格，施工過(guò)程中易發(fā)生變形，而且對(duì)環(huán)境的污染也較大；涂層涂覆雖然防腐周期短，但施工方便、適應(yīng)性廣，不受工件形狀約束，而且成本較低，是一種使用普遍、經(jīng)濟(jì)有效的防腐措施。

涂料涂覆在我國(guó)和世界各地都有悠久的歷史，其原理是使用絕緣性的保護(hù)涂層把鋼結(jié)構(gòu)與腐蝕介質(zhì)隔開(kāi)，消除腐蝕原電池產(chǎn)生的必要條件，從而達(dá)到防腐蝕的目的。起初，人們認(rèn)為涂層可以很好將鋼鐵與水和氧阻隔開(kāi)來(lái)，但后來(lái)的研究表明，無(wú)論涂層如何致密，水汽和氧氣總會(huì)滲入涂層，到達(dá)金屬表面引起腐蝕。根據(jù)電化學(xué)腐蝕理論，防腐涂層對(duì)金屬的防護(hù)作用包括以下幾個(gè)方面：

（1）良好的屏蔽作用

金屬表面電化學(xué)腐蝕的基本條件是在其表面必須有能夠?qū)щ姷碾娊赓|(zhì)溶液。防腐涂層能有效地降低水、氧、離子等透過(guò)涂層達(dá)到金屬表面的速度，許多性能優(yōu)良的涂層還能阻擋酸、堿、鹽以及工業(yè)大氣的直接化學(xué)腐蝕。

（2）高電阻效應(yīng)

防腐涂層的主要成膜物質(zhì)多為絕緣性能良好的高分子聚合物，高分子物質(zhì)成膜后起到了在腐蝕電池的溶液相中介入高電阻的效應(yīng)，由1.1.1中式（1.1）和（1.2）可知，腐蝕原電池中R_i和R值的提高可降低腐蝕電流，從而達(dá)到降低腐蝕速率的目的。

（3）顏料的緩蝕與鈍化作用

防腐涂層中（