焊接科普好文：不锈钢生锈原因及金属材料腐蚀解析

《科道乐》专栏致力于通过原创焊接科普文章，向大众普及焊接知识。我们希望《科道乐》能够帮助大家更贴近焊接行业，洞悉前沿科学，解决应用问题。也希望焊接工作者积极投稿。用通俗的语言和生动易懂的实验或例子来解答当前热门的焊接知识。内容可以是前沿技术的解读，也可以是一线焊接技术难点痛点的解决方案，也可以是焊接知识的科普总结和你的天马行空的想象。

问题 3

“不锈钢为什么会生锈？”

金属材料腐蚀会导致生锈，这是腐蚀的结果。

铁锈是铁和氧在潮湿环境下发生化学反应生成的氧化物的统称，是一种性脆、多孔的物质，风干后变成红褐色粉末。铁锈的成分比较复杂，主要由三氧化二铁水合物（Fe2O3·nH2O）和氢氧化铁（FeO(OH)）组成。

腐蚀按其发生机理可分为以下几种：

1）化学腐蚀（非电解质溶液中的腐蚀，如不锈钢在高温下的氧化）。

2）电化学腐蚀（钢材在潮湿大气、水溶液、酸、碱、盐等电解质溶液中的腐蚀。腐蚀过程中有离子（电子）产生。电化学腐蚀的本质是原电池效应）。

所有的金属都能与大气中的氧发生反应，在表面形成一层氧化膜，不幸的是，钢铁表面形成的氧化铁无法阻止进一步的氧化，锈蚀会不断扩大，最终形成孔洞，这也是普通钢铁不耐腐蚀的原因。

市场上的不锈钢全部都是经过钝化的，其表面富含铬的氧化膜比新鲜表面自然生成的氧化膜要厚得多，也致密得多，这层氧化膜会阻止金属进一步腐蚀，并具有自我修复能力（自钝化），一旦受损，其中的铬会与介质中的氧重新生成一层氧化膜，继续起保护作用。

但一旦这层薄膜因为某种原因被破坏，空气或液体中的氧原子就会不断渗入金属内部，金属中的铁原子就会不断析出，在金属表面形成疏松的氧化铁，这就是生锈的原理。

不锈钢的不锈性和耐腐蚀性都是相对的，当暴露于含有氯离子的恶劣环境中，或其表面的氧化层受到机械或化学损伤时，就容易产生点蚀和生锈。

不锈钢生锈的原因：

1）不锈钢在含有氯离子的环境中容易生锈，氯离子广泛存在于盐、海水、海风、土壤中，例如304钢管在干燥洁净的大气中耐腐蚀性能优良，但如果移到沿海地区，在含有大量盐分的海雾中就会很快生锈。

2）不锈钢表面沉积有铁尘颗粒，在潮湿的空气中，这些附着物通过水分与不锈钢相通，形成一组微电池，发生电化学反应，破坏保护膜。

3）不锈钢表面附着的有机物在水和氧的作用下形成有机酸，有机酸对金属表面产生腐蚀。

4）酸、碱、盐类物质（如碱水、石灰水）粘附在不锈钢表面，引起局部点腐蚀。

5）空气中含有大量的硫化物，与水接触形成酸性液点，产生化学腐蚀。

6）不锈钢制品在加工过程中与钢制机械接触，钝化膜被破坏，留下残留的铁离子，遇水就会生锈。

为保证不锈钢表面光亮、不被腐蚀，可采取以下措施：

1）经常清洁、擦洗不锈钢表面，去除任何附着物。

2）沿海地区采用能耐海水腐蚀的316L不锈钢。

3）加工不锈钢制品时，应注意保护氧化膜不受破坏，并使用软质工具。

4）注意“黑白分离”，尽量避免钢铁材料与不锈钢直接接触。

5）建立专门的不锈钢加工场地。

6）根据接触介质的腐蚀种类和程度，选用不同牌号（普通级或特级）或金相组织（奥氏体、铁素体、双相）的不锈钢，或选用其它耐腐蚀材料如钛、镍、铜等。所以没有最好的不锈钢，只有更合适的不锈钢！