我们日常的生产和生活离不开钢铁材料,但是世界上每年因锈蚀而损失的钢铁数量十分巨大。因此,如何保护钢铁防止其锈蚀意义重大。
钢铁锈蚀原理是什么?我们可以根据下图所示的小实验进行探究:在第1支试管中加入少量氯化钙(氯化钙可吸收空气中的水蒸气,起干燥作用),放入一根铁钉,塞紧试管口。在第2支试管中放入一根铁钉,加入经煮沸并迅速冷却的蒸馏水浸没铁钉,再注入植物油,使水面上形成油层。在第3支试管中放入一根铁钉,加入少量蒸馏水使铁钉的一部分浸在水中。 连续一周定时对三支试管进行观察并记录现象。我们从实验结果可以发现第1支、第2支试管中的铁钉没有生锈,但第3支试管中的铁钉却生锈了,铁钉表面出现了红棕色的铁锈。由此可见铁生锈需要水、氧气的参与。
图 探究铁生锈的条件
钢铁制品的腐蚀过程,是一个复杂的化学反应过程。铁锈通常为红棕色,不同情况下会生成不同形式的铁锈,铁锈主要由氧化铁的水合物(Fe2O3·nH2O)和氢氧化铁[Fe(OH)3]组成。钢铁表面的铁锈结构疏松,不能阻碍内部的铁与氧气、水蒸气等接触,最终导致铁全部生锈。
我们了解了钢铁生锈的条件,只需要将钢铁制品与水和氧气隔绝,就可以阻止钢铁锈蚀。因此,防止铁生锈最简单的方法是保持钢铁制品表面光洁干燥。防止钢铁生锈还可在其表面形成保护层,如涂油、喷漆、烧制搪瓷、喷塑等。在日常生活中,人们经常会对车厢、水桶等采取涂油漆的措施,而机器需要涂矿物性油。除此之外,还可以在钢铁表面采用电镀、热镀等方法镀上一层不易生锈的金属,如锌、锡、铬、镍等。这些金属表面能够形成一层致密的氧化物薄膜,从而防止铁制品和水、空气等物质接触而生锈。另外,还可以将钢铁组成合金,以改变其内部的组织结构,例如在铬、镍等金属中加入普通钢里制成不锈钢,有效地增加了钢铁制品的抗生锈能力。