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铁的钝化过程
发布日期：2008-06-01
一、铁的钝性与钝化
　　经过酸洗除垢的铁的表面是非常活泼的，很容易被空气中的氧，甚至是水中溶解的少量的氧所氧化，而重新生成疏松的浮锈。这对锅炉的使用寿命，投运后的汽水品质都是不利的。对于一般不是在酸洗后就立即使用的锅炉，都必须进行钝化处理，以保证在酸洗后到投运前这一段不太长的时间内(大约1～3个月)尽可能少的遭受腐蚀。
　　金属的“钝性”，是由于金属腐蚀的阳极溶解过程受到强烈的抑制，而使金属处于高耐蚀的状态。也就是说，从热力学的观点来看，在这样的条件下金属发生腐蚀的反应是完全能够，而且应该进行的。金属本来应以一定的速度被腐蚀。然而由于某一外界原因，使金属腐蚀的阳极溶解过程变得十分难以进行，实际发生的腐蚀速度几乎接近于零。用钝化剂或外加阳极电流的方法，使铁由活性状态转变成钝性状态的过程就是钝化过程，简称“钝化”。在化学清洗工艺中，用碱性亚硝酸钠或磷酸三钠处理，使锅炉管壁由清洗后的活性状态转变成钝性状态的过程就是典型的钝化过程。亚硝酸钠或磷酸三钠就是“钝化剂”。
　　二、铁钝化的原因
　　在钝化剂的作用下，铁发生钝化的原因是由于在铁表面上阳极区进行阳极过程时生成了一层不溶性氧化物的膜。这层膜通常称之为钝化膜。钝化膜的生成使铁溶解的阳极过程不能再继续进行了。这样铁几乎处于完全稳定的钝化状态，腐蚀速率趋近于零。钝化膜的厚度随铁合金的成分和钝化条件的不同而有显著的差别。例如，在浓硝酸中钝化了的铁的表面上有着厚度为25～30A(1A等于10-8厘米)的钝化膜，而在同样条件下钝化的碳钢表面上的钝化膜厚度为90～110A，不锈钢上则为9～10A。
　　钝化膜具有完整、连续的特点，因而具有保护基底不继续腐蚀的性能。凡是能够导致钝化膜破坏(那怕是单原子面积大小的破坏)的因素，都可能使铁重新遭到腐蚀，甚至是危险性更大的小孔腐蚀。在钝化膜的影响下，铁在水中的静止电位要向正的方向移动大约400～600毫伏。如果钝化膜破坏，腐蚀重新开始时，静止电位又将逐渐恢复到钝化前的数值。因此，可以用测量电位的方法研究和比较不同条件下得到的钝化膜在水中的耐蚀性能。维持在较正电位下的时间越长，这种膜的保护性能就越好。
　　钝化膜的结构、成分与耐蚀性的关系是一个复杂的问题，它随着钝化剂的成分和钝化条件的不同而有着显著的差异。在某些条件下，例如用亚硝酸钠作钝化剂使铁钝化，铁表面上的钝化膜可能是具有总成分为Fe3O11的氧化物，属于立方晶系。然而，这种成分不是固定不变的。随着亚硝酸钠浓度和钝化温度的不同，同样会带来显著的差别。腐蚀试验表明(见表5)，亚硝酸钠的浓度为1.0～2.0%，pH值为9～10，温度为60～70℃，钝化时间为2～4小时得到的钝化膜具有较好的耐蚀性能。可以认为这是锅炉酸洗后进行钝化处理的条件。相对来讲，用联胺和磷酸三钠作钝化剂形成的钝化膜的耐蚀性能要差一些。但是，考虑到亚硝酸钠对环境的污染，中小型锅炉不宜采用(某些个别钝化条件要求比较高的锅炉例外)，而应选用磷酸三钠。
　　
　　三、pH值对钝化的影响
　　必须指出，铁的钝化一般都是在碱性介质中进行，但这并不意味着pH值越高越好。从图8看到，pH值超过13～14以后，铁的腐蚀速率反而上升。这是因为，铁在强碱溶液中的溶解不能够生成保护性能好的钝化膜，而是形成完全没有保护性能的亚铁酸盐(Na2FeO2)和铁酸盐(NaFeO2)，其反应方程式如下:阳极过程:
　　
阴极过程:
　　
总反应方程式:
　　
　　
随着pH值的升高，铁的腐蚀速率出现一个点，而且，点的位置随着温度的升高而向左移动。在60～70℃条件下，铁钝化的pH值范围是在9～12之间。pH值再升高就越过点，铁的腐蚀又发生了。
　　在酸性介质中，也可以使铁钝化。“酸性除铜——钝化”工艺就是在酸性介质中使铁钝化的典型例子。这一方法的原理是，在稀柠檬酸溶液中，再加适量的亚硝酸钠使铁的钝化变得容易进行，再加上Cu2+离子阴极还原而使铁阳极溶解形成阳极电流，使铁进入钝化状态。这对于锈层中含有一定数量的铜的锅炉，实现“除铜——钝化”一步进行提供了有效的途径。
 

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