前面談到的兩種保護(hù)層法,金屬的“衣服”是“穿在身上”的。能不能讓金屬自己長出一層即耐磨又抗腐蝕的“皮”呢?能!在實(shí)踐中,人們找到許多方法,這就是讓金屬表面發(fā)生化學(xué)變化,生產(chǎn)一層具有保護(hù)性能的膜-穩(wěn)定的金屬化合物,使金屬表面的化學(xué)性質(zhì)變鈍,這就是表面鈍化法。
使表面鈍化的方法,有化學(xué)鈍化和電化鈍化兩種?;瘜W(xué)鈍化就是讓金屬和某些氧化劑反應(yīng),使金屬表面形成一層緊密粘連著的、具有保護(hù)性的氧化物或其他化合物。其實(shí),這也是一種腐蝕,不過腐蝕的結(jié)果,不僅不損壞金屬,反而有保護(hù)作用。
例如,把鐵浸入比重大于1.25的濃硝酸中,開始鐵能溶解,但很快反應(yīng)停止。由于只有極薄一層鐵發(fā)生了反應(yīng),所以這塊鐵的外形并不改變,但它表明的性質(zhì)卻發(fā)生了變化。這塊不和稀硝酸反應(yīng),也不能從硝酸銀溶液中置換出銀。像這樣使金屬表面鈍化的氧化劑叫做鈍化劑,在這里,濃硝酸就是一種鈍化劑。在化工廠里,常用鐵制器皿盛濃硫酸,而鐵并不被腐蝕,也是因?yàn)殍F制器皿表面被濃硫酸鈍化了的緣故。
電化鈍化是讓金屬作陽極,放在電解池中通電,這時(shí),金屬被氧化,所以也稱作陽極氧化。隨著電流密度的增大,電位增高,OH-也可能在陽極被氧化,生成OH原子團(tuán)或氧原子和水。OH原子團(tuán)和氧原子都很容易和金屬反應(yīng),在金屬表面生成一種極薄的、肉眼看不見的氧化膜。這層膜牢固地和金屬結(jié)合在一起,而且性質(zhì)穩(wěn)定。所以,當(dāng)這種氧化膜生成后,金屬就不再變化了,這塊金屬就具有了鈍性。鋁制品常通過電化鈍化,使表面生成一層較厚的保護(hù)膜,以延長使用壽命。同時(shí),這層保護(hù)膜還有較好的吸附性能,可以染上各種美麗的顏色。
可見,電鈍化和化學(xué)鈍化雖然采用的方法不同,但結(jié)果是一樣的,都是使金屬表面氧化,生成一層具有鈍性的保護(hù)膜。
一般經(jīng)過處理表面都可以被鈍化,但鈍化的難易程度不同,鈍化后耐腐蝕性也不同。例如,鋁很容易鈍化,在通常情況下,鋁暴露在空氣中,表面很快就被氧氣所氧化,生成一層氧化鋁薄膜,保護(hù)著這種活動(dòng)金屬鋁不繼續(xù)腐蝕;鐵在常溫下放在濃硝酸中即可鈍化;而銅需要在-11℃的低溫下用濃硝酸處理才能鈍化;鈉、鉀等活動(dòng)金屬,因?yàn)樗鼈兊幕衔锒家兹芙猓院茈y鈍化。
由于不同金屬鈍化后耐腐蝕性能的不同,我們就應(yīng)根據(jù)用途選擇金屬材料。例如,鋁的保護(hù)膜在空氣中很穩(wěn)定,但易被酸、堿腐蝕,所以常用鋁制成日常生活用品、電器零件以及飛機(jī)機(jī)身等。鉛遇到硫酸后,表面生成一層硫酸鉛層,保護(hù)里面的鉛不再與硫酸反應(yīng),所以鉛廣泛用于做輸送硫酸的管道和實(shí)驗(yàn)室的下水道等。