前面談到的兩種保護層法,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!在實踐中,人們找到許多方法,這就是讓金屬表面發生化學變化,生產一層具有保護性能的膜-穩定的金屬化合物,使金屬表面的化學性質變鈍,這就是表面鈍化法。
使表面鈍化的方法,有化學鈍化和電化鈍化兩種。化學鈍化就是讓金屬和某些氧化劑反應,使金屬表面形成一層緊密粘連著的、具有保護性的氧化物或其他化合物。其實,這也是一種腐蝕,不過腐蝕的結果,不僅不損壞金屬,反而有保護作用。
例如,把鐵浸入比重大于1.25的濃硝酸中,開始鐵能溶解,但很快反應停止。由于只有極薄一層鐵發生了反應,所以這塊鐵的外形并不改變,但它表明的性質卻發生了變化。這塊不和稀硝酸反應,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,也是因為鐵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,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原子團或氧原子和水。OH原子團和氧原子都很容易和金屬反應,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合在一起,而且性質穩定。所以,當這種氧化膜生成后,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膜,以延長使用壽命。同時,這層保護膜還有較好的吸附性能,可以染上各種美麗的顏色。
可見,電鈍化和化學鈍化雖然采用的方法不同,但結果是一樣的,都是使金屬表面氧化,生成一層具有鈍性的保護膜。
一般經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,保護著這種活動金屬鋁不繼續腐蝕;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、鉀等活動金屬,因為它們的化合物都易溶解,所以很難鈍化。
由于不同金屬鈍化后耐腐蝕性能的不同,我們就應根據用途選擇金屬材料。例如,鋁的保護膜在空氣中很穩定,但易被酸、堿腐蝕,所以常用鋁制成日常生活用品、電器零件以及飛機機身等。鉛遇到硫酸后,表面生成一層硫酸鉛層,保護里面的鉛不再與硫酸反應,所以鉛廣泛用于做輸送硫酸的管道和實驗室的下水道等。