金属由于受到周围介质的化学作用或电化学作用而发生损坏的现象叫金属锈蚀。按腐蚀介质的不同，可分为大气锈蚀、海水腐蚀、地下锈蚀、细菌锈蚀等。在包装工程中遇到最多的是大气锈蚀。锈蚀对于金属材料和制品有严重的破坏作用。据试验，钢材如果锈蚀1%，它的强度就要降低5%～10%，薄钢板就更容易因锈蚀穿孔而失去使用价值。金属制品因锈蚀而造成的损失远远超过所用材料的价值。所以为了减轻因金属锈蚀带来的损失，研究金属制品的锈蚀规律及其防护技术是非常重要的。
金属制品锈蚀原理
除了少数贵重金属（如金、铂）外，各种金属都有与周围介质发生作用的倾向，因此金属锈蚀现象是普遍存在的。按照金属锈蚀的机理，锈蚀可分为电化学锈蚀和化学锈蚀两种类型。而一般金属制品的锈蚀主要是电化学锈蚀。
一、金属电化学锈蚀原理
电化学锈蚀是指金属与酸、碱、盐等电解质溶液接触时发生作用而引起的锈蚀，它在锈蚀过程中有电流产生，即所谓微电池作用。电化学锈蚀是破坏金属的主要形式。
1、 电化学锈蚀原理
金属电化学锈蚀的进行必须同时具备三个条件：
①金属上各部分（或不同金属间）存在着电极电位差；
②具有电位差的各部分要处于相连通的电解质溶液中；
③具有电极电位差的各部分必须相联。
造成电化学锈蚀的原因主要是在具备上述三个条下的原电池作用。当将两种金属放在电解质中，并以导线联接之，导线上便有电流流过，这种装置就叫做原电池。众所周知的伏特电池的装置便是原电池（如图6-1所示）。
在伏持电池中，导线将两极板联接起来，成为自由电子流动的通道 。电解质溶液（硫酸溶液）使两极板维持各自的电极电位，同时成为阳离子流动的通道。
即使是一块金属，不与其他金属接触，把它放在电解质溶液中，也会产生与上述类似的锈蚀电池。因为一般工业用的金属都不是同一种金属元素组成的，常含有少量的杂质。另外在金属表面上一般也分布着很多杂质，当它与电解质溶液接触时，每一颗粒杂质对于金属本身来说都成为阴极，所以在整个表面就必然有很多微小的阴极和阳极存在，因而在金属表面就形成了许多微小的原电池，这些微小的原电池称为微电池。
由此可见，金属电化学锈蚀的产生是由于金属与电解质溶液相接触时，金属表面的各个部分的电极电位不尽相同，结果形成锈蚀电池，其中电位较低的部分成为阳极，容易遭受锈蚀；而电位较高的部分则成为阴极，只起传递电子的作用，而不受锈蚀。
当金属与比金属表面温度高的空气接触时，在空气中所含的水蒸气就可以形成液态的水，在金属表面凝聚，使金属表面润湿成形成水膜。当金属表面上存在着水膜时，由于大气中的某些气体，如二氧化碳、二氧化硫、二氧化氮或盐类溶解进去，这种水膜实际上就是一种电解质溶液。在这种情况下，金属表面很自然地就会进行电化学锈蚀，引起金属制品锈蚀。
2、极化作用
使金属材料发生电化学锈蚀是锈蚀电池作用的结果，锈蚀过程中产生的电流叫做锈蚀电流，它的大小是锈蚀速度的函数，根据欧姆定律，可以计算出锈蚀电流强度Ｉ：
Ｅｃ－Ｅａ
Ｉ＝ -------
Ｒ
式中：Ｉ--锈蚀电流强度
Ｅａ--阳极电极电位
Ｅｃ--阴极电极电位
Ｒ--锈蚀电池的总电阻（包括内阻与外阻）
知道锈蚀电流强度以后，根据法拉第定律可以计算出锈蚀量Ｗ与锈蚀速度，由
Ｉ?ｔ?Ａ
Ｗ＝ -------
Ｆ?ｎ
式中：Ｗ--锈蚀量（ｇ）
Ｉ--电流强度（Ａ）
ｔ--锈蚀时间（ｓ）
Ｆ--法拉第常数
ｎ--金属在锈蚀电池中具有的阶数
Ａ--金属的原子量
锈蚀速度即每小时每平方米的锈蚀量，即
Ｗ 3600?Ｉ?Ａ
---- ＝ --------
Ｓ?Ｔ Ｓ?Ｆ?ｎ
式中：Ｔ--时间(ｈ)
Ｓ--阳极区的表面积（ｍ2）
计算出的锈蚀速度同实际锈蚀速度相比较要大几十倍到几千倍。由实验证明，这是由于锈蚀过程的总电阻虽然没有改变，但阴极和阳极电位差减小而造成结果。因为当锈蚀开始时，阳极电位向正的方向移动，阴极电位向负的方向移动，因而电位差减小了。电极电位的改变大多是在锈蚀开始的短时间内完成的，这种电极电位的改变叫做极化作用。极化作用可以降低金属的锈蚀速度，所以研究极化作用及其产生的原因对防止金属制品锈蚀具有一定的实际意义。
（1） 阴极极化：阴极电位向负的方向转移的现象叫阴极极化。
阴极极化的原因，是由于在锈蚀电池的阳极反应过程中，金属离子溶入电解液，而在阳极区留下了多余的电子，互相连接的阳极区和阴极区之间又有电位差存在，于是多余的电子便从阳极区流入阴极区。如果在阴极周围，吸收电子的阴极反应速度小于电子进入阴极区的速度，电子就要在阴极表面上积累起来，结果使阴极电位逐渐变负。并且通往阴极的电流越大，阴极电位也就变得越负。同时使阴阳两极的电位差逐渐变小，以致近于零，这时金属的锈蚀就停止了。
（2） 阳极极化。阳极电位变正的现象叫阳极极化。阳极极化的原因，在某些金属中主要是由于金属表面形成钝化膜，阻碍了阳极过程引起阳极电位向正的方向移动；另外如果阳极金属溶入溶液的金属离子不能很扩散，而积累在阳极表面附近，使阳极附近金属离子的浓度逐渐增加，使阳极电位变正，从而阻滞了阳极过程的进行，这叫浓度极化。
3、金属表面的钝化与活化
如果金属在某些条件下，化学稳定性非常高，但它在相近条件很活泼。我们把化学稳定性非常高的状态称之为钝化状态。如金属锈蚀生成的锈蚀产物，具有致密的结构，并紧密的覆盖在金属的表面上，阻止金属进一步腐蚀，就说金属表面钝化了，这个覆盖层叫做钝化膜。差不多所有的金属在适当的条件下都能转变为钝化状态，其中铁族金属（铁、铝、镍）以及铬、钽、铌、钼等金属的钝化情况最有代表性。
钝化的金属在干燥状态下，能在真空干燥的空气或干燥的氧气中，长期保持钝化状态。但是在潮湿的空气中，特别是空气中没有清除二氧化碳、二氧化氮、二氧化硫等杂质时，能很快使钝化的表面活化。
钝化状态的稳定性决定钝化的条件、金属表面的结构、状态及钝化剂作用的时间。金属钝化后，电极电位增高，即电位向正方向移动，因此电化学腐蚀速度大大下降几乎到零。当外部条件变更时，钝化金属重新转变成活化状态称为钝化或活化。
二、化学锈蚀原理
化学锈蚀是指金属在外界介质中发生直接化学作用而引起的锈蚀。其特点是在锈蚀过程中没有电流产生，并且锈蚀产物沉淀在金属表面上。这种锈蚀产物薄膜即氧化膜盖住金属的表面之后，即能在一定程度上降低金属与介质的反应速度，如果形成的膜很紧密，很完整，就能使金属和介质隔离开，阻碍它们互相接触，保护金属不遭受进一步的锈蚀，例如铝同氧化合生成的Ａｌ2Ｏ3薄膜比铁同氧化合生成的Ｆｅ3Ｏ4薄膜厚度薄得多，但由于紧密完整，因此保护性能好。像这样由一层锈蚀产物组成的，能把金属表面遮盖起来，从而降低金属锈蚀速度的薄膜，我们称之为表面保护膜。金属在高温下氧化或在常温干燥环境中受气体如氧、二氧化碳、硫化氢、氯、氯化氢、二氧化碳、氢等的作用以及金属与酸、碱、盐的作用，都属于化学锈蚀。在常温下，化学锈蚀不是主要的，但在高温时，化学锈蚀就比较显著。
化学锈蚀生成的膜可以分为五种情况：
（1） 化学锈蚀后不形成保护膜，而是形成挥发性产物。这种情况锈蚀速度只决定化学反应的速度，即氧化物的升华速度。锈蚀量与时间成直线关系。属于这类情况的金属有钼、锇、钌、铱等。
（2） 在金属表面上形成不完整的膜，如膜中有许多裂缝或较大的气孔，这种膜不具有保护作用。锈蚀量与时间直线关系。属于这类情况的金属有钾、钠、钙、镁等。
（3） 在金属表面形成完整的膜，锈蚀速度决定扩散和化学反应速度，可用图6-2表示。图中曲线基本为抛物线，开始表示锈蚀速度由化学反应速度决定，呈直线关系，因开始时间很短，故直线形状并不明显，接着表示锈蚀速度由扩散速度决定，曲线成抛物线，最终表示锈蚀速度由化学反应速度与扩散速度二者决定的。属于这类情况的金属有钨、铁、钴、铜、镍、锰、铍、钴、钛等。
（4） 有一些金属锈蚀形成的膜对扩散的阻力更大，锈蚀速度与时间成对数关系，属于这类情况的金属有锌、硅、铝、铬等。铁在较低温度下的氧化，也服从对数曲线关系。
（5） 很多金属与空气中的氧作用，都会在金属表面形成一层氧化膜的保护薄膜，这一层膜的厚度取决于金属的性质、表面状态、氧化温度和介质的组成。金属在常温状况下，干燥空气中形成的膜非常薄。有些金属如银、铜及铜合金在含硫化物的干燥空气中形成的氧化膜表面变暗，通常称这种现象为失泽。
经实验证明，金属表面在空气中氧化成膜，或在溶液中钝化成膜，其保护的成长过程如为直线规律，则表面保护膜不具有保护性能，它将不断受到破坏而剥落。如果表面保护膜的生长遵从对数规律，则此种保护膜有良好的保护性能。因此研究表面膜的形成过程，对进一步研究金属的耐蚀性能也是极有益的
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