金屬腐蝕是一種自發進行的冶金的逆過程，在腐蝕環境中 ， 鋼鐵有著向低能位穩定態（氧化鐵和鐵銹）轉化的趨勢 。據統計，全世界每年因腐蝕生銹的金屬約占年產量的20％~40% ， 由此帶來的經濟損失約10000億美元 。我國每年因腐蝕造成的經濟損失超過2000億元人民幣，如果包括維修及更換設備等帶來的間接損失，每年腐蝕總損失可達5000億元以上，約占國民生產總值的5%，超過了火災、風災和地震造成損失的總和 。雖然金屬的腐蝕是自發的、不可避免的過程，但卻是可以控制的，如果對其采取有效的防護措施，就可以減緩金屬的生銹腐蝕過程 ， 延長鋼構件的使用壽命 。因此，了解金屬腐蝕與防護具有重要的社會意義和經濟意義 。
按照腐蝕機理，金屬腐蝕可分為電化學腐蝕、化學腐蝕和生物腐蝕等三種類型，其中電化學腐蝕作為金屬腐蝕的主要形式，普遍存在于日常生活中 。電化學腐蝕的特征在于鋼鐵在腐蝕介質存在的情況下會形成許多原電池，從而產生腐蝕電流造成腐蝕 。這是由于普通鋼鐵是鐵與碳的合金 ， 含有石墨等雜質，表面存在著各種電化學不均勻性，這些雜質的電極電位較鐵正，一旦鋼鐵與電解質溶液接觸時，就形成了以石墨等雜質為陰極，鐵為陽極的腐蝕原電池 ， 使鐵不斷的被腐蝕，其反應式如下：
陽極(鐵)： Fe→Fe2++2e-
Fe＋2OH-→Fe(OH)2 (H2O→H+＋OH-)
陰極(石墨等雜質)： 2H+＋2e-→H2↑
總反應式： Fe＋2H2O→Fe(OH)2＋H2↑
Fe(OH)2又可被空氣中的氧進一步氧化為Fe(OH)3
4Fe(OH)2＋2H2O＋O2→4Fe(OH)3
鋼鐵腐蝕電池的動力為兩電極之間的電位差ΔE，腐蝕電流的大小決定著鋼鐵腐蝕的速度，電流越大，腐蝕速率越快 。腐蝕電流可用下式表示：
（1.1）
其中Ra為陽極電阻，Rc為陰極電阻 ， Re為電解質溶液電阻，Rw為外接線路電阻 。
根據電化學理論，腐蝕電流的流動又會產生極化作用，陽極電位向正方向移動（陽極極化） ， 陰極電位向負方向移動（陰極極化），導致腐蝕電池兩電極間電位差的降低，從而減緩了腐蝕速率 。在有極化作用存在時 ， 腐蝕電池的電流強度如下式所示：
【金屬的腐蝕與防護】
（1.2）
其中R為總電阻，Ec為陰極電位 ， Ea為陽極電位，Pc為陰極極化度 ， Pa為陽極極化度 。
式（1.1）和（1.2）是金屬腐蝕防護的理論基礎，各種金屬的防腐措施都是從減小腐蝕電流輸入考慮的 。在Ec－Ea即ΔE不變的情況下，采用電阻控制、陽極控制、陰極控制或混合控制的方法可有效抑制金屬的腐蝕 。
鋼鐵腐蝕而產生鐵銹的成分比較復雜，是一類多化合價的金屬 。經分析確認，鋼鐵長時間在不同環境中腐蝕后，銹層的主要結晶性結構為γ-鐵銹酸（γ-FeOOH）、α-鐵銹酸（α-FeOOH）和Fe3O4，三者之間的比例也是隨環境而改變 。
鐵銹的組成或結晶形態較多 ， 它們的穩定性也大不相同，其中γ-FeOOH為鐵銹中最不穩定的結構 ， 比較穩定的是Fe2O3、α-鐵銹酸和Fe3O4，而后者在空氣中經過長時間的氧化或受高溫作用后可以變成最穩定結構的三氧化二鐵 。另外，從晶格常數來看，銹蝕與鐵的晶格常數相差很大，Fe2O3的晶格常數為8.30AO，而鐵的晶格常數只有2.86AO，由此可見銹層的結構是疏松多孔的 。這種疏松多孔的結構不僅對鋼鐵沒有保護性 ， 而且銹蝕的生成還會加快鋼鐵的腐蝕速度 。此外，疏松多孔的銹層更容易吸收空氣中的水分、氧氣以及其它有腐蝕性的介質，使底材繼續遭受腐蝕 。
金屬防腐蝕的方法很多 ， 常采用的有效防護措施有涂料涂覆、熱噴涂和熱鍍鋅（鋁）等 。這幾種金屬防腐方法有著各自的特點，其中熱噴涂和熱鍍鋅有較長的防腐期 ， 但均需在高溫下使用，成本較高，尤其是熱鍍鋅防腐技術，設備一次性投資較大 ， 大型工件工藝參數嚴格，施工過程中易發生變形，而且對環境的污染也較大；涂層涂覆雖然防腐周期短 ， 但施工方便、適應性廣，不受工件形狀約束 ， 而且成本較低，是一種使用普遍、經濟有效的防腐措施 。
涂料涂覆在我國和世界各地都有悠久的歷史，其原理是使用絕緣性的保護涂層把鋼結構與腐蝕介質隔開，消除腐蝕原電池產生的必要條件 ， 從而達到防腐蝕的目的 。起初，人們認為涂層可以很好將鋼鐵與水和氧阻隔開來，但后來的研究表明，無論涂層如何致密 ， 水汽和氧氣總會滲入涂層 ， 到達金屬表面引起腐蝕 。根據電化學腐蝕理論 ， 防腐涂層對金屬的防護作用包括以下幾個方面：
（1）良好的屏蔽作用
金屬表面電化學腐蝕的基本條件是在其表面必須有能夠導電的電解質溶液 。防腐涂層能有效地降低水、氧、離子等透過涂層達到金屬表面的速度，許多性能優良的涂層還能阻擋酸、堿、鹽以及工業大氣的直接化學腐蝕 。
（2）高電阻效應
防腐涂層的主要成膜物質多為絕緣性能良好的高分子聚合物，高分子物質成膜后起到了在腐蝕電池的溶液相中介入高電阻的效應 ， 由1.1.1中式（1.1）和（1.2）可知，腐蝕原電池中Ri和R值的提高可降低腐蝕電流，從而達到降低腐蝕速率的目的 。
（3）顏料的緩蝕與鈍化作用
防腐涂層中（特別是底漆）含有化學防銹顏料 ， 當涂膜吸水后，防銹顏料會解離出緩蝕性離子，這些離子又能促使腐蝕電池的一個電極極化或鈍化，改變金屬的表面性能，從而抑制腐蝕過程的進行 。因此，緩蝕作用能彌補涂層屏蔽作用的不足，而涂層的屏蔽作用又能反過來阻止緩蝕離子的流失 ， 使緩蝕作用穩定持久，從而對金屬的腐蝕起到有效的抑制作用 。
（4）陰極保護作用
由于涂層具有吸水性，并不能完全將電解質溶液和金屬表面阻隔開來，因此人們常在涂料中加入大量作為陽極的金屬粉（如鋅粉） ， 使涂層的電極電位較鐵更負，在腐蝕電池中活潑的金屬粉會作為陽極首先被腐蝕掉 ， 達到犧牲自己保護基體金屬的目的 。
