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1、第八章腐蚀控制方法本讲稿第一页，共四十二页n概述概述n1.腐蚀控制的基本概念腐蚀控制的基本概念 调节金属材料与环境之间的相互作用，使金属设备、调节金属材料与环境之间的相互作用，使金属设备、结构或零部件保持其强度和功能，不致因发生腐蚀而结构或零部件保持其强度和功能，不致因发生腐蚀而劣化甚至损坏劣化甚至损坏(失效失效)，以实现长期安全运行，叫做腐，以实现长期安全运行，叫做腐蚀控制蚀控制。腐蚀控制的目标是：使金属设备、结构或零部件的腐腐蚀控制的目标是：使金属设备、结构或零部件的腐蚀速度保持在一个比较合理的，可以接受的水平蚀速度保持在一个比较合理的，可以接受的水平。本讲稿第二页，共四十二页2.腐蚀控制
2、的途径腐蚀控制的途径 从腐蚀体系的构成分析腐蚀控制途径可从腐蚀体系的构成分析腐蚀控制途径可以从以下几个方面考虑以从以下几个方面考虑：n（1）正确选用耐蚀金属材料）正确选用耐蚀金属材料 材料问题材料问题n（2）介质处理）介质处理环境问题环境问题 n（3）金属表面覆盖层）金属表面覆盖层界面问题界面问题n（4）电化学保护）电化学保护电化学活性问题电化学活性问题n（5）合理的防腐设计）合理的防腐设计设计问题设计问题n（6）实行良好的维护管理）实行良好的维护管理管理问题管理问题。复复杂杂系系统统工工程程本讲稿第三页，共四十二页8-1 合理选用耐蚀材料合理选用耐蚀材料n1.设备的工作条件设备的工作条件n（
3、1）介质与外界条件）介质与外界条件 介质成分介质成分 温度温度 介质类型介质类型 压力压力 介质浓度介质浓度 流速流速本讲稿第四页，共四十二页n（2）设备的类型与结构）设备的类型与结构 设备的用途设备的用途 结构特点结构特点 加工要求和加工量加工要求和加工量 设备在整个装置中所占的地位，以及各设设备在整个装置中所占的地位，以及各设 备之间的相互影响备之间的相互影响 是否易于检查、修理或更换是否易于检查、修理或更换 计划的使用寿命计划的使用寿命本讲稿第五页，共四十二页n（3）环境对材料的腐蚀影响）环境对材料的腐蚀影响 可能发生的腐蚀类型可能发生的腐蚀类型 对全面腐蚀有良好耐蚀性的材料，如不对全面
4、腐蚀有良好耐蚀性的材料，如不 锈钢，要特别注意可能发生的局锈钢，要特别注意可能发生的局 部腐蚀问题。部腐蚀问题。腐蚀破坏的后果腐蚀破坏的后果本讲稿第六页，共四十二页n（4）产品或工艺的特殊要求）产品或工艺的特殊要求 污染污染 有毒有毒本讲稿第七页，共四十二页2.材料的性能材料的性能n（1）物理机械性能）物理机械性能（a）物物理理性性能能：密密度度、传传热热性性、导导电电性性、热热膨膨胀胀系系数等数等（b）机械性能：强度、塑性、韧性等）机械性能：强度、塑性、韧性等本讲稿第八页，共四十二页n（3）耐蚀性）耐蚀性n耐蚀性能数据耐蚀性能数据（a）手册数据）手册数据Crosion Data Survey
5、，开始由，开始由Nelson编篡，分为金属材料分册和编篡，分为金属材料分册和非金属材料分册，金属分册包括非金属材料分册，金属分册包括26种金属和合金在种金属和合金在1196种腐蚀介质种腐蚀介质中的腐蚀数据。非金属分册包括中的腐蚀数据。非金属分册包括36种非金属材料在种非金属材料在803种腐蚀性溶液种腐蚀性溶液和气体中的腐蚀数据。和气体中的腐蚀数据。本讲稿第九页，共四十二页选材0 10 20 30 40 5 0 60 70 80 90 100 硫酸%硫酸的简单选材图 (按腐蚀速度20 mpy)温400度 C 350 250 200 150 10050 Dur高硅铁D20Durimet 20 合金
6、C2 高镍钼合金 C3高镍相铬合金线Dur曲点沸 pbDurpb C2 Dur c2 Dur C3pb C2 C3 D-20 Dur DurD-20C2C3pb C2 C3 D-20 DurFe pb D-20C2C3Dur除pb以外 其他合金（b）腐蚀选材图）腐蚀选材图本讲稿第十页，共四十二页n（c）腐蚀试验）腐蚀试验 实验室试验实验室试验 现场挂片试验现场挂片试验 实物试验实物试验 本讲稿第十一页，共四十二页n（4）经济性）经济性（a）经济指标总的目标是工程投资最少，回收）经济指标总的目标是工程投资最少，回收年限最短。年限最短。（b）腐蚀控制的费用自然应当低于腐蚀造成的）腐蚀控制的费用自然
7、应当低于腐蚀造成的经济损失，包括直接损失和间接损失，而间经济损失，包括直接损失和间接损失，而间接损失往往比直接损失大得多接损失往往比直接损失大得多。（c）在实际选材工作中，材料来源和交货时间）在实际选材工作中，材料来源和交货时间起着重要的作用。起着重要的作用。本讲稿第十二页，共四十二页8-2 合理的防腐设计合理的防腐设计n“腐蚀是从绘图板开始的腐蚀是从绘图板开始的”n设计包含的内容有防腐结构设计、防腐机械加设计包含的内容有防腐结构设计、防腐机械加工设计、合理的工艺设计。工设计、合理的工艺设计。本讲稿第十三页，共四十二页n1、结构设计、结构设计n（1）结构形式应尽量简单并合理）结构形式应尽量简单
8、并合理本讲稿第十四页，共四十二页n（2）便于制造、维修或局部更换）便于制造、维修或局部更换本讲稿第十五页，共四十二页n（3）消除滞流液、沉积物引起的腐蚀）消除滞流液、沉积物引起的腐蚀本讲稿第十六页，共四十二页n（4）防止不利的连接、接触方式引起的腐蚀）防止不利的连接、接触方式引起的腐蚀本讲稿第十七页，共四十二页n（5）避免冷凝液引起的腐蚀）避免冷凝液引起的腐蚀(露点腐蚀露点腐蚀)本讲稿第十八页，共四十二页n（6）避免环境差异引起的腐蚀）避免环境差异引起的腐蚀本讲稿第十九页，共四十二页n（7）避免应力以降低应力腐蚀破裂的倾向）避免应力以降低应力腐蚀破裂的倾向本讲稿第二十页，共四十二页n（8）避免
9、腐蚀介质流动引起的腐蚀）避免腐蚀介质流动引起的腐蚀本讲稿第二十一页，共四十二页n2、提高机械加工水平、提高机械加工水平n（1）焊接的影响）焊接的影响本讲稿第二十二页，共四十二页n（2）铸造的影响）铸造的影响 缺陷缺陷n（3）冷热加工）冷热加工 残余应力残余应力n（4）表面处理）表面处理 镀层质量镀层质量本讲稿第二十三页，共四十二页n3、合理的工艺设计、合理的工艺设计n（1）除去气体中的水分以降低腐蚀性）除去气体中的水分以降低腐蚀性n（2）高温度使气体中水分蒸发或不能冷凝，以降低腐蚀）高温度使气体中水分蒸发或不能冷凝，以降低腐蚀n（3）去除对腐蚀有害的成分降低腐蚀）去除对腐蚀有害的成分降低腐蚀n
10、（4）改进工艺流程防止腐蚀）改进工艺流程防止腐蚀n（5）工艺设计改进与设备结构设计改井相结合以降低腐）工艺设计改进与设备结构设计改井相结合以降低腐蚀蚀n（6）严格工艺操作、设备运行和维护以免腐蚀事故的发生）严格工艺操作、设备运行和维护以免腐蚀事故的发生本讲稿第二十四页，共四十二页15-3 电化学保护电化学保护n1、阴极保护、阴极保护n（1）概述）概述n金属金属电解质溶解腐蚀体系受到阴极极化时，电解质溶解腐蚀体系受到阴极极化时，电位负移，金属阳极氧化反应过电位电位负移，金属阳极氧化反应过电位a 减小，减小，反应速度减小，因而金属腐蚀速度减小，称为反应速度减小，因而金属腐蚀速度减小，称为阴极保护效
11、应。利用阴极保护效应减轻金属设阴极保护效应。利用阴极保护效应减轻金属设备腐蚀的防护方法叫做阴极保护备腐蚀的防护方法叫做阴极保护。本讲稿第二十五页，共四十二页n（2）基本原理）基本原理n（a）热力学原理）热力学原理n电位电位-pH图图2。01。61。20。80。40-0。4-0。8-1。2-1。6-2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 PH稳定Zn腐蚀Zn2+钝态Zn（oH）2ZnO22-ZnO2abb本讲稿第二十六页，共四十二页（b）动力学原理）动力学原理本讲稿第二十七页，共四十二页n（c）保护参数）保护参数n最小保护电位最小保护电位Epr：阴极保护中所取的极化电位。显然，要使金：阴
12、极保护中所取的极化电位。显然，要使金属的腐蚀速度降低到零，达到属的腐蚀速度降低到零，达到“完全保护完全保护”(即保护度即保护度=100%)，必须取阳极反应平衡电位作为保护电位，即取，必须取阳极反应平衡电位作为保护电位，即取Epr=Eean最小保护电流密度最小保护电流密度ipr：与所取最小保护电位对应的外加极化：与所取最小保护电位对应的外加极化电流密度叫做保护电流密度电流密度叫做保护电流密度。本讲稿第二十八页，共四十二页n（3）两种阴极保护方法的比较）两种阴极保护方法的比较n外加电流阴极保护外加电流阴极保护所需保护电流是由直流电源所需保护电流是由直流电源(如蓄电池、如蓄电池、直流发电机、整流器等
13、直流发电机、整流器等)提供的；而提供的；而牺牲阳极保护牺牲阳极保护中所需中所需保护电流是由牺牲阳极的溶解所提供的。牺牲阳极材料都保护电流是由牺牲阳极的溶解所提供的。牺牲阳极材料都是活泼的有色金属，常用的有是活泼的有色金属，常用的有锌、铝、镁锌、铝、镁。为了有效地。为了有效地发挥保护作用，牺牲阳极的电位要发挥保护作用，牺牲阳极的电位要足够负足够负，阳极极化，阳极极化率要小，特别是表面不能生成保护性的腐蚀产物膜，率要小，特别是表面不能生成保护性的腐蚀产物膜，阳极溶解要均匀。阳极溶解要均匀。本讲稿第二十九页，共四十二页n(4)应用范围应用范围n（1）从理论上来讲，任何连续的电解质体系都可）从理论上来
14、讲，任何连续的电解质体系都可以。以。n（2）工程上要求保护电流密度比较小，在经济上）工程上要求保护电流密度比较小，在经济上才合算。才合算。n（3）设备形状不太复杂，避免遮蔽现象。）设备形状不太复杂，避免遮蔽现象。本讲稿第三十页，共四十二页n（4）常用金属材料都可以采用阴极保护，但）常用金属材料都可以采用阴极保护，但要防止过保护；要防止过保护；n（5）阴极保护对于缝隙腐蚀、磨损腐蚀、应）阴极保护对于缝隙腐蚀、磨损腐蚀、应力腐蚀破裂、腐蚀疲劳以及黄铜脱锌等特殊腐力腐蚀破裂、腐蚀疲劳以及黄铜脱锌等特殊腐蚀的防止也有很好的效果；蚀的防止也有很好的效果；n（6）阴极保护与涂料联合被公认为是最经济）阴极保
15、护与涂料联合被公认为是最经济有效的防护方法。有效的防护方法。本讲稿第三十一页，共四十二页2、阳极保护阳极保护n（1）概念与发展）概念与发展n概念概念：将被保护设备与电源的正极相连，在一定的电解质中对金属进行阳极极化至一定的电位，金属建立起并维持钝态，使金属的腐蚀速率显著降低的方法，称为阳极保护。n发展发展：1954年提出，1958年正式应用。本讲稿第三十二页，共四十二页n2.原理原理2。01。61。20。80。40-0。4-0。8-1。2-1。6-2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 PHFe3+腐蚀腐蚀Fe2O3钝态钝态Fe3O4腐蚀腐蚀HFeO2-稳定稳定FebaFe2+本讲稿第
16、三十三页，共四十二页n3.阳极保护的主要参数阳极保护的主要参数n致钝电流密度致钝电流密度i致钝致钝n维钝电流密度维钝电流密度i维钝维钝n维钝区电位范围维钝区电位范围n最佳保护电位最佳保护电位 EE钝化E初钝 i维 i致 i能够进行阳极保护的腐蚀体系的阳极极化能够进行阳极保护的腐蚀体系的阳极极化曲线及保护参数曲线及保护参数本讲稿第三十四页，共四十二页n4.阳极保护和阴极保护的比较阳极保护和阴极保护的比较n（1）应用范围：介质要求n（2）电源的要求：电流容量n（3）保护效果n（4）电位偏离的危害n（5）辅助电极的差异本讲稿第三十五页，共四十二页8-4 介质处理介质处理1、除去腐蚀性成分、除去腐蚀性
17、成分（1）除去介质的有害成分）除去介质的有害成分热力除氧热力除氧加药除氧加药除氧（2）调节介质的）调节介质的pH值值加氨加氨加胺加胺（3）降低气体介质中的水分）降低气体介质中的水分干燥剂干燥剂冷凝冷凝加热加热本讲稿第三十六页，共四十二页n.相关概念n定义定义：在腐蚀环境中以适当浓度和形式(一般是很少的量)添加某种物质，能使金属的腐蚀速度大大降低，这种物质就叫缓蚀剂(即腐蚀抑制剂)。缓蚀效率：缓蚀效率：（4）添加缓蚀剂）添加缓蚀剂本讲稿第三十七页，共四十二页n按照缓蚀剂所形成的保护膜分按照缓蚀剂所形成的保护膜分 氧化膜型(缓蚀剂与金属反应生成氧化物膜)沉淀膜型(缓蚀剂与溶液中某些物质反应生成沉淀
18、膜)吸附膜型(缓蚀剂吸附在金属表面形成保护膜)n缓蚀剂的分类缓蚀剂的分类本讲稿第三十八页，共四十二页n按照溶解性分类按照溶解性分类 油溶性缓蚀剂油溶性缓蚀剂 水溶性缓蚀剂水溶性缓蚀剂本讲稿第三十九页，共四十二页8-5 金属表面覆盖层金属表面覆盖层n1、概念 表面覆盖层就是使用其他的金属或非金属覆盖在基底金表面覆盖层就是使用其他的金属或非金属覆盖在基底金属表面上，将基底金属介质界面取代为覆盖层介质属表面上，将基底金属介质界面取代为覆盖层介质界面，从而提高基底金属使用寿命的方法。界面，从而提高基底金属使用寿命的方法。本讲稿第四十页，共四十二页2、保护特点、保护特点覆盖层的保护效果和使用寿命取决于四
19、个方面的因素：覆盖层的保护效果和使用寿命取决于四个方面的因素：覆层材料在使用环境中的耐蚀性覆层材料在使用环境中的耐蚀性，覆层与基体金覆层与基体金属的结合力属的结合力强度强度良好的塑性和耐磨良好的塑性和耐磨 性等物理机械性能。性等物理机械性能。覆盖完整，孔隙和缺陷少。覆盖完整，孔隙和缺陷少。覆层的具有一定厚度和均匀性覆层的具有一定厚度和均匀性。本讲稿第四十一页，共四十二页n3、覆盖层类型与制备方法、覆盖层类型与制备方法 n非金属覆盖层：涂层、衬里非金属覆盖层：涂层、衬里n金属覆盖层：电镀、喷涂、化学镀、扩散渗透金属覆盖层：电镀、喷涂、化学镀、扩散渗透法、氧化等法、氧化等 本讲稿第四十二页，共四十二页