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1、 使金属免受或减轻腐蚀的措施使金属免受或减轻腐蚀的措施（1 1）提高金属自身的耐腐蚀性 如制造或选用合金材料；（2 2）形成保护层 如非金属或金属覆盖层(衬里、搪瓷、涂料、镀层、发蓝处理、磷化处理等)；（3 3）改变腐蚀环境改变腐蚀环境 如金属所处介质的脱盐和除氧，加缓蚀剂等；(4)防腐蚀结构设计；（5 5）电化学保护 阴极保护和阳极保护。从防腐从防腐蚀效果、施工难效果、施工难易、经济成本等方面综易、经济成本等方面综合考虑选取防腐方法合考虑选取防腐方法 金属和非金属材料很多场合需要防腐蚀第1页/共163页61 电化学保护62 衬 里63 涂料覆盖层保护64 金属覆盖层保护金属镀层65 防腐蚀结
2、构设计66 缓蚀剂保护67 金属的氧化磷化处理第2页/共163页电化学保护电化学保护阴极保护阳极保护外加电流的阴极保护牺牲阳极的阴极保护61 电化学保护 是根据金属电化学腐蚀原理对金属设备进行保护的方法。第3页/共163页 1.外加电流的阴极保护 将被保护金属设备与直流电源的负极相连，依靠外加阴极电流进行阴极极化而使金属得到保护的方法，称外加电流阴极保护，简称电保护。一、阴极保护 将被保护金属进行外加阴极极化以减小或防止金属腐蚀的方法。第4页/共163页 外加电流的阴极保护外加电流的阴极保护概念及机理 概念概念 机理机理 给被保护金属施加一个给被保护金属施加一个给被保护金属施加一个给被保护金属
3、施加一个阴极电流，极电流，极电流，极电流，给辅助阳极施加给辅助阳极施加给辅助阳极施加给辅助阳极施加阳阳极极极极电流，构成一个腐蚀电电流，构成一个腐蚀电电流，构成一个腐蚀电电流，构成一个腐蚀电池，以，以，以，以使金属得到保护。使金属得到保护。使金属得到保护。使金属得到保护。在被保护的金属表面通过足在被保护的金属表面通过足在被保护的金属表面通过足在被保护的金属表面通过足够大的够大的够大的够大的阴极电流，极电流，极电流，极电流，使其电使其电使其电使其电势变负，变负，变负，变负，抑制金属表面上腐蚀电池阳极的抑制金属表面上腐蚀电池阳极的抑制金属表面上腐蚀电池阳极的抑制金属表面上腐蚀电池阳极的溶解速率。溶
4、解速率。溶解速率。溶解速率。第5页/共163页 无无阴阴极极保保护护时时，金金属属腐腐蚀蚀以以电流电流I Icorrcorr被腐蚀。被腐蚀。当通阴极电流后，金属发生阴极极化,金属腐蚀电势将向负方向移动，由Ec移至EA1，腐蚀电流由Ic移至IA1,EA1Ecorr，IA1Icorr此时，腐蚀速率减缓。其外加阴极电流称保护电流I保，I保=IK1-IA1。若继续增大外加阴极电流，阴极极化使金属电势移至阳极初始电势，即 ，则金属阳极溶解电流IA=0，微电池腐蚀停止，金属得到完全保护，金属腐蚀停止。金属腐蚀停止。结论：要使金属得到完全保护，必须把金属阴极极化到其腐蚀微电池阳极的平衡电势。图示解析图示解析
5、外加电流阴极保护原理第6页/共163页 被保护金属设备上连接一个电势更负的强阳极金属，促使阴极极化，该方法称牺牲阳极保护，也称护屏保护或保护器保护。2.牺牲阳极的阴极保护第7页/共163页牺牲阳极的阴极保护牺牲阳极的阴极保护概念牺牲阳极材料应用实例 在保护钢铁设备上连接一种更在保护钢铁设备上连接一种更在保护钢铁设备上连接一种更在保护钢铁设备上连接一种更易失去电子易失去电子易失去电子易失去电子（电（电（电（电势更低更低更低更低）的金属或的金属或的金属或的金属或合金。合金。合金。合金。当发生电化腐蚀时，被腐蚀当发生电化腐蚀时，被腐蚀当发生电化腐蚀时，被腐蚀当发生电化腐蚀时，被腐蚀的是那种比铁更活泼
6、的金属（牺牲的是那种比铁更活泼的金属（牺牲的是那种比铁更活泼的金属（牺牲的是那种比铁更活泼的金属（牺牲阳极），而铁被保护了。阳极），而铁被保护了。阳极），而铁被保护了。阳极），而铁被保护了。镁、锌、铝，及镁、锌、铝，及镁、锌、铝，及镁、锌、铝，及其合金等。其合金等。其合金等。其合金等。在轮船的尾部和船在轮船的尾部和船在轮船的尾部和船在轮船的尾部和船壳的水线以下部分，壳的水线以下部分，壳的水线以下部分，壳的水线以下部分，装上装上装上装上一定数量的锌块，来防止一定数量的锌块，来防止一定数量的锌块，来防止一定数量的锌块，来防止船壳等的腐蚀。船壳等的腐蚀。船壳等的腐蚀。船壳等的腐蚀。用同样方法防止电用
7、同样方法防止电用同样方法防止电用同样方法防止电缆、输油管道、地下设备和缆、输油管道、地下设备和缆、输油管道、地下设备和缆、输油管道、地下设备和化工设备等的腐蚀。化工设备等的腐蚀。化工设备等的腐蚀。化工设备等的腐蚀。第8页/共163页牺牲阳极牺牲阳极船体船体 船体船体舵舵舵舵 电源电源+辅助阳极辅助阳极船体阴极保护示意图船体阴极保护示意图(a)(a)牺牲阳极保护牺牲阳极保护；(b)(b)外加电流保护外加电流保护 第9页/共163页 二者原理相同，只是前者被保护金属阴极极化输入阴极电流是靠外加直流电源，后者靠另一个电势更负的金属腐蚀溶解。第10页/共163页 (1)最小保护电流 最小保护电流密度：
8、使金属腐蚀停止，亦即达到完全保护时所需的最小电流值称最小保护电流。若以电流密度计量称最小保护电流密度。2.基本参数最小保护电流密度和最小保护电势第11页/共163页 (2)最小保护电势：在阴极保护下，当金属刚好完全停止腐蚀时的临界电势。阴极保护的基本参数都通过实验确定阴极保护的基本参数都通过实验确定,与被保护金属的种类，表面状态，以及与被保护金属的种类，表面状态，以及腐蚀介质的性质、浓度、温度、运动状腐蚀介质的性质、浓度、温度、运动状况等因况等因素有关有关。一般金属在介质中腐蚀性越强，阴极极化程度越低，所需保护电流密度越大，如温度升高，压力增大，流速加快。第12页/共163页注意注意外加电流的
9、阴极保护的实施外加电流的阴极保护的实施 实实实实际际际际应应应应用用用用中中中中，保保保保护护护护电电电电势要要要要小小小小于于于于腐腐腐腐蚀蚀蚀蚀电电电电池池池池的的的的阳阳阳阳极极极极平平平平衡衡衡衡电电电电势，但但但但不不不不是是是是越越越越负负负负越越越越好好好好，超超超超过过过过必必必必要要要要范范范范围围围围，既既既既浪浪浪浪费费费费电电电电能能能能，又又又又会会会会引引引引发发发发析析析析氢氢氢氢，使使使使附附附附近近近近介介介介质质质质pHpH升高，甚至引起氢脆。升高，甚至引起氢脆。升高，甚至引起氢脆。升高，甚至引起氢脆。外加电流的阴极保护靠外部电源提外加电流的阴极保护靠外部电
10、源提外加电流的阴极保护靠外部电源提外加电流的阴极保护靠外部电源提供阴极电流，供阴极电流，供阴极电流，供阴极电流，需采用辅助阳极，常用钢需采用辅助阳极，常用钢需采用辅助阳极，常用钢需采用辅助阳极，常用钢铁、石墨、铅银合金等作辅助阳极。铁、石墨、铅银合金等作辅助阳极。铁、石墨、铅银合金等作辅助阳极。铁、石墨、铅银合金等作辅助阳极。第13页/共163页 确定合理的保护度确定合理的保护度 阳极材料的选择阳极材料的选择 护屏或辅助阳极的合理配置护屏或辅助阳极的合理配置 要预留保护参数的监测点要预留保护参数的监测点3.阴极保护设计要点第14页/共163页(1)确定合理保护度：保护度表征保护效果 第15页/
11、共163页 电流密度增大到一定程度电流密度增大到一定程度的时候会可能产生的时候会可能产生“过保护过保护”现象现象。主要是金属表面氧化膜被还原或析氢，OH 浓度增高，也会加速腐蚀以及发生氢脆。合理选择保护电势考虑因素 (i)保护度高；(ii)耗电少；(iii)防止“过保护”。一般Z随外加阴极电流密度增大而增高，但并非按比例提高，超过一定值不但耗电增加还会降低保护度。第16页/共163页护屏保护的阳极材料对保护效果起决定性的作用 为了使被保护构件的表面获得足够的电流密度护屏必须：具有足够负的电具有足够负的电势，并且极化性能愈小愈，并且极化性能愈小愈好；好；在使用过程中，表面不产生高电阻的硬壳，在使
12、用过程中，表面不产生高电阻的硬壳，溶解均匀。溶解均匀。锌与锌合金、镁合金、铝合金常做护屏材料，锌铝镉三元合金在海水中使用电流稳定、寿命长、价格便宜。(2)阳极材料选择：第17页/共163页电保护的辅助阳极材料对保护效果的影响相对次 要，凡是导电的材料均可用来制作辅助阳极。要求：(i)介质中耐腐蚀；(ii)导电性好；(iii)机械性能好。最常用的是废钢、石墨、高硅铸铁、铅银合金、铅铂复合阳极、镀铂钛、镀铂钽、铂合金。第18页/共163页阳极的数量和配置阳极的数量和配置恰当，使电流的分恰当，使电流的分散均匀，避免发生散均匀，避免发生电流电流“遮蔽作用遮蔽作用”被保护设备上距离阳极最近的部位，集聚很
13、高被保护设备上距离阳极最近的部位，集聚很高的电流密度，而离阳极较远的部位，往往不能获得的电流密度，而离阳极较远的部位，往往不能获得足够的电流密度，致使保护度降低，甚至完全得不足够的电流密度，致使保护度降低，甚至完全得不到保护到保护(3)护屏或辅助阳极合理配置：配置是否合理，对阴极保护效果影响很大，特别是结构形状复杂的设备及介质导电率低的场合第19页/共163页在实际保护条件下，金属表面的保护电流密度受各种因素的影响会有较大的波动，为了便于对保护参数进行测量和监控，在被保护设备上应预留保护参数的监测点；由于保护电流密度很难直接测量，生产上都是监控保护电势。(4)预留保护参数监测点：第20页/共1
14、63页 4.应用范围 防止或减缓金属或合金腐蚀的经济而有效的技术措施。在海水、土壤中使用的设备、设施或管材都要通过阴极保护来增强其抗蚀能力。阴极保护效果好，简单易行，应用时应考虑以下几个方面因素：(1)阴极保护适于腐蚀性不太强的介质，介质必须能导电；(2)金属材料所处介质中要容易进行阴极极化，否则耗电量大；(3)被保护设备形状、结构不要太复杂，否则产生“遮蔽现象”从而产生“过保护”。第21页/共163页小结：小结：对于腐蚀性不太强的介质宜采用阴极保护；对于腐蚀性不太强的介质宜采用阴极保护；强腐蚀介质中，电能或护屏材料的消耗大，不强腐蚀介质中，电能或护屏材料的消耗大，不经济；经济；电保护比护屏保
15、护的适用范围宽，电流可调；电保护比护屏保护的适用范围宽，电流可调；电保护的基本投资高于护屏保护；电保护的基本投资高于护屏保护；阴极保护技术成熟，广泛用于阴极保护技术成熟，广泛用于船舶、码头、海上钻井平台、海水冷却设备、海水冷却设备、电缆、地下管道、油库及盐类生产设备、化工设备（油库及盐类生产设备、化工设备（P158表表6-2）的保护。的保护。第22页/共163页阴极保护的几点说明阴极保护的几点说明（1 1）一般阴极保护需要的电流密度不大；（2 2）在强酸 性介质中进行阴 极保护所需电 流密度过大；（3 3）金属管道的阴极保护，须保持电势与电流分布均匀。生产上难以实现生产上难以实现生产上难以实现
16、生产上难以实现。如对埋入地下的钢管实施阴极保护时，多采用相隔一定距离的分立位置的辅助阳极。采用与管道平行的带状牺牲阳极，在沿轴线方向的电势分布也要均匀。如海洋钻井平台地的阴极保护所需的电流密度，如海洋钻井平台地的阴极保护所需的电流密度，水中电流密度为水中电流密度为(60(607020)mA7020)mA mm-2-2，泥中电流密度泥中电流密度为为20mA20mA mm-2-2；知识拓展第23页/共163页二、阳极保护 1.原理 利用金属在电解质溶液中依靠阳极极化建立钝化的特性而实施的保护方法。外加直流电源正极接被保护设备，负极接辅助电极。第24页/共163页阳极极化与阳极保护 阳极保护阳极保护
17、就是就是在被在被保护的金属表面接入足够保护的金属表面接入足够大的大的阳极电流，使其电极电流，使其电势变正，进入钝化区，防止变正，进入钝化区，防止金属腐蚀的电化学保护措金属腐蚀的电化学保护措施施（如图所示）（如图所示）。具有钝性倾向的金属具有钝性倾向的金属在进行阳极极化时，若电流在进行阳极极化时，若电流达到足够的数值，在金属表面上会生成一层具有很高耐达到足够的数值，在金属表面上会生成一层具有很高耐蚀性能的钝化膜而使电流减少，金属表面呈钝态。蚀性能的钝化膜而使电流减少，金属表面呈钝态。继续施较小的电流就可维持这种钝化状态，钝态金继续施较小的电流就可维持这种钝化状态，钝态金属表面溶解量很小，从而减轻
18、腐蚀属表面溶解量很小，从而减轻腐蚀。阳极保护原理示意图阳极保护原理示意图(a)(a)电位电位-pH-pH图图;(b);(b)极化曲线极化曲线 免蚀免蚀阳极保阳极保护区护区阳极保护阳极保护电电势区区腐腐蚀蚀+E+EpH第25页/共163页 致钝电流密度（致钝电流密度（icp)维钝电流密度维钝电流密度 钝化区范围钝化区范围2.阳极保护的主要参数阳极保护的主要参数 对具有钝化倾向的金属和合金，在一定条件下，利用外加阳极电流阳极极化，电势向正方向移动,当电流值达致钝电流密度时，金属钝化为钝态，之后在维钝电流密度下使金属维持钝化状态，建立和保持钝态的参数：第26页/共163页合理选择致钝电流密度金属建立
19、钝态时，致钝电流密度越小越好 使用小容量的电源设备，减少设备投资和耗电量使用小容量的电源设备，减少设备投资和耗电量,在致钝过程中，被保护金属的阳极溶解也较小；在致钝过程中，被保护金属的阳极溶解也较小；致钝电流密度的大小与金属的本性、介质的条件、致钝电流密度的大小与金属的本性、介质的条件、致钝时间的长短有关；致钝时间的长短有关；当电流密度小到一定数值时，电流效率几乎等于当电流密度小到一定数值时，电流效率几乎等于零零；在生产工艺条件允许时，可采用逐步钝化的方法。(1)致钝电流密度icp：第27页/共163页 维钝电流密度直接反映了金属设备在阳极维钝电流密度直接反映了金属设备在阳极 保护下的腐蚀速度
20、保护下的腐蚀速度 维钝电流密度越小，经常性的电解消耗也维钝电流密度越小，经常性的电解消耗也 越少。越少。维钝电流密度的大小取决与金属的本性和维钝电流密度的大小取决与金属的本性和 介质条件介质条件(溶液组成、浓度、pH值、温度)。采用涂料采用涂料-阳极保护的联合保护，降低维阳极保护的联合保护，降低维 钝电流密度钝电流密度。(2)维钝电流密度：第28页/共163页稳定钝化区电势范围越宽越好在实施阳极保护时，不会因电在实施阳极保护时，不会因电势波动导致金属波动导致金属由钝态转变为活态或过钝化态由钝态转变为活态或过钝化态对控制电对控制电势的仪器设备和参比电极的要求可适的仪器设备和参比电极的要求可适当降
21、低当降低。稳定钝化区的电势范围很窄 生产工艺条件稍有波动，金属就有可能重新活生产工艺条件稍有波动，金属就有可能重新活化，阳极保护的实施就很困难化，阳极保护的实施就很困难。(3)钝化区范围：第29页/共163页 3.阳极保护设计要点阳极保护设计要点 正确选择辅助阴极材料正确选择辅助阴极材料 辅助阴极的合理配置辅助阴极的合理配置 参比电极的选用和安装参比电极的选用和安装第30页/共163页(1)正确选择辅助阴极材料：选择的基本原则：耐蚀、有一定的机械强度、制作容易、价格便耐蚀、有一定的机械强度、制作容易、价格便宜，对某些材料还要考虑氢脆的影响宜，对某些材料还要考虑氢脆的影响。浓硫酸：铂、镀铂电极、
22、钽、钼等浓硫酸：铂、镀铂电极、钽、钼等稀硫酸：银、铝青铜、石墨等稀硫酸：银、铝青铜、石墨等对硫酸纯度要求不高时：高硅铸铁或普通铸铁对硫酸纯度要求不高时：高硅铸铁或普通铸铁盐类溶液和碱类溶液：高镍铬合金、普通碳钢盐类溶液和碱类溶液：高镍铬合金、普通碳钢用碳钢做阴极时，阴极面积的设计要保证阴极用碳钢做阴极时，阴极面积的设计要保证阴极上必要的保护电流密度上必要的保护电流密度。第31页/共163页阳极保护与阴极保护一阳极保护与阴极保护一 样也存在电流遮蔽作用样也存在电流遮蔽作用。阴极的配置只要满足致阴极的配置只要满足致 钝阶段的要求，维钝阶钝阶段的要求，维钝阶 段就一定能保证段就一定能保证。阴极的布置
23、常常需要通阴极的布置常常需要通 过试验来确定过试验来确定。(2)辅助阴极的合理配置：结构形状复杂设备容易出现电流分布不均。图6-7 加压碳化塔阳极保护的阴极布置示意图第32页/共163页参比电极选用的总体要求：工作稳定，可靠，便宜，易于制作，安装和使用方便工作稳定，可靠，便宜，易于制作，安装和使用方便。两类常用的参比电极：可逆电极可逆电极：甘汞电极：甘汞电极、硫酸铜电极硫酸铜电极。固体金属电极：不锈钢、铅、铸铁、碳钢固体金属电极：不锈钢、铅、铸铁、碳钢。参比电极的安装位置：一般选在距阴极最远或电一般选在距阴极最远或电势最低的部位最低的部位。适用范围：适用于电解质溶液中连续液相部分的保护适用于电
24、解质溶液中连续液相部分的保护。适用范围窄，主要用于氧化性介质中对钢铁进行保适用范围窄，主要用于氧化性介质中对钢铁进行保护护。(3)参比电极选用和安装：第33页/共163页（4 4）阳极保护实例 硫酸储槽的阳极保护 把与硫酸接触的全部金把与硫酸接触的全部金属表面作为阳极，另设置阴属表面作为阳极，另设置阴极，形成电流回路极，形成电流回路（如图所（如图所示）。示）。硫酸储槽阳极保护原理示意图硫酸储槽阳极保护原理示意图 向硫酸储槽施加一定电流，向硫酸储槽施加一定电流，使其产生阳极极化，使其产生阳极极化，通过致钝其通过致钝其电电势，然后进入稳定钝化区并维，然后进入稳定钝化区并维持其电持其电势在这个区域，
25、在这个区域，依靠在钝依靠在钝化区新形成的钝化膜降低储槽在化区新形成的钝化膜降低储槽在硫酸中的腐蚀速率。硫酸中的腐蚀速率。第34页/共163页 小结：阴、阳极保护比较：1.从原理上讲，一切金属在电解液中均可进行阴极保护，而阳极保护金属必须在该介质中能阳极钝化方可；2.阴极保护不发生电解腐蚀，阳极保护要经过电解腐蚀阶段，钝化后仍以维钝电流密度速率腐蚀；3.阴极保护电势偏离不会加速腐蚀，阳极保护偏离钝化电势区会加速腐蚀；4.强氧化性介质阴极保护需电流很大，使用价值小，但有利于生成钝化膜，可施阳极保护；5.阴极保护电势过负会产生氢脆，阳极保护不产生氢脆。6.阴极保护辅助阳极溶解而阳极保护辅助阴极得到保
26、护。第35页/共163页62 衬 里 是在金属表面衬以砖、玻璃钢、橡胶、搪瓷等材料以达保护金属。是一种综合利用不同材料的特性，具有较长使用寿命的防腐方法。一、碳钢设备及衬里材料的表面处理 设备衬里质量的关键决定设备表面与衬里材料间的粘结强度，粘结强度又取决于胶粘剂性能和粘结界面特性。胶粘剂与被粘物质间的粘附作用：物理吸附、化学键合、机械嵌合。第36页/共163页 用接触角大小来衡量胶粘剂对用接触角大小来衡量胶粘剂对固体表面的润湿性固体表面的润湿性1.被粘物表面的要求 (1)有良好的湿润性：指被粘物表面能被胶黏剂完全润湿。洁净的金属或无机材料表面能高，有较强吸附性，再加上外力的涂刷，接触角小于9
27、0，容易被胶粘剂润湿。高分子材料表面能低，不易润湿。第37页/共163页 (2)适当的提高表面的粗糙度：适当表面粗糙度，可增加与胶粘剂的接触面积，增加界面镶嵌效果，毛细管作用毛细管作用促进胶粘剂的扩散，有利于提高粘结强度。但过大粗糙度，凹缝不易被胶粘剂润湿，残留空气使粘结强度降低。工业上通常采用喷砂处理结果较为满意。第38页/共163页 (3)表面清洁：洁净的金属表面具有较高的表面自由能；洁净的金属表面具有较高的表面自由能；表面存在锈层、氧化物、油、水等，影响胶粘表面存在锈层、氧化物、油、水等，影响胶粘剂对金属表面的润湿性；锈层和油、水等污染剂对金属表面的润湿性；锈层和油、水等污染物本身的内聚
28、力很小，夹杂在胶粘剂和被粘物物本身的内聚力很小，夹杂在胶粘剂和被粘物的界面上，造成粘结强度降低；的界面上，造成粘结强度降低；为了保证衬里的质量，加工金属表面氧化皮必为了保证衬里的质量，加工金属表面氧化皮必须去除须去除。第39页/共163页 2.钢铁表面处理 为了保证衬里质量，钢铁表面处理必须包括氧化皮的去除。(1)手工除锈：效率低、质量差、仅适用小件和一般涂料施工，衬里工程很少采用。(2)机械清洁法：机械研磨、滚磨、喷砂、喷丸、高压水流除锈。喷砂法是通入0.50.6MPa压缩空气，用石英砂、金钢砂、河砂，经喷嘴以5070m/s高速喷射到钢铁表面清除金属表面的铁锈、氧化皮及其他污垢；使金属表面获
29、得一定的粗糙度,劳动条件差。第40页/共163页 (3)化学法除锈化学法除锈 将金属件浸于无机酸溶液中，依靠溶解作用去除表面的将金属件浸于无机酸溶液中，依靠溶解作用去除表面的氧化物氧化物。HCI（1015%）：）：溶解钢铁表面氧化皮和铁锈，用溶解钢铁表面氧化皮和铁锈，用 于间歇酸洗于间歇酸洗 H2SO4（1020%）：）：进入氧化皮的微裂纹，在钢与进入氧化皮的微裂纹，在钢与 Fe3O4、的界面上反应生成的界面上反应生成H2，使使 氧化皮脱落。用做流水作业氧化皮脱落。用做流水作业 的酸洗液的酸洗液 H2SO4(510%)与HCl(1015%)混酸酸洗时为防止过损伤和氢脆必需添加缓蚀剂必需添加缓蚀
30、剂（若丁）。第41页/共163页知识拓展课堂互动第42页/共163页 3.衬里材料的表面处理 1）高分子材料：(1)机械法处理：喷砂或手工打磨增加表面粗糙度和表面活性，使高分子材料表面易被胶粘剂润湿，增大接触面积提高粘合效果。如：聚氯乙烯用砂纸打磨后，粘结抗剪强度由0.31MPa提高到1.34MPa。(2)化学处理：通过氧化、交联，引入极性基团或接枝的作用提高表面活性。如：聚烷烯烃类塑料常用过氧化氢、有机过氧化物、高锰酸钾、王水、硫酸重铬酸盐等强氧化剂处理，使塑料改变极性。2）无机材料：如陶瓷、砖板表面的清净主要是去油、水等污物，粘结面不上釉，有利于镶嵌作用。第43页/共163页二、砖板衬里
31、传统防腐蚀技术，衬里质量主要取决于胶粘剂合理选择和施工及衬里结构的正确设计，耐腐蚀性能和适用范围与作为独立材料的陶瓷、石墨基本相同。1.砖板：辉绿岩板、玄武岩板、耐酸瓷砖板、耐酸耐温陶砖板和不透性石墨板等。2.胶泥选择：粘胶剂要有良好粘附性能和足够内聚强度。作为防腐蚀衬里还应有良好耐蚀性，致密抗渗透性，热稳定性，固化收缩率低，经济且便于施工。常用于砖板衬里的胶粘剂有：硅酸盐胶粘剂和树脂类胶粘剂，常加填料，固化前称胶泥。第44页/共163页 (i)硅酸盐胶泥：水玻璃为胶粘剂，氟硅酸钠为固化剂,耐酸粉为填料。按比例调制而成，固化过程反应：凝胶Si(OH)4具有粘性，较高粘附力，进一步脱水成坚固粘结
32、层：Si(OH)4 SiO2H2O 耐酸、耐热性好，价格低,在氧化性介质、有机溶剂中比其它胶泥更优，但不耐碱和含氮化合物，抗渗性差，收缩性亦差。在硫酸、磷酸、醋酸介质中，钾水玻璃胶泥更好些。2Na2OnSiO2Na2SiF62(2n+1)H2O 6NaF(2n+1)Si(OH)4第45页/共163页 (ii)树脂类胶泥：树脂类胶泥：大多使用热固性树脂（酚醛、环氧、呋喃、环大多使用热固性树脂（酚醛、环氧、呋喃、环氧氧-呋喃、环氧呋喃、环氧-酚醛等酚醛等)添加填料、固化剂等配添加填料、固化剂等配制而成制而成。树脂类胶泥对非氧化性酸有较好的耐蚀性；树脂类胶泥对非氧化性酸有较好的耐蚀性；环氧、呋喃：适
33、用于酸碱交替的场合；环氧、呋喃：适用于酸碱交替的场合；酚醛胶泥：常用于渗透性较大的稀酸介质；酚醛胶泥：常用于渗透性较大的稀酸介质；环氧环氧-呋喃胶泥：提高呋喃胶泥的粘结强度；呋喃胶泥：提高呋喃胶泥的粘结强度；环氧胶泥：粘结强度高、收缩性小、抗渗透环氧胶泥：粘结强度高、收缩性小、抗渗透 性好、价格贵，一般用于挤缝和勾缝。性好、价格贵，一般用于挤缝和勾缝。各种胶泥的使用场合：各种胶泥的使用场合：P137 特点：不耐强氧化性酸和氧化性介质，耐非氧化性酸。注意：固化时存在孔隙，防止渗透常衬二层以上。第46页/共163页 3.衬里结构设计 (1)为便于手工衬里施工和检修，设备直径不宜小于700mm，反应
34、罐等密封设备应设有入孔或可拆卸大法兰。法兰转角处衬贴耐腐蚀材料。第47页/共163页 （2）设备焊缝采用焊缝采用对焊接对焊接；内表面焊缝平整、凸起高度内表面焊缝平整、凸起高度 3mm,在满足衬层的整体性和厚度的前提下，尽量少用玻 璃纤维。衬贴过程中，涂刷充分，尽可能挤出纤维间空隙衬贴过程中，涂刷充分，尽可能挤出纤维间空隙中的空气，每一层经热处理或充分干燥中的空气，每一层经热处理或充分干燥。玻璃纤维衬里的玻璃纤维衬里的抗渗性差、不耐磨、不耐磨、密封设备内施工条件差，使用范围受限使用范围受限。第53页/共163页 3.玻璃钢衬里的渗透与应力破坏玻璃钢衬里的渗透与应力破坏n 玻璃钢衬层出现玻璃钢衬层
35、出现针孔、气泡或微裂纹针孔、气泡或微裂纹，介质沿缺陷，介质沿缺陷 往里渗透往里渗透由于溶剂挥发，使一些未参与交联反应的固化剂、增由于溶剂挥发，使一些未参与交联反应的固化剂、增 塑剂等物质析出；塑剂等物质析出；某些缩聚树脂在固化过程中生成小分子某些缩聚树脂在固化过程中生成小分子。n 玻璃纤维的表面处理不好，介质渗到树脂与玻璃纤维玻璃纤维的表面处理不好，介质渗到树脂与玻璃纤维的界面间，破坏树脂与金属的粘合；如发生腐蚀，可的界面间，破坏树脂与金属的粘合；如发生腐蚀，可能出现鼓泡，使衬里层剥离能出现鼓泡，使衬里层剥离。第54页/共163页n 内应力超过玻璃钢衬层强度，使衬层破裂；或局部内应力超过玻璃钢
36、衬层强度，使衬层破裂；或局部 应力集中使衬层翘曲或局部龟裂。应力集中使衬层翘曲或局部龟裂。分子交联和链的缩短引起体积收缩，在衬层内分子交联和链的缩短引起体积收缩，在衬层内 产生拉应力；产生拉应力；加热固化或升温冷却过程中，出现热应力。加热固化或升温冷却过程中，出现热应力。提高抗渗性、减缓内应力正确选择胶粘剂的配方；正确选择胶粘剂的配方；合理设计玻璃纤维与树脂的相对比例；合理设计玻璃纤维与树脂的相对比例；使树脂充分固化；使树脂充分固化；同时同时衬里应有足够厚度，保证衬里有足够的强度保证衬里有足够的强度。第55页/共163页四、橡胶衬里 橡胶有良好耐酸、耐碱性,作金属防腐蚀衬里应用普遍。1.衬里橡
37、胶的性能与适用范围：1）橡胶种类、性能：天然橡胶：是橡胶树树汁(胶乳)炼制而成，系不饱和异戊二烯高分子聚合物 。CH2CCHCH2CH3 合成橡胶：如氯丁橡胶、丁基橡胶、聚异丁烯橡胶。衬里胶片：橡胶中配入硫化剂、硫化促进剂、增塑剂、防老剂、填料、结合增强剂等添加物配制而成称生胶片，施工贴于设备表面，经硫化的橡胶称熟橡胶或橡皮。胶粘剂（胶浆）：配有硫磺等添加剂，橡胶中硫极易与金属反应生成金属硫化物，粘结强度很高。第56页/共163页 橡胶具有良好的化学稳定性，可耐一般非氧化橡胶具有良好的化学稳定性，可耐一般非氧化性性 酸、有机酸、碱溶液和盐溶液酸、有机酸、碱溶液和盐溶液 在强氧化性酸和芳香族化合
38、物中不稳定在强氧化性酸和芳香族化合物中不稳定 添加剂种类数量不同性质各异。软橡胶软橡胶 （S：13%）：）：-2575 半硬橡胶（半硬橡胶（S：30%）：）：-2575 硬橡胶（硬橡胶（S：40%）：）：065橡胶橡胶耐蚀性、耐老化性、粘结强度：耐蚀性、耐老化性、粘结强度：硬橡胶硬橡胶 半硬橡胶半硬橡胶 软橡胶软橡胶耐磨、耐寒性、抗冲击性：耐磨、耐寒性、抗冲击性：软橡胶软橡胶 半硬橡胶半硬橡胶 硬橡胶硬橡胶 第57页/共163页 软橡胶：约含1-3%硫磺的橡胶，弹性好。硫化交联不完全，能承受较大变形，适于温度变化大，有冲击震动场合，耐腐蚀性差，抗渗性、粘结强度低。不能单独做衬里层，和硬橡胶、半
39、硬橡胶组合使用。硬橡胶：硫磺含量大于40%，耐蚀性、抗老化性、粘结强度好，但耐磨、耐寒、抗冲击性能差。温度变化小、无磨损冲击的强腐蚀介质中可单独使用，与软橡胶联合做衬里的底层,做旋塞、泵等的衬里。半硬橡胶：含硫磺量在30%左右，性能在软硬橡胶之间。合成橡胶：聚异丁烯橡胶衬里，属于惰性物质，耐酸、碱性强，密度大，耐水性、抗老化性能良好，是热塑性高聚物，不需硫化，但使用温度较低。2）适用范围：橡胶衬里用于静设备、运动零件的耐蚀，抗磨包覆。P168表6-7橡胶衬里的使用场合：第58页/共163页2.橡胶衬里技术要求 衬里施工：表面处理，配制胶浆，胶板下料，涂刷胶浆，缺陷处理，贴衬粘合、硫化、修补。图
40、6-13第59页/共163页1）缺陷处理：设备焊缝部位，转角处不易衬贴，残留空气受热鼓泡，消除方法：(i)用刷过胶浆胶条填贴设备缺陷处，用烙铁烙至要求坡度或烙平；(ii)在涂刷第三次胶浆后，采用挂线排气法,用4-5根合股棉线(直径1-2mm)沿设备缺陷处排列，线头从附近法兰处引出，然后衬贴胶板，残存气体在硫化时沿棉线排出；(iii)用粗针头穿过胶片插到缺陷处，用真空泵抽出残余气体（较小部位，局部缺陷）。第60页/共163页 2）衬贴：胶板上覆盖不易粘附垫布，边衬边抽垫布,衬贴在一定温度下进行烙压，加热可增加塑性，排除空气,保证贴合。3）硫化：CH2CCHCH2SCH2CCHCH2 CH3SCH
41、2 CCHCH2CH3CH3橡胶与硫化剂反应形成交联体型网状结构分子不再发生塑性流动，具有一定强度、硬度、弹性、耐热温度也得以提高。第61页/共163页生胶板按施工要求衬贴于设备的表面，经硫化后使生胶板按施工要求衬贴于设备的表面，经硫化后使橡胶变成结构稳定的防腐层。橡胶变成结构稳定的防腐层。天然橡胶，天然橡胶，可塑性好可塑性好硫化橡胶硫化橡胶第62页/共163页n 硫化过程的技术要点硫化过程的技术要点硫化程度决定硫化温度和时间硫化温度：硫化反应开始时吸热反应，后期转为放热反应，衬里施工的硫化温度一般控制衬里施工的硫化温度一般控制在在140150；对于厚度比较大的衬里层（泵壳、旋塞）采对于厚度比
42、较大的衬里层（泵壳、旋塞）采取分取分 段硫化段硫化；硫化时间：根据橡胶硬度、强度确定,其值随时间增长而增高，达最大值后，再延长时间不会增高反而变脆、开裂、脱层,不同配方的胶片,不同厚度的衬层,通过实验通过实验确定硫化终点值硫化终点值。第63页/共163页n 硫化的方式硫化的方式间接硫化：间接硫化：是将衬好胶的设备送入硫化罐内，通蒸气硫化，硫化质量高，设备尺寸受硫化罐的容积硫化质量高，设备尺寸受硫化罐的容积限制限制；直接硫化：直接硫化：大型密闭容器，反应器设备内，直接通蒸气进行硫化,接管部位可能受热不均匀而影响硫化质量,需要采取保温措施需要采取保温措施；敞口硫化：敞口硫化：注水或盐水于设备内，然
43、后用蒸气蛇管加热使之沸腾,质量不易保证，用于不能承压的大质量不易保证，用于不能承压的大型设备型设备。第64页/共163页 3.橡胶衬里结构 (1)对设备表面凹凸部位要求高，所有焊缝处打磨成一定坡度或圆角，原则上不应采用铆接，特殊需要则用埋头螺钉；(2)法兰口上不要密封线，以免缝隙中残留空气造成衬层鼓泡；(3)设备接口应与设备表面齐平。管道、顶盖、塔节可拆连接采用法兰连接；第65页/共163页 (4)平面或弧面上胶板粘结结构有对接和搭接两种形式,除转动设备外，一般都用坡口搭接；图6-15图6-15第66页/共163页 (5)物料进出口接管的衬层结构，其胶缝应顺着介质流动方向塔接；图6-16第67
44、页/共163页 (6)转动设备胶片塔接方向应与转动方向一致。避免接缝受冲击或摩擦作用而脱胶。图6-17第68页/共163页五、化工搪瓷 化工搪瓷是在钢铁设备表面涂覆高含硅量的瓷釉，经高温煅烧而形成致密玻璃质耐蚀层。兼备金属的良好力学性质和瓷釉的耐腐蚀优点，表面光滑不会污染产品，所以广为应用。第69页/共163页 1）瓷釉：原料是石英砂，长石等天然岩石加助溶剂（如：硼砂、纯碱、碳酸钾、氟化物），少量密着剂（镍、钴、铜、锑、锡等金属氧化物），经粉碎，按一定比例混合，在11301150下熔融成玻璃态物质，加水、粘土、乳浊剂等磨加物在研磨机内充分磨细，制成瓷釉浆。利用喷枪均匀喷涂在钢铁设备表面，送入加
45、热炉于800900下进行烧结,得到玻璃质搪瓷层。1.组成 性能与应用第70页/共163页瓷釉通常由两层组成：通常由两层组成：底釉：底釉：热膨胀系数；表面张力热膨胀系数；表面张力面釉：面釉：防腐和抗老化的作用防腐和抗老化的作用 为了获得性能良好的搪瓷层通常涂覆两层不同组成的瓷釉，先涂底釉，其原料配比要尽可能与钢铁具有相近热膨胀系数，瓷釉熔融物有较小表面张力，使得能很好地润湿钢铁表面而提高粘结强度。面釉主要起防腐蚀作用，一般涂覆2-3次，每涂覆一次烧结一次，总厚度通常为0.8-1.5mm。第71页/共163页 2）性能：(i)耐腐蚀性：耐各种浓度无机酸、有机酸、有机溶剂、弱碱，不耐氢氟酸、含氟化合
46、物、浓热磷酸、强碱；耐蚀（除HF，含氟化物溶液、浓热磷酸、强碱外）(ii)导热性好：瓷釉层薄，可用于加热或冷却场合；导热（可用于需要加热或冷却的场合）(iii)耐热性能不高：急冷急热釉层破裂，实际使用温度不高于300，急变温差不超过120；耐温度剧变性能不高（T 最高300,T120)(iv)耐压力性能：决定钢板厚度，耐冲击性差。压力条件：搪瓷烧成时变形，不易保证密封性，目前只适 用于内压0.25MPa;真空度 93.3kPa;外压0.6MPa第72页/共163页 3）应用：化工搪瓷制品有：搪瓷反应釜、搪瓷贮槽、套环式和套管式搪瓷热交换器、塔器、管子与管件、阀门、搪瓷泵。第73页/共163页
47、2.设备结构设计特点 (1)制品金属胎采用低碳钢、铸铁：据经验，碳含量0.10.12%最理想，磷、硫、硅也需严格控制，否则会产生气泡、孔隙、黑点。(2)设备转角部位必须均匀圆滑过渡，转角越大越好，不少于10mm，从而避免应力集中爆瓷。(3)壁厚按计算再增加2-3mm，壁厚不得小于6mm，以防高温搪烧变形、减薄。圆筒设备高径比一般为0.81.6，最好为1。第74页/共163页 (4)法兰一般用较多卡子连接；小直径的允许螺 栓连接；搪烧时易变形一般用数量较多卡子连接，可使法兰面瓷釉受力均匀，也可避免搪烧变形。搪瓷设备法兰若采用螺栓连接，法兰必须有较大宽度。第75页/共163页 (5)金属设备外表面
48、不允许有焊接接触面很宽或很厚的附件，必要时可采用过渡板连接。如果设备上开孔较多，一般不焊加强板，可增加厚度。第76页/共163页 (6)尽量减少焊缝，否则会增加气孔，裂缝等缺陷。严格控制焊接质量，厚壁小于12mm采用V型双面对接焊，大于12mm则用X型双面对焊接。第77页/共163页 (7)设计的设备结构，应避免瓷面直接承受液、气冲击及局部过热、过冷。如带夹套反应罐，蒸气进口处加设挡板；(8)中空结构，应开排气孔，避免搪烧或使用时出现热空气爆瓷现象。图6-21蒸气进口加挡板图6-22搅拌桨上的排气孔第78页/共163页63 涂料覆盖层保护 是涂料通过涂覆的方法覆盖在金属表面，固化成薄层，从而保
49、护金属免遭腐蚀。涂料覆盖层目前主要用做设备、管道、厂房的外表面抗大气腐蚀的防护层，或者腐蚀环境不是很苛刻的设备内壁的保护。一、涂料的组成及作用 1.涂料品种：品种很多，主要两大类 (i)油基性涂料(漆)：干性油为主体；(ii)树脂基涂料(漆)：以合成树脂或天然树脂(如生漆、橡胶)为主体。第79页/共163页 2.涂料组成：组成：成膜物质、颜料、成膜物质、颜料、稀释剂、催干剂、固化剂稀释剂、催干剂、固化剂 隔离介质隔离介质 使覆盖层与被保护的设备表面紧密粘附使覆盖层与被保护的设备表面紧密粘附 填充连续成膜物质的空隙，降低渗透性填充连续成膜物质的空隙，降低渗透性 不同程度的反射紫外线，延缓漆膜的老
50、化不同程度的反射紫外线，延缓漆膜的老化 某些颜料具有显著的防锈效果某些颜料具有显著的防锈效果 作用作用成膜物质：颜料：第80页/共163页 油基性涂料的成膜物质来自油基性涂料的成膜物质来自植物果实的干性油植物果实的干性油如桐油、亚麻油、豆油等桐油、亚麻油、豆油等。氧化诱导期长，氧化诱导期长，添加催干剂添加催干剂 (i)成膜物质：是涂料覆盖的基础，也是胶粘剂，起隔离介质和使覆盖层紧密粘附在被保护设备表面。第81页/共163页生漆的主要成膜物质是生漆的主要成膜物质是漆酚漆酚：依靠自身含有的霉菌产生活性氧，使漆酚侧链上的不饱依靠自身含有的霉菌产生活性氧，使漆酚侧链上的不饱和键产生氧化聚合作用，形成体