金屬腐蝕與防護(hù).ppt

3 6金屬的腐蝕與防護(hù) 1 金屬的腐蝕 例如在軋鋼過程中 當(dāng)T 700 時(shí) 會(huì)發(fā)生氧化脫碳 Fe3C s O2 g Fe s CO2 g Fe3C s CO2 g Fe s CO g Fe3C s H2O g Fe s CO g H2 g 1 化學(xué)腐蝕 當(dāng)金屬與周圍的介質(zhì)接觸時(shí) 由于化學(xué)或電化學(xué)作用而引起的材料性能的退化與破壞 稱為金屬的腐蝕 析氫腐蝕吸氧腐蝕 定義 由金屬 金屬中的雜質(zhì) 電解質(zhì)溶液組成的局部電池引起的腐蝕 特點(diǎn) 局部形成短路小電池 腐蝕電池 腐蝕類型 2 電化學(xué)腐蝕 注意 腐蝕電池與原電池的區(qū)別 析氫腐蝕 電極反應(yīng) 陽極 Fe 陰極 雜質(zhì) 總反應(yīng) 條件 酸性介質(zhì) 析氫腐蝕常常發(fā)生在 1 酸洗或酸侵蝕某種活潑金屬的加工過程中 2 潮濕的空氣 特別含有較多的酸性氣體 CO2 SO2和NO2等 的空氣中 在酸性介質(zhì)中 金屬及其制品發(fā)生析出H2的腐蝕 吸氧腐蝕 電極反應(yīng) 總反應(yīng) 條件 弱酸性 中性或堿性介質(zhì) 陽極 Fe 陰極 雜質(zhì) 在一定的腐蝕介質(zhì)中 由于溶解氧的作用而引起的腐蝕 濃差腐蝕 吸氧腐蝕的一種形式 是因金屬表面的氧氣分布不均勻而引起的 2 金屬的防腐 1 正確選材2 覆蓋保護(hù)層要求 a 膜層致密 完整無孔 不透介質(zhì) b 與基體金屬結(jié)合強(qiáng)度高 附著力強(qiáng) c 高硬度 耐磨 d 均勻分布 金屬保護(hù)層 鍍層 基體例如 銅上鍍銀 金 鐵上鍍錫 主要起隔離和裝飾作用 鍍層 基體例如 鐵上鍍鋅 主要起防腐作用 非金屬保護(hù)層常用的有 涂料 油漆 搪瓷 塑料等 鈍化膜保護(hù)層a 氧化膜 發(fā)藍(lán) 發(fā)黑 原理 在堿性溶液中 135 150 條件 Fe NaNO3 NaNO2 Fe3O4特點(diǎn) 很薄 0 5 5 m 藍(lán)黑色 用途 裝飾 防腐 缺點(diǎn) 抗蝕力較低 常用肥皂液浸漬封孔和涂油處理 發(fā)展 常溫下進(jìn)行的無堿發(fā)藍(lán) Fe Ca NO3 2 H3PO4 MnO2 Ca3 PO4 2 Fe3O4 發(fā)藍(lán)液 黑色 b 磷化膜原理 在磷酸錳鐵鹽 俗稱馬日夫鹽 硝酸鋅鹽的溶液中 在一定pH值 50 70 條件下處理金屬工件 使金屬表面形成一層難溶的復(fù)合磷酸鹽 磷化膜 其組成為 Fe3 PO4 2 xH2O M3 PO4 2 xH2O特點(diǎn) 外觀暗灰色 膜厚約5 15 m 抗腐蝕能力為發(fā)藍(lán)膜的5 10倍 有較高的絕緣性 用途 抗蝕 油漆基底 缺點(diǎn) 不耐強(qiáng)酸堿 性脆 機(jī)械強(qiáng)度較差 c 陽極氧化 借助電解過程將金屬表面氧化 產(chǎn)生氧化膜 陽極 主 次 特點(diǎn) 氧化膜厚 5 300 m 抗蝕性好 電解液 無孔型 難以溶解Al和Al2O3的檸檬酸 硼酸等 多孔型 硫酸 磷酸 草酸 鉻酸等 說明 氧化鋁膜的性質(zhì)與電解液組成有關(guān) 根據(jù)用途不同 可分為多孔型和無孔型兩種 陰極 比如Ca HCO3 2能與陰極附近所形成的OH 進(jìn)行如下反應(yīng) Ca2 2HCO3 2OH CaCO3 s 2H2O CO32 難溶性碳酸鈣覆蓋于陰極表面 使電極的極化電勢(shì)降低 阻滯陰極反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行 從而減緩金屬的腐蝕速率 a 無機(jī)緩蝕劑 氧化性 非氧化性 如CrO42 CrO4 NaNO3 NaNO2等 在溶液中能使鋼鐵鈍化形成鈍化膜 能與金屬離子作用生成難溶物 覆蓋在金屬表面上形成保護(hù)膜 3 緩蝕劑法 如Na2CO3 Na2SiO3 Ca HCO3 2等 b 有機(jī)緩蝕劑 瓊脂 糊精 動(dòng)物膠 胺類及含N S 三鍵的有機(jī)物質(zhì) 如二甲苯硫脲 烏洛托品 若丁等 通常在酸性介質(zhì)下 使用條件 防腐原理 金屬剛開始溶解時(shí) 表面帶負(fù)電 吸附緩蝕劑的離子或分子于表面 形成一層難溶而致密的保護(hù)膜 阻礙氫離子放電 從而達(dá)到保護(hù)金屬的目的 常用的有機(jī)緩蝕劑有 C6H11 2NH2NO2 H2O C6H11 2NH2OH H NO2 c 氣相緩蝕劑 例如 亞硝酸二環(huán)己胺被吸附后發(fā)生水解反應(yīng) C6H11 2NH2OH C6H11 2NH2 OH 可以揮發(fā)到空間 與空氣中的水蒸氣一起被吸附在金屬表面上 從而達(dá)到保護(hù)金屬的目的 其中有機(jī)陽離子與金屬以配位鍵結(jié)合 形成連續(xù)保護(hù)層 有效的阻止H 的還原 再加上NO2 的氧化作用 維持金屬表面鈍化 使金屬抗蝕能力大為提高 5 改善環(huán)境 4 電化學(xué)保護(hù)法 陰極保護(hù)法 陽極保護(hù)法 犧牲陽極保護(hù)法 外加電流保護(hù)法 CoCl2 6H2OCoCl2 2H2OCoCl2 H2OCoCl2粉紅紫紅藍(lán)紫藍(lán)色 空氣中因含有水蒸氣 易使金屬零件生銹腐蝕 我們可用控制相對(duì)濕度法 干燥空氣封存法 或放置干燥劑等方法 改善環(huán)境 常用的干燥劑是浸入少量CoCl2的硅膠干燥劑 利用外加電源 使被保護(hù)的金屬氧化生成鈍化膜 鋼材的銹蝕與防護(hù) 鋼材的銹蝕 鋼材表面與其周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而遭到的破壞 稱為鋼材的銹蝕 化學(xué)銹蝕電化學(xué)銹蝕 鋼材直接與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生銹蝕 多數(shù)是由氧化作用在鋼材表面形成疏松氧化物 在干燥環(huán)境中反應(yīng)緩慢 但溫度和濕度較高 銹蝕則發(fā)展迅速 鋼材本身組成上的原因和雜質(zhì)的存在 在表面介質(zhì)的作用下 各成分電極電位的不同 形成微電池 鐵元素失去了電子成為Fe2 進(jìn)入介質(zhì)溶液 與溶液中的OH 離子結(jié)合生成Fe OH 2 銹蝕的結(jié)果 在鋼材表面形成疏松的氧化物 使鋼結(jié)構(gòu)斷面減小 降低鋼材的性能 因而承載力降低 鋼材的防護(hù)三個(gè)方面 從改變鋼材本身的易腐蝕性 隔離環(huán)境中的侵蝕性介質(zhì)或改變鋼材表面的電化學(xué)過程 1 采用耐候鋼 耐大氣腐蝕鋼 2 金屬覆蓋 電鍍或噴鍍的方法覆蓋在鋼材表面 3 非金屬覆蓋 在鋼材表面用金屬材料做為保護(hù)膜 如噴涂涂料 搪瓷和塑料等 4 混凝土用鋼筋的防銹 3 7金屬材料的電化學(xué)加工 1 電鍍 1 表面處理a 除油溶劑除油 煤油 汽油 丙酮 氯代烴等 堿液除油 NaOH Na2CO3 硅酸鈉 磷酸鈉等 電解除油 陰極除油 陽極除油 b 酸洗 2 電鍍液的選擇 電鍍液種類繁多 成分復(fù)雜 它的選擇是電鍍質(zhì)量優(yōu)劣的關(guān)鍵 以電鍍鋅為例 說明電鍍液的選擇 簡單的鋅鹽如ZnSO4溶液不宜作電鍍液 因?yàn)閆nSO4是強(qiáng)電解質(zhì) 溶液中Zn2 濃度過大 電鍍時(shí)鋅沉積過快 使鍍層粗糙 厚薄不勻 與基體金屬結(jié)合力差 組成 ZnO NaOH 添加劑電鍍反應(yīng) 2NaOH ZnO H2O Na2 Zn OH 4 陰極 故采用堿性鋅酸鹽作電鍍液 3 鍍后處理 為了提高鋅鍍層的抗蝕性 往往將鍍鋅后的零件放入鈍化液 進(jìn)行鈍化處理 使其表面形成一層致密而穩(wěn)定的薄膜 這種方法叫鍍鋅鈍化 形成的薄膜為鈍化膜 2 電鑄 電鍍與電鑄的區(qū)別 電鍍層厚度較薄 0 01 0 05mm 電鑄鍍層厚度較厚 0 05 5mm 電鑄與電鍍都是指鍍液中的金屬離子在電場(chǎng)作用下 沉積到陰極上的過程 由于加工目的不同 就使加工方法等有了明顯差異 電鑄目的主要是復(fù)制模具 工藝品以及加工高精度的空心 薄壁零件及導(dǎo)管等 電鑄加工原理 如圖所示 3 化學(xué)蝕刻 1 定義 利用腐蝕原理進(jìn)行金屬定域 切削 的加工方法 2 原理 化學(xué)落料或化學(xué)銑切 涂膠 腐蝕 去膠 工件 耐蝕膠膜 腐蝕深度 化學(xué)拋光與電解拋光 化學(xué)拋光 依靠純化學(xué)作用與微電池的腐蝕作用 使材料表面平滑和光澤