金屬腐蝕與防護保護技術(shù)PPT學習教案

1、會計學1 金屬腐蝕與防護保護技術(shù)金屬腐蝕與防護保護技術(shù) 材料 環(huán)境 材料本性 環(huán)境條件 腐蝕原因 腐蝕形式 本質(zhì)機理 規(guī)律性 影響因素 控 制 方 法 效果 工藝 施工 經(jīng)濟 環(huán)境 效益 第1頁/共101頁 最常用防護技術(shù)和措施最常用防護技術(shù)和措施 (1) 合理選材； (2) 合理防腐設(shè)計； (3) 電化學保護（陰極保護、陽極保護、犧牲陽極 保護）； (4) 介質(zhì)環(huán)境處理； (5) 緩蝕劑； (6) 表面處理； (7) 表面涂覆和襯里。 第2頁/共101頁 8.1 合理選材合理選材 （1）實際環(huán)境、工況條件及可能的變化； （2）材料結(jié)構(gòu)、性能及可能的變化。 合理選材合理選材正確設(shè)計 精心施工

2、選材依據(jù)： 維護管理 耐久安全 選材重要一環(huán) 第3頁/共101頁 1實際介質(zhì)實際介質(zhì)/環(huán)境條件環(huán)境條件 介質(zhì)、濃度、雜質(zhì)、電導、pH、腐蝕產(chǎn)物、溫度、壓力、流速等。 氧化性介質(zhì)（HNO3） 不銹鋼、鋁、鈦等鈍化型金屬。 還原性介質(zhì)（HCl） 硅鑄鐵、鉛、鈦等或非金屬材料。 高溫腐蝕加快 更高耐蝕材料。 壓力體系 高強度合金材料, 壓力越大, 耐蝕性要求越高。 第4頁/共101頁 環(huán)境特殊腐蝕環(huán)境特殊腐蝕 設(shè)備工件熱加工, 焊接可引起晶間腐蝕。 設(shè)備受力作用可能誘發(fā)應(yīng)力腐蝕開裂。 介質(zhì)Cl是引起點腐蝕的主要因素。 設(shè)備機械連接, 結(jié)垢可能產(chǎn)生電偶腐蝕和縫隙腐蝕。 設(shè)備反復運轉(zhuǎn)則可能存在腐蝕疲勞危

3、險性。 第5頁/共101頁 2. 材料性能材料性能 材料本性 強度、塑性、沖擊韌性、耐蝕性、加工性能、成本、經(jīng)濟效應(yīng)等， 應(yīng)綜合考慮各項指標, 最佳選擇。 選材一般步驟： （1） 查閱有關(guān)資料, 手冊, 書籍, 數(shù)據(jù)庫, 專家系統(tǒng)， 參考前人工作, 數(shù)據(jù)和經(jīng)驗積累； （2） 實地調(diào)查, 科學分析, 為選材提供第一手資料； （3） 必要的實驗, 當現(xiàn)有數(shù)據(jù)資料不足, 要設(shè)計實驗, 如現(xiàn)場掛片試驗、模擬生產(chǎn)實驗、實驗室掛片、各種方法的腐蝕速率測量及各類局部腐蝕的評價。 第6頁/共101頁 選材圖 I 0Cr13, 1Cr18Ni9, Ti II Cr18Ni12MoTi, 0Cr18Ni9 III

4、 0Cr18Ni9,Cr18Ni12M o3Ti IV Ti, Cr35Ni, 鋯，高硅 鐵 V Cr18Ni11Si4AlTi, Ti, 高純鋁 第7頁/共101頁 腐蝕圖（0.1mm/y可用) 特定材料在一定的環(huán)境介質(zhì)和溫度條件下的腐蝕圖 Cr17Ti 第8頁/共101頁 8.2 合理設(shè)計合理設(shè)計 從從腐蝕與防蝕原理出發(fā), 合理設(shè)計至關(guān)重要。 結(jié)構(gòu)設(shè)計 機械加工 工藝流程 防腐蝕設(shè)計 第9頁/共101頁 1. 防腐蝕設(shè)計原則防腐蝕設(shè)計原則 (1) 防電偶腐蝕電偶腐蝕 選用同種金屬或電偶序相近材料，當電位差大于50mV , 連接處隔離絕緣, 注意避免大陰極和小陽極； (2) 避免SCC 設(shè)備

5、部件在改變形狀尺寸時， 要有足夠的圓弧過渡。減小外壓力集中, 減小工件殘余應(yīng)力, 如焊接熱處理 (如退火,固溶處理) ； (3) 避免縫隙縫隙 消除鉚接, 改善法蘭墊片, 盡量完全封閉或完全敞開。防止產(chǎn)物結(jié)垢沉淀； (4) 避免局部高溫局部高溫 高溫氣體的入口管端； (5) 避免濃差電池濃差電池防止殘留液或沉淀物腐蝕； (6) 避免強烈沖刷沖刷加料入口管端等； (7) 結(jié)構(gòu)盡量簡單, 表面積盡量小，便于施工、維修、處理 第10頁/共101頁 Al Cu Al 第11頁/共101頁 第12頁/共101頁 高速熱流高速熱流 第13頁/共101頁 2. 材料機械加工對腐蝕的影響材料機械加工對腐蝕的影

6、響 （1） 焊接對腐蝕影響 焊接位置優(yōu)先快速腐蝕破壞 普遍、難題 表面缺陷、夾雜、組織變化、殘余應(yīng)力腐蝕主要原因 焊接熱影區(qū)的金相組織變化，焊接過程因加熱速度、冷卻速度不同而導致不同熱影響區(qū)的組織不同, 腐蝕行為亦不同。 焊接缺陷對腐蝕性能有較大影響， 如焊瘤引起縫隙和應(yīng)力集中， 咬邊引起縫隙和應(yīng)力集中， 未焊透存在縫隙和孔洞， 焊渣是重要的夾雜物缺陷。 第14頁/共101頁 焊接引起非金屬夾雜或二次相， 如氧化物 SiO2, Al2O3，MnO, CaO, FeO及復合硅酸鹽夾雜；焊接過程產(chǎn)生 8Fe+N2 2Fe4N, 氮化物Fe4N硬度大, 塑性下降； 焊接殘余應(yīng)力對SCC的影響， 焊接

7、局部加熱, 焊縫金屬收縮引起內(nèi)應(yīng)力, 可接近屈服極限, 引起SCC。 焊條材料/母材搭配不妥，可引起電偶腐蝕。 第15頁/共101頁 第16頁/共101頁 第17頁/共101頁 狹窄, 過熱, 使晶粒粗大 14901100， 粗大奧氏組織, 過飽和亞穩(wěn)定組織 晶粒細化, 強度高 不均勻組織, 粗大鐵素體 強度大,塑性小, 裂紋易生成 第18頁/共101頁 焊縫區(qū)應(yīng)力分布 第19頁/共101頁 第20頁/共101頁 電位1-不腐蝕 電位2- 母材腐蝕 電位3- 焊縫腐蝕 電位4-不同母材腐 蝕 電位5-熔合區(qū)腐蝕 電位6-熱影響區(qū)腐 蝕 E 第21頁/共101頁 防止晶間腐蝕 a. 超低碳不銹鋼

8、或穩(wěn)定化(Ti、Nb) b. 固溶處理(10101120)碳化物溶解； c. 超低碳焊條, 含Nb焊條, 雙相焊條； d. 改進焊接方法； F. 防止大陰極/小陽極。 防止應(yīng)力腐蝕開裂 a. 退火、噴砂、錘擊消除殘余應(yīng)力； b. 抑制環(huán)境、陰極保護、緩蝕劑、去氧； c. 選材耐SCC。 第22頁/共101頁 (3) 冷熱加工成型對腐蝕影響 冷熱加工成型 殘余應(yīng)力， 加工程度越大，殘余應(yīng)力越大，對腐蝕影響很大，還會引起SCC。如熱交換器彎管部位的腐蝕明顯嚴重。 熱加工比冷加工殘余應(yīng)力較小， 熱加工 脫碳或碳化物析出，導致不均一腐蝕和晶間腐蝕。一般采用改進工藝, 后處理：熱處理, 表面酸洗, 鈍化

9、 . 消除應(yīng)力，降低腐蝕。 第23頁/共101頁 （4）表面處理影響 表面機械加工、拋光、酸洗等 殘余應(yīng)力、表面缺陷、化學污染及滲氫，也可成為腐蝕中心， 促進局部腐蝕和應(yīng)力腐蝕開裂。 在表面加工工藝上應(yīng)加以注意， 避免損害材料耐蝕性能。 第24頁/共101頁 第25頁/共101頁 8.3 電化學保護電化學保護 電化學保護 施加一定的外電勢使金屬的電位移向免蝕區(qū)或鈍化區(qū), 大幅度降低腐蝕速度。 電化學保護特點 效果顯著：可使金屬設(shè)備幾十年不腐蝕； 施工方便: 工藝成熟、規(guī)范、標準； 效益顯著：如海船表面涂裝占造船費5%, 犧牲陽極只占 1%費用。 采油平臺成本1億, 只能使用五年；投資100萬元

10、陰極保護, 采油平臺可延長20年壽命。 第26頁/共101頁 電化學保護 陽極保護表面形成穩(wěn)定鈍化膜， 使金屬免遭腐蝕。 陰極保護 提供陰極極化, 改變金屬表面電子能級結(jié)構(gòu)。 犧牲陽極 外加電流 第27頁/共101頁 1. 陰極保護 （1）陰極保護原理 恒電位或整流器向設(shè)備提供陰極電流, 設(shè)備受保護。輔助電極是一種不溶性或微溶的電極，只提供電流，不發(fā)生反應(yīng)。 電源電源 +- I 第28頁/共101頁 pH-電位圖 (a)提高環(huán)境介質(zhì)pH (b)金屬電位正移使 之進入鈍化區(qū)。 (c)金屬電位負移使 之進入免蝕區(qū)。 陰極保護原理 。 第29頁/共101頁 極化曲線 當電位Ecorr 1時, 陽極電

11、流為Ia , Ia Icorr。 當外加電流為Ik，完全保護電流Ip (腐蝕電流Ia=0) 電位極化到a, 腐蝕電池陽極平衡電位，金屬完全受保護。 外 加 電 流 1 外 加 電 流 2 第30頁/共101頁 K A KA Ic Ia 腐蝕微電池原理 第31頁/共101頁 K A K A C 電源 C 電源 Ip Ip 第32頁/共101頁 （2）基本參數(shù)及選定 最小保護電位與金屬材料、介質(zhì) (成份、濃度等)及環(huán)境條件有關(guān)。 可由經(jīng)驗或?qū)嶒灚@得(比Ecorr負0.150.3V)。 最小保護電流密度與金屬、表面狀態(tài)、表面覆蓋膜、介質(zhì)(組成、濃度、溫度、流速等)有關(guān), 腐蝕越嚴重, 陰極極化需電流

12、越大。 第33頁/共101頁 保護電位選定原則 達到一定的保護效果 P=保護度 = (保護前腐蝕速度保護后腐蝕速度) / 保護后腐蝕速度 x 100% 耗電不能太大； 避免析H2，防止涂層陰極極化脫落； 防止過保護, 破壞鈍化膜。 不能太復雜, 避免引起屏蔽, 保護不完全。 第34頁/共101頁 （3）應(yīng)用范圍 陰極保護應(yīng)用范圍非常廣泛，如地下管線、電纜、艦船、平臺、水閘、碼頭、橋梁、城市地下區(qū)域、石油化工中冷卻設(shè)備、貯油罐、結(jié)晶槽、反應(yīng)器、蒸發(fā)器等。 第35頁/共101頁 第36頁/共101頁 第37頁/共101頁 （4）外加電流陰極保護工程設(shè)計 陽極材料 耐蝕, 高排流, 良電導, 機械性

13、能好, 易加工, 成本低 (如碳鋼, 石墨, 高硅鑄鐵, Pb / Ag合金, 鍍鉑鈦, 鈀等)。 電流分布及陽極布置增加陽極數(shù)目, 合理布置陽極, 增大陰陽極之間的距離, 采用涂料陰極保護聯(lián)合防腐, 在陽極附近涂襯耐蝕絕緣層，使電流分布均勻，改善電流分散能力。 陽極實際計算： I = i A G = K ga I G 陽極重量，ga陽極消耗率(查表)，A陽極表面積， 工作年限，I保護電流，K校正系數(shù)（一般取 K=1.5） 第38頁/共101頁 陽極安裝注意密封, 絕緣, 接觸良好, 防止短路。 直流電源恒電位儀 （負反饋工作原理）或整流器。 參比電極用于控制/測量, 要求電位穩(wěn)定, 耐蝕,

14、長壽命, 便宜, 易制, 使用方便等。甘汞(中性)、CuSO4(土壤)、AgCl(含Cl)、氧化汞(堿性)、不銹鋼、鑄鐵、鉛/ 銻合金 維護與管理 計算機監(jiān)控管理 注意要點 第39頁/共101頁 2. 犧牲陽極保護法犧牲陽極保護法 (1) 犧牲陽極原理 本質(zhì) 陰極保護, 通過犧牲陽極的溶解, 使金屬設(shè)備獲得陰極電流, 發(fā)生陰極極化受到保護。 特點 不需電源, 干擾少, 免維護，設(shè)備簡單, 分散能力好, 但成本較高， 化工介質(zhì)腐蝕性強, 犧牲陽極消耗量大, 少用。 第40頁/共101頁 (2) 陽極材料 犧牲陽極材料要求 電位足夠負、電位穩(wěn)定、極化小、不鈍化、溶解均勻、單位重量排出電量大、電流效

15、率高、成本低、無污染、加工方便等。 鋅與鋅合金 電位/-1.12V, 電量/0.74A.h/g, 電流效率/75%電位不夠負 (海水和少量土壤) 鋁合金電位/-1.2V, 電量/2.47A.h/g, 電流效率/65% 重量輕、電量大、電位負、資源豐富、價格便宜 (海水) 。 鎂合金電位/-1.6V, 電量/1.19A.h/g, 電流效率/45% 電位太負、電流效率低、損耗大 (土壤和淡水) 。 第41頁/共101頁 （3） 陽極安裝 犧牲陽極安裝 陽極與設(shè)備良好絕緣；涂絕緣屏蔽層，改善分散能力，陽極接觸介質(zhì)需良導電體。 第42頁/共101頁 Al 絕緣墊 受保護體 固定栓 第43頁/共101頁

16、 第44頁/共101頁 3. 陽極保護 (1) 陽極保護原理 與陰極保護完全不同, 陽極極化使金屬進入鈍態(tài), 腐蝕大大減慢而得到保護。 只有具有鈍性特征的體系，即鈍化區(qū)足夠?qū)?，維鈍電流足夠小的體系，才能施行陽極保護。 第45頁/共101頁 pH - 電位圖 當電位正移，金屬表面形成Fe2O3(鈍化膜), 溶解速率下降, 金屬獲得保護。 第46頁/共101頁 極化曲線 電位達到一定區(qū)域, 陽極電流下降, 保持穩(wěn)定鈍態(tài), 金屬受到保護。 第47頁/共101頁 維鈍電流決定于材料, 介 質(zhì)條件(組成, 溫 度, 濃度, pH), 活性離子Cl、 表面狀態(tài), 涂覆 狀態(tài)等 鈍化區(qū)電位 決定于材料, 介

17、質(zhì) 條件(組成, 溫度, 濃 度, pH), 活性離子 Cl、表面狀態(tài), 涂覆 狀態(tài)等 致鈍電流與金屬材 料, 介質(zhì)條件( 組成, 溫度, 濃度, pH) 有關(guān) 最佳保護電位當維鈍電流和雙層 電容最小, 表面電阻最 大, 膜最致密, 保護效 果最好，最佳保護電 位。 E/V I/mA 第48頁/共101頁 (2) 陽極保護主要參數(shù)及測定 致鈍電流 維鈍電流 鈍化區(qū)電位 最佳保護電位 保護參數(shù)通過實驗或由經(jīng)驗給出。 極化曲線, 阻抗, 失重, 電鏡等研究，確定最佳保護電位。 第49頁/共101頁 (3) 陽極保護設(shè)計要點： 輔助電極耐陰極極化, 強度大, 成本低, 來源廣, 加工容易。 電流屏蔽

18、與陰極分布陰極分布均勻, 陽極表面電阻高(形成鈍化膜、鹽膜或絕緣涂層等), 溶液電導好, 陰陽極距離大, 分散能力好。 參比電極電位穩(wěn)定, 耐蝕, 長壽, 便宜，易制， 使用方便。常用的有： AgCl, 不銹鋼, Pb / Td。 直流電源恒電位儀。 陽極保護方式 - 連續(xù)保護和間歇式保護，在化工中常用, 如不銹鋼/ H2SO4體系等。 維護管理 - 重要。 第50頁/共101頁 給定信號 E EI - + 恒電位儀原理（負反饋工作原理） E IC WE RE E CE 第51頁/共101頁 陰極保護與陽極保護比較： 陰極保護普遍采用， 陽極保護適宜體系少； 陰極保護 “安全”，陽極保護 “危

19、險”； 陽極保護適合強氧化性介質(zhì)； 陰極保護注意氫脆 第52頁/共101頁 8.4 介質(zhì)處理介質(zhì)處理 去除介質(zhì)中有害成分, 如O2, Cl; H+ , SO2, H2O 等 調(diào)節(jié) pH; 去水份; 干燥環(huán)境等； 工業(yè)生產(chǎn)復雜, 工藝流程各種各樣， 需具體分析, 考慮防護可能性及有效措施。 第53頁/共101頁 氧 重要氧化劑 (去極化劑), 普遍存在；使大多數(shù)金屬發(fā)生腐蝕。去除介質(zhì)中O2，常用方法有： 加熱除氧水溫達沸點，水中所有氧和其它氣體均被趕出, 有效除氧方法。 化學除氧聯(lián)氨(H2N4)可迅速與溶解氧發(fā)生反應(yīng)： H2N4 + O2 N2 + 2H2O 達到除氧目的。Na2SO3也可與溶解

20、氧發(fā)生反應(yīng)： 2Na2SO3 + O2 2Na2SO4 但體系中可能使 Na2SO4增加，有不利的影響。 第54頁/共101頁 Cl 腐蝕活性物質(zhì)，Cl去除對于腐蝕防護十分重要。常用除Cl方法有：控制原料中Cl含量；化學法沉淀法、離子交換法等。 pH 提高介質(zhì) pH值 (工藝允許), 可降低腐蝕速度。如無機氨的處理： NH3 + H2O NH4OH NH4OH + H2CO3 NH4HCO3 + H2O pH可調(diào)至8.59.2，但對銅不能用（SCC） 也可用有機胺處理，但藥品價格較貴。 第55頁/共101頁 合成氨半水煤氣 腐蝕性大為減輕 化工氣體水分 降低腐蝕性 濕Cl2腐蝕性強(HCl,

21、HClO, O) 干燥Cl2腐蝕輕微 干燥 除濕 濃H2SO4吸收 H2O 降低環(huán)境中H2O成份, 可有效減緩腐蝕。常用方法有： 化學干燥法干燥劑吸收水分 (如硅膠, 活性氧化鋁, 生石灰, CaCl2等)； 冷凝法冷卻使H2O冷凝,吸收去除； 提高溫度防止冷凝附在金屬表面或加熱去除水汽。 第56頁/共101頁 綜合處理 如原油中含 HClH2SH2O對煉油設(shè)備腐蝕破壞嚴重。煉油廠采用 “一脫四注” 處理，可有效解決常壓系統(tǒng)的腐蝕問題。 脫鹽去除原油中腐蝕性鹽類 注堿減少HCl腐蝕 注氨使HCl進一步下降： NH3 + HCl NH4Cl 注緩蝕劑防止NH4Cl沉淀引起局部腐蝕 注水(堿性水)

22、沖稀HCl, 中和, 減輕對空冷器腐蝕破壞。 第57頁/共101頁 電脫鹽 加 熱 爐 常 壓 爐 空冷器 回流器產(chǎn)品罐 去H2S 原油 揮發(fā)線 注 堿 注 氨 注 緩 蝕 劑 注 水 堿 水 第58頁/共101頁 緩蝕劑定義 具有抑制金屬腐蝕功能的無機或有機物質(zhì)(復合物質(zhì))總稱, 少量緩蝕劑可有效阻止或減緩金屬腐蝕。 8.5 緩蝕劑緩蝕劑 緩蝕劑特點 使用方便, 投量少, 見效快, 成本低，選擇性強, 有臨界濃度值，一般只用于循環(huán)系統(tǒng), 以免緩蝕劑流失; 應(yīng)考慮緩蝕劑對產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)過程有無不良影響。 第59頁/共101頁 緩蝕效果與金屬材料性質(zhì), 介質(zhì), 溫度, 流動狀態(tài)等多種因素有關(guān)，

23、緩蝕效率定義： I = (VOV) / VO100% = (1V / VO)100% VO 未加緩蝕劑時腐蝕速度，V 加緩蝕劑后腐蝕速度 第60頁/共101頁 1緩蝕劑分類 （1 1）按作用機理：）按作用機理： (a) Ecorr正移，Icorr 下降 (b) Ecorr 負移，Icorr 下降 (c) Ecorr 不變，Icorr 下降 作用機理： (a) 陽極型陽極極化率增加; (b)陰極型陰極極化率增加; (c) 混合型抑制陰陽極過程 第61頁/共101頁 陽極型緩蝕劑（中性介質(zhì)用）陽極型緩蝕劑（中性介質(zhì)用） 鉻酸鹽、亞硝酸鹽、正磷酸鹽、硅酸鹽、苯甲酸鹽等。通過覆蓋陽極面積而抑制腐蝕，屬

24、“危險性”緩蝕劑。 混合型緩蝕劑混合型緩蝕劑 含氮胺類、亞硝酸鹽，含硫硫醇、硫醚、環(huán)狀硫化物，含硫、氮硫脲及衍生物等。 可同時抑制腐蝕的陰極過程和陽極過程。 陰極型緩蝕劑陰極型緩蝕劑 酸式碳酸鈣、聚磷酸鹽、硫酸鹽、砷、銻等。 形成沉淀膜，抑制陰極過程，屬“安全緩蝕劑”。 第62頁/共101頁 （2 2） 按保護膜特征分類按保護膜特征分類 按緩蝕劑在保護過程保護膜性質(zhì)，有三類成膜型緩蝕劑： 氧化膜型緩蝕劑(鈍化劑), 如鉻酸鹽使表面形成致密、附著力強的氧化膜, 用量不足會加速腐蝕； 吸附膜型緩蝕劑有物理吸附型如胺類, 硫醇, 硫脲通過物理吸附而緩蝕， 化學吸附型如吡啶衍生物, 苯胺衍生物, 環(huán)狀

25、亞胺等。 沉淀膜型緩蝕劑, 如聚鄰酸鈉與有關(guān)離子形成防蝕性的沉淀膜, 膜可能較厚。 第63頁/共101頁 （3） 其它分類 用途分類 冷卻水緩蝕劑、油溶性緩蝕劑、油氣井緩蝕劑、酸洗緩蝕劑、石油化工工藝緩蝕劑、氣相緩蝕劑、鍋爐緩蝕劑等； 化學組成分類 無機緩蝕劑、有機緩蝕劑； 相態(tài)分類 氣相緩蝕劑、液相緩蝕劑、固相緩蝕劑； 金屬分類 鋼鐵緩蝕劑、銅合金、鋁合金等； 溶解性分類 水溶性緩蝕劑、油溶性緩蝕劑； 酸堿性分類 酸性緩蝕劑、中性緩蝕劑及堿性緩蝕劑等。 第64頁/共101頁 2緩蝕作用機理 緩蝕作用機理至今還沒有公認的一致見解， 緩蝕作用過程十分復雜，緩蝕劑及體系繁多，不同體系的緩蝕作用機理

26、不盡相同。 綜觀各種觀點： 吸附理論，即表面吸附(活性點) 成膜理論，即表面成相膜(鈍化膜) 電化學理論，即電化學過程受到阻滯等 相互聯(lián)系、補充, 具體分析。 第65頁/共101頁 （1）氧化膜型緩蝕劑作用機理 以緩蝕劑本身或以介質(zhì)中的溶解氧作氧化劑，在金屬表面形成鈍態(tài)氧化膜，減緩腐蝕?？煞株枠O抑制型緩蝕機理和陰極去極化型緩蝕機理兩種： 陽極抑制型緩蝕機理 通過阻止陽極區(qū)金屬離子進入溶液，減緩金屬腐蝕，陽極型緩蝕劑又稱為鈍化劑。如CrO42-、K2Cr2O7等在表面形成保護膜, 使陽極區(qū)覆蓋。其臨界濃度一般為103105mol / 1。 陰極去極化型緩蝕劑 促進陰極過程, 使金屬鈍化, 陽極行

27、為不變。 第66頁/共101頁 （a) 陽極抑制型緩蝕機理 表面生成鈍化膜，阻 止陽極區(qū)金屬溶解， 減緩腐蝕，緩蝕劑又 稱為鈍化劑。 抑制陽極過程/金屬鈍 化, 陰極行為不變。 無緩蝕劑 加緩蝕劑 第67頁/共101頁 （b）陰極去極化型緩蝕機理 促進陰極過程，使金屬進入鈍化狀態(tài)。 陽極行為不變。 在中性含氧水溶液中，亞硝酸鹽，鉻酸鹽、鉬酸鹽等抑制鐵的腐蝕，屬陰極去極化型緩蝕劑。 足量緩蝕劑 無緩蝕 劑 不足緩蝕劑 第68頁/共101頁 （2）沉淀膜型緩蝕機理 在金屬表面形成防護型沉淀膜， 沉淀膜可由緩蝕劑相互作用而形成，或由緩蝕劑與介質(zhì)中金屬離子反應(yīng)生成。 沉淀膜比氧化膜厚，沉淀膜一般厚10

28、01000埃, 致密, 附著力較差, 投入量較多101-103mol/l。 通過形成沉淀膜使金屬和介質(zhì)隔離，從而抑制腐蝕過程，可分為兩種： 陰極抑制型 混合抑制型 第69頁/共101頁 （a）陰極抑制型緩蝕沉淀膜型緩蝕劑，覆蓋陰極表面, 阻礙O2擴散或H放電，屬安全型緩蝕劑。 硫酸鋅、碳酸氫鈣、聚磷酸鹽等為陰極抑制沉淀膜型緩蝕劑。如緩蝕劑與腐蝕時陰極產(chǎn)物生成的堿反應(yīng)： O2 + 2H2O + 4e 4OH （陰極反應(yīng)） Zn2+ + 2OH Zn(OH)2 （沉淀反應(yīng)） 第70頁/共101頁 特點：特點： 陽離子向陰極表面遷移, 發(fā)生相應(yīng)沉淀反應(yīng)，發(fā)揮緩蝕作用。 緩蝕劑與水溶液中某些陽離子作用

29、, 如聚磷酸鹽與水溶液中Ca2+離子反應(yīng)生成絡(luò)離子(Na2CaP8O18)nn+ 大膠體陽離子在陰極區(qū)放電而形成較厚實的覆蓋層。 砷、銻離子放電, 形成金屬元素，可使氫過電位增加, 而使陰極過程受到抑制。 第71頁/共101頁 （b）混合抑制型緩蝕劑 主要是有機化合物與金屬離子作用形成保護性沉淀膜。沉淀膜對陰、陽極均有抑制作用。 N OH + Al 3+ ( )3 Al+ 3H+ OH N 8-羥基喹啉 第72頁/共101頁 （3）吸附膜型緩蝕劑作用機理 有機緩蝕劑 吸附膜型緩蝕劑，緩蝕劑極性基團發(fā)生的物理吸附或化學吸附。 改變金屬表面電荷狀態(tài), 界面性質(zhì), 表面能量狀態(tài), 腐蝕反應(yīng)活化能增,

30、 使腐蝕減緩。 吸附型緩蝕劑使金屬表面腐蝕活性點受吸附阻化， 腐蝕活性點 腐蝕非活性點。 緩蝕劑的非極性基團在金屬表面形成疏水保護膜，極性基團的定向吸附排列， 阻擋與腐蝕有關(guān)的電荷或物質(zhì)轉(zhuǎn)移，使腐蝕速度降低。 第73頁/共101頁 物理吸附 帶電荷緩蝕劑與金屬表面電荷靜電作用或范德華作用, 吸附快速、可逆、吸附不強。 物理吸附的關(guān)鍵 金屬表面電荷與緩蝕劑電荷合理搭配, 使緩蝕率提高。金屬表面電荷（偏離零電荷電位值）受陰離子、陽離子吸附, 受外加電位影響；緩蝕劑電荷陰、陽緩蝕劑離子，緩蝕劑在介質(zhì)中受極化, 反應(yīng)而帶不同電荷。 + + + - - - M + R + R + N 第74頁/共101

31、頁 化學吸附中性緩蝕劑分子與金屬形成化學鍵, 吸附強, 不可逆, 吸附速度較慢。緩蝕劑分子極性基團中心元素的未共用電子對和金屬形成配價鍵 特點 選擇性顯著、單分子層、緩蝕效果好、用量少、吸附后自由度小 。 。 N R F e H H 第75頁/共101頁 物理吸附與化學吸附 與緩蝕劑分子空間結(jié)構(gòu)、能級軌道等有密切關(guān)系。 物理吸附與化學吸附的統(tǒng)一解釋 物理吸附 化學吸附 第76頁/共101頁 3. 緩蝕作用影響因素 濃度影響：大多緩蝕劑的緩蝕效率隨濃度增而增; 有的緩蝕劑緩蝕效率與濃度關(guān)系有極值；有的緩蝕劑用量不足, 反而促進腐蝕, 如亞銷酸鈉、鉻酸鹽等。 腐 蝕 率 濃度 濃度濃度 腐 蝕 率

32、 腐 蝕 率 Fe/H2SO4Fe/HClFe/HCl 若丁 硫化二乙二 醇 Cr/Zn復合鹽 協(xié)同效應(yīng) 第77頁/共101頁 溫度影響 低溫, 緩蝕效果好（一般） 一定溫度范圍, 緩蝕效率變化不大 溫度升高, 緩蝕效果增加。 流動速度影響 增大流速, 緩蝕效率降低 增大流速, 效率增加。 增大流速,緩蝕率降低， 具體分析/其它因素。 第78頁/共101頁 4緩蝕劑選用原則 保護對象不同金屬材料選用不同緩蝕劑。 中性溶液, O2陰極還原為腐蝕的控制過程， 選用氧化型或沉淀型緩蝕劑; 酸性溶液, H+陰極還原為腐蝕的控制過程， 選用吸附性緩蝕劑; 堿性溶液, 易發(fā)生沉淀， 選用螯合劑, 如硅酸鹽

33、等沉淀型緩蝕劑; 石油介質(zhì)環(huán)境, 油水共存， 選用水溶性/油溶性吸附型緩蝕劑; 大氣環(huán)境 ， 選用揮發(fā)性緩蝕劑, 如苯并三唑（BAT）等。 腐蝕環(huán)境 第79頁/共101頁 經(jīng)濟效益 設(shè)備的保護價值 緩蝕劑消耗費用 適宜用于循環(huán)體系，緩蝕劑合理用量和投資 環(huán)境保護 緩蝕劑應(yīng)毒性小、無污染、不影響產(chǎn)品質(zhì)量，還要防止細菌繁殖。 第80頁/共101頁 2. 應(yīng)用實例 油氣井， 煉油工業(yè)， 酸洗 化學工業(yè)， 循環(huán)冷卻水 冷卻水 變質(zhì)（O2、菌、垢、離子） 循環(huán) Cr鹽 陽極抑制 聚磷酸鹽阻垢 硅酸鹽緩蝕 Zn鹽協(xié)同效應(yīng) 有機磷酸鹽穩(wěn)定劑 循環(huán)冷卻水緩蝕 第81頁/共101頁 8.6 表面保護性覆蓋層表面

34、保護性覆蓋層 表面保護性覆蓋層可避免金屬與腐蝕介質(zhì)直接接觸, 普遍采用. 表面保護性覆蓋層 占腐蝕控制總投資的50%。 金屬覆蓋層 非金屬覆蓋層 第82頁/共101頁 保護性覆蓋層基本要求： (1) 覆蓋層本身耐蝕、化學穩(wěn)定, 結(jié)合牢固, 附著力好; (2) 覆蓋層致密, 孔隙率小; (3) 覆蓋層良好物理機械性能 (硬度、耐磨性); (4) 一定厚度和均勻性。 第83頁/共101頁 金屬涂覆層金屬涂覆層 電鍍、熱鍍、滲鍍、噴鍍、化學鍍等。 在化學工業(yè)設(shè)備防護中襯里起到重要的作用， 襯里襯里 有機材料(橡膠、塑料、玻璃鋼)和無機材料(玻璃、耐蝕磚板、耐蝕巖板、石墨等)。 非金屬涂覆層非金屬涂覆

35、層 油基漆（防銹漆、大漆、漆酚、酚醛）、樹脂漆（環(huán)氧、過氯乙烯、瀝青、呋喃、聚胺基甲酚酯）、無機富鋅漆、水基漆等。 第84頁/共101頁 表面處理表面處理 表面氧化、磷化、發(fā)黑、發(fā)蘭等化學處理，使表面形成穩(wěn)定氧化膜層。經(jīng)電化學鈍化處理，使表面生成轉(zhuǎn)化膜層。 物理氣相沉積 ( PVD), 化學氣相沉積 ( CVD), 金屬有機化合物化學氣相沉積 (MOCVD), 等離子體輔助(PCVD), 激光化學氣相沉積 (LCVD) . 激光束、電子束、離子束等物理處理，使表面合金化層/離子注入, 防護表面處理，對材料改性優(yōu)化，只改變表面性質(zhì) (耐蝕,耐磨,美觀)，不改變材料體相同部性質(zhì)，是提高材料耐腐蝕性

36、很有效和經(jīng)濟的方法。 第85頁/共101頁 1 1金屬覆蓋層金屬覆蓋層 (1) 電鍍 以鍍件為陰極, 通電，使鍍液中金屬離子還原為金屬原子態(tài), 在鍍件表面析出, 形成鍍層?？慑?nèi)魏谓饘俸秃辖穑婂儗泳哂心臀g和裝飾作用，如鋅鍍層廣泛用于材料防護，全世界鋅產(chǎn)量一半用于熱鍍鋅或電鍍鋅。鍍鎳層防護/裝飾功能。 (2) 熱鍍 金屬制品浸入熔融金屬液中, 形成覆蓋層(Al、Zn、Sn、Pb等)，熱鍍層厚度大，耐蝕。錫鍍層廣泛用于食品工業(yè), 全世界用量達每年數(shù)百噸；國外達每年100萬噸熱鍍鋁板規(guī)模。 第86頁/共101頁 (3) 滲鍍 高溫下利用金屬原子擴散, 表面形成合金擴散層(Si、Cr、Al、Ti、B

37、、W、Mo等)。結(jié)合力好, 熱穩(wěn)定性高。 (4) 噴鍍 利用火焰或電弧使金屬熔化, 借助高壓空氣或保護氣氛噴射到保護體表面形成覆蓋層。主要有Al、Zn、Sn、Pb、不銹鋼、Cu等，噴鋁工業(yè)發(fā)展迅速，已成為重要的防護手段。 (5) 化學鍍 利用置換反應(yīng)或氧化/還原反應(yīng), 使金屬離子在表面還原為金屬覆蓋層，與電鍍相近, 但不需電源, 適用于結(jié)構(gòu)形狀復雜的工件，如：Ni / P非晶合金異常耐蝕。 第87頁/共101頁 陰極性覆蓋層 陽極性覆蓋層 第88頁/共101頁 2. 2. 非金屬涂覆層非金屬涂覆層 非金屬涂層在化工防腐中普遍應(yīng)用。 特點 施工簡便, 適應(yīng)性廣, 重涂容易, 成本、施工費用低。

38、有機涂料最重要非金屬涂覆層，利用有機涂料的膠粘性和粘附性，在表面固化成薄覆蓋層，使金屬(材料)與腐蝕環(huán)境隔離而起到防腐，發(fā)展迅猛。 第89頁/共101頁 （1 1） 涂層保護機理涂層保護機理 阻擋作用阻擋作用高聚物結(jié)構(gòu)間隙平均直徑105107 cm, 而H2O, O2分子直徑為幾個埃, 涂料應(yīng)選用結(jié)構(gòu)致密成膜物質(zhì)和屏蔽大固體填料，增加涂覆層數(shù)和厚度, 厚度為0.30.4mm時, 抗?jié)B大為提高。 電化學保護電化學保護涂料內(nèi)活性填料如鋅電位較負, 可起犧牲陽極保護作用, 而鋅腐蝕產(chǎn)物又可填塞空隙, 腐蝕下降。 緩蝕作用緩蝕作用涂料內(nèi)組分如紅丹, 鉻鋅黃使金屬鈍化, 或具緩蝕劑作用。 第90頁/共1

39、01頁 （2 2）涂層破壞形式）涂層破壞形式 涂層存在各種缺陷, 引起金屬局部腐蝕, 導致涂層鼓泡、剝離、脫落等腐蝕破壞： 涂層下殘堿, 殘鹽或氧化物等使腐蝕發(fā)生而導致涂層脫落; 介質(zhì)滲透到涂層下, 引起濃差電池, 腐蝕使涂層破壞; 涂層受水浸漬后吸收水分，體積增加, 內(nèi)應(yīng)力使涂層鼓泡; 光照、溫度、化學介質(zhì)、磨損、機械損傷等引起涂層本身的破壞; 施工不當而引起的破壞。 第91頁/共101頁 涂料 主成膜物質(zhì) 輔成膜物質(zhì) 次成膜物質(zhì)（填料） 油料和樹脂半干性油 干性油 天然/合成樹脂固化劑固化 氧與油料不飽和雙鍵聚合而固化 溶劑揮發(fā)固化 聚乙烯、聚過氯乙烯等 。 環(huán)氧、酚醛、呋喃、聚脂等 著色顏料 防銹顏料紅丹(Pb3O4)、鋅鉻黃、鋅粉、磷酸鹽等 體質(zhì)顏料（Fe2O3、鋁粉、有機鉻酸鹽等）。 各種溶劑、稀釋劑、催干 劑、固化劑、防霧劑