材料設(shè)備的腐蝕防護(hù)與保溫

1、2022-6-26主要內(nèi)容：1、材料設(shè)備的腐蝕與防護(hù)基本原理2、設(shè)備腐蝕防護(hù)技術(shù)3、材料的選用愛在剎那芳華 http:/ 定義：金屬材料和周圍環(huán)境發(fā)生化學(xué)或 電化學(xué)作用而破壞。 工程材料和周圍環(huán)境發(fā)生相互作用而破壞。腐蝕腐蝕是材料與它所處環(huán)境介質(zhì)之間發(fā)生作用而引起材料的變質(zhì)和破壞。愛在剎那芳華 http:/ 腐蝕的性質(zhì) 腐蝕的后果2.1 材料設(shè)備的腐蝕與防護(hù)2022-6-26耐蝕性 指材料抵抗環(huán)境介質(zhì)腐蝕 的能力腐蝕性 指環(huán)境介質(zhì)腐蝕材料的強(qiáng) 弱程度腐蝕過程的本質(zhì) 金屬 金屬化合物 G0， 自發(fā)過程 不可逆過程2022-6-261、腐蝕的危害l經(jīng)濟(jì)損失巨大l資源和能源浪費(fèi)嚴(yán)重l引發(fā)災(zāi)難性事故

2、造成環(huán)境污染愛在剎那芳華 http:/ 材料設(shè)備的腐蝕與防護(hù)2022-6-26l直接損失：指采用防護(hù)技術(shù)的費(fèi)用和發(fā)生腐蝕破壞以后的維修、更換費(fèi)用和勞務(wù)費(fèi)用。l間接損失：指設(shè)備發(fā)生腐蝕破壞造成停工、停產(chǎn)；跑、冒、滴、漏造成物料流失；腐蝕使產(chǎn)品污染，質(zhì)量下降，設(shè)備效率降低，能耗增加；在計(jì)算壁厚時(shí)需增加腐蝕裕度，造成鋼材浪費(fèi)等。2022-6-26l1975年美國芝加哥一個(gè)大的煉油廠一根15cm的不銹鋼彎管破裂引起爆炸和火災(zāi)，停車6周，這次腐蝕事故總維修費(fèi)50萬美元，停車造成的稅收損失高達(dá)500萬美元。美國：1949年 55億美元 19601969年 150200億美元 1975年 700億美元 19

3、82年 1269億美元 1995年 8000億美元 英國：1969年 13.65億英鎊（27.3億美元）2022-6-262、腐蝕與防護(hù)科學(xué)的發(fā)展（1）遠(yuǎn)在5000年前采用火漆作為木、竹器的防腐涂層。（2）18世紀(jì)下半葉開始的工業(yè)革命促進(jìn)了腐蝕與防護(hù)科學(xué)理論研究的發(fā)展。（3）近30多年來，腐蝕與防護(hù)科學(xué)發(fā)展成為一門融合了多種學(xué)科的新興邊緣學(xué)科2.1 材料設(shè)備的腐蝕與防護(hù)2022-6-262022-6-262022-6-26按環(huán)境分類： 大氣腐蝕 土壤腐蝕 海水腐蝕 高溫氣體腐蝕 化工介質(zhì)腐蝕按形態(tài)分類： 局部腐蝕 全面腐蝕按相互作用的性質(zhì)： 電化學(xué)腐蝕 物理腐蝕2022-6-261 1、 金屬

4、的化學(xué)腐蝕金屬的化學(xué)腐蝕 金屬的化學(xué)腐蝕金屬的化學(xué)腐蝕是指金屬與環(huán)境介質(zhì)發(fā)生化學(xué)作用，生成金屬化合物并使材料性能退化的現(xiàn)象。（1）金屬氧化及其氧化膜 大多數(shù)金屬氧化的結(jié)果都是在其表面上形成一層氧化物固相膜。（2）鋼鐵的氣體腐蝕高溫氧化：鋼鐵在空氣中加熱，溫度高于800，表面上就開始形成多孔、疏松的“氧化鐵皮”。二、腐蝕與防護(hù)基本原理二、腐蝕與防護(hù)基本原理2022-6-26氫蝕： 溫度超過200300，壓力高于30.4MPa時(shí)，氫將對(duì)鋼產(chǎn)生顯著作用，導(dǎo)致氫脆、脫碳、CH4生成，鋼劇烈脆化，造成氫蝕。鑄鐵的腫脹：腐蝕性氣體沿晶界、石墨夾雜物和細(xì)微裂縫滲入到鑄鐵內(nèi)部，發(fā)生氧化作用，鑄鐵體積變大，產(chǎn)生

5、腫脹，其強(qiáng)度大大降低。脫碳 ：脫碳是指在腐蝕過程中，與氧化皮層相連的內(nèi)層滲碳體Fe3C與介質(zhì)中的氧、氫、二氧化碳、水等作用使?jié)B碳體減少，生成的氣體降低了膜的保護(hù)作用； 材料性能降低。1、 金屬的化學(xué)腐蝕金屬的化學(xué)腐蝕2022-6-26（3 3）防止鋼鐵氣體腐蝕的方法）防止鋼鐵氣體腐蝕的方法l合金化：元素Cr、Al、Si等改善鋼鐵材料抗氧化性能最有效的合金元素，與氧的親和力比鐵強(qiáng)，在氧化性介質(zhì)中首先與氧結(jié)合形成極穩(wěn)定的Cr2O3、Al2O3、SiO2，氧化物結(jié)構(gòu)致密，能夠牢固地與金屬基體結(jié)合，形成有效的保護(hù)層。l 改善介質(zhì)：通過設(shè)法改善介質(zhì)成分，可以減輕乃至消除某些特定環(huán)境條件下的腐蝕危害。1、

6、 金屬的化學(xué)腐蝕金屬的化學(xué)腐蝕2022-6-26應(yīng)用保護(hù)性覆蓋層：利用金屬或非金屬涂層將金屬和氣體介質(zhì)隔離開來，是防止氣體腐蝕的有效途徑。實(shí)質(zhì)是抗氧化合金元素的表面合金化。耐高溫氧化的陶瓷覆蓋層：采用熱噴涂或等離子噴涂的方法，可以將耐熱氧化物噴涂在金屬表面形成耐高溫氧化的陶瓷覆蓋層，達(dá)到抗高溫氧化的目的。1、 金屬的化學(xué)腐蝕金屬的化學(xué)腐蝕2022-6-26（1 1）金屬的電化學(xué)腐蝕及發(fā)生條件）金屬的電化學(xué)腐蝕及發(fā)生條件l原理：金屬的電化學(xué)腐蝕原理在本質(zhì)上與熟知的銅鋅原電池是一樣的，這種引起金屬腐蝕的原電池，叫做腐蝕原電池。l發(fā)生條件：l化學(xué)成分不均一，含有各種雜質(zhì)和合金元素；l存在組織結(jié)構(gòu)不均

7、一；l物理狀態(tài)不均一；表面氧化（保護(hù)）膜不完整。2、金屬的電化學(xué)腐蝕、金屬的電化學(xué)腐蝕2022-6-26腐蝕原電池原理腐蝕原電池原理2022-6-26銅板上的鐵鉚釘為什么特別容易生銹？ 帶有鐵鉚釘?shù)你~板若暴露在空氣中，表面被潮濕空氣或雨水浸潤，空氣中的二氧化碳、二氧化硫和海邊空氣中的NaCl溶解其中，形成電解質(zhì)溶液，這樣組成了原電池，銅作陰極，鐵作陽極，所以鐵很快腐蝕形成鐵銹。2022-6-262022-6-26（2 2）極化）極化 極化是指原電池由于電流通過，使其陰極和陽極的電極電位偏離其起始電位值的現(xiàn)象。l活化極化：電化學(xué)反應(yīng)遲緩造成；l濃差極化：電極反應(yīng)物（或反應(yīng)生成物）輸運(yùn)遲緩造成；電

8、阻極化：在電極表面上生成了具有保護(hù)作用的氧化膜或不溶性的腐蝕產(chǎn)物等引起的。2、金屬的電化學(xué)腐蝕、金屬的電化學(xué)腐蝕2022-6-26（3 3）鈍化）鈍化 鈍化鈍化是金屬與介質(zhì)作用后，失去其化學(xué)活性，變得更為穩(wěn)定的現(xiàn)象。使金屬發(fā)生鈍化的物質(zhì)稱為鈍化劑。l成相膜理論：當(dāng)金屬溶解時(shí)，可在金屬表面生成一層致密的、覆蓋性良好的固體產(chǎn)物。吸附理論：認(rèn)為，引起金屬鈍化并不一定要形成固相膜，而只要在金屬表面或部分表面上形成氧或含氧粒子的吸附層。2、金屬的電化學(xué)腐蝕、金屬的電化學(xué)腐蝕2022-6-26（4 4）氫去極化和氧去極化腐蝕）氫去極化和氧去極化腐蝕氫去極化腐蝕氫去極化腐蝕：以氫離子還原反應(yīng)為陰極過程的腐蝕

9、稱為氫去極化腐蝕，簡稱析氫腐蝕。氫去極化過程包括以下幾個(gè)步驟：a. 水化氫離子脫水 HnH2OHnH2Ob. 形成吸附氫原子 HM(e)MH (電化學(xué)步驟)c. 吸附氫原子脫附 MHMHH22M (脫附)d. 氫分子形成氣泡，從表面逸出。2、金屬的電化學(xué)腐蝕、金屬的電化學(xué)腐蝕2022-6-26影響氫去極化腐蝕的主要因素影響氫去極化腐蝕的主要因素金屬材料性狀：金屬材料性質(zhì)、表面狀態(tài)及金屬陰極相雜質(zhì)pH值：低pH值，氫離子濃度增大，氫電極電位變得更正，加速金屬的腐蝕陰極區(qū)面積：面積增大，氫過電位減小，陰極極化率降低，析氫反應(yīng)加快，腐蝕速度增大溫度：溫度升高，氫過電位減小，而且陽極反應(yīng)和陰極反應(yīng)速度

10、都將加快，導(dǎo)致腐蝕速度隨溫度的升高而增大2、金屬的電化學(xué)腐蝕、金屬的電化學(xué)腐蝕2022-6-26 氧去極化腐蝕：氧去極化腐蝕：在中性和堿性溶液中，氫離子的濃度較低，析氫反應(yīng)電位較負(fù)，一般金屬腐蝕過程的陰極反應(yīng)往往不是析氫反應(yīng)，而是溶液中氧的還原反應(yīng)，此時(shí)腐蝕去極化劑是氧分子。這類腐蝕稱為氧去極化腐蝕，簡稱吸氧腐蝕。 氧去極化腐蝕發(fā)生條件：氧去極化腐蝕發(fā)生條件：只有當(dāng)金屬的電極電位較氧電極的平衡電位為負(fù)時(shí)，才有可能發(fā)生吸氧腐蝕。氧去極化過程有以下幾個(gè)步驟組成：2、金屬的電化學(xué)腐蝕、金屬的電化學(xué)腐蝕2022-6-26a. 氧通過氣/液界面?zhèn)髻|(zhì)，由空氣進(jìn)入溶液；b. 溶解氧通過對(duì)流擴(kuò)散均布在溶液中；

11、c. 氧以擴(kuò)散方式通過電極表面的擴(kuò)散層，到達(dá)金屬的表面；d. 氧在金屬表面進(jìn)行還原反應(yīng)。2、金屬的電化學(xué)腐蝕、金屬的電化學(xué)腐蝕2022-6-26影響氧去極化腐蝕的主要因素：影響氧去極化腐蝕的主要因素：陽極材料電極電位：電位降低則氧去極化腐蝕的速度增大溶解氧濃度：DO濃度提高，氧去極化腐蝕速度隨之增大溶液流速：流速越大，腐蝕速度越大鹽濃度：濃度的增大，溶液的電導(dǎo)率增大，腐蝕速度將有所提高溫度：升高氧的擴(kuò)散和電極反應(yīng)速度加快2、金屬的電化學(xué)腐蝕、金屬的電化學(xué)腐蝕2022-6-26（1 1）全面腐蝕）全面腐蝕 全面腐蝕的特征：全面腐蝕的特征：腐蝕分布在整個(gè)金屬表面，使金屬構(gòu)件截面尺寸減小，直至完全破

12、壞。純金屬及成分組織均勻的合金在均勻的介質(zhì)環(huán)境中表現(xiàn)出該類腐蝕形態(tài)。 全面腐蝕的控制：全面腐蝕的控制：l合理選材、留有裕量l施加保護(hù)性覆蓋層l緩蝕劑電化學(xué)保護(hù)3、金屬腐蝕破壞的形態(tài)、金屬腐蝕破壞的形態(tài)2022-6-26（2 2）局部腐蝕）局部腐蝕 腐蝕集中在金屬表面局部區(qū)域，而其它大部分表面幾乎不腐蝕。局部腐蝕特征：局部腐蝕特征：l明晰固定的腐蝕電池陽極陰極區(qū)l面積相對(duì)較小的陽極區(qū)l電化學(xué)過程具有自催化性 腐蝕事例中局部腐蝕占80%以上。選擇腐蝕晶間腐蝕縫隙腐蝕小孔腐蝕電偶腐蝕局部腐蝕3、金屬腐蝕破壞的形態(tài)、金屬腐蝕破壞的形態(tài)2022-6-26兩種金屬在同一介質(zhì)中接觸，腐蝕電位不等使它們之間有

13、電偶電流流動(dòng)，使位較低的金屬溶解速度增加，造成接觸處的局部腐蝕，電偶腐蝕亦稱接觸腐蝕或雙金屬腐蝕。 要避免電偶腐蝕需考慮如下三個(gè)方面：l正確選材：電偶腐蝕的推動(dòng)力是互相接觸的金屬之間存在電位差，應(yīng)盡可能選取電偶序中相距較近的合金，或者對(duì)相異合金施以相同的鍍層l消除面積效應(yīng)：避免大陰極、小陽極的電偶添加適當(dāng)?shù)木徫g劑：緩飾劑可以有效地控制電偶腐蝕 電偶腐蝕電偶腐蝕2022-6-26在金屬表面局部出現(xiàn)向深處發(fā)展的腐蝕小孔，而其余地區(qū)不被腐蝕或者只有很輕微的腐蝕，這種腐蝕形態(tài)稱為小孔腐蝕，簡稱孔蝕或點(diǎn)蝕。 孔蝕的影響因素及其控制：l合金的成分和組織：孔蝕的敏感性與合金的成分、組織以及冶金質(zhì)量有密切的關(guān)

14、系介質(zhì)的組成和狀況：孔蝕大多在含有鹵族元素化合物的介質(zhì)中發(fā)生，降低介質(zhì)中鹵素可預(yù)防孔蝕。此外，加強(qiáng)溶液攪拌、循環(huán)或通氣也有利于預(yù)防和減輕孔蝕 小孔腐蝕小孔腐蝕2022-6-26緩蝕劑：硝酸鹽、鉻酸鹽、硫酸鹽及堿等能增加鈍化膜的穩(wěn)定性或有利于受損的鈍化膜的再鈍化。陰極保護(hù) ：利用陰極保護(hù)法，使金屬的電極電位控制在孔蝕保護(hù)電位以下。 小孔腐蝕小孔腐蝕影響因素及控制影響因素及控制2022-6-26Fe2+間或有C結(jié)晶含的酸性氯化物溶液（）多孔銹層中性充氣氯化鈉溶液因杵氫偶而將銹層沖破起源于硫化物夾雜的碳鋼孔蝕機(jī)理示意圖根據(jù)2022-6-26金屬部件在介質(zhì)中，金屬與金屬或金屬與非金屬之間形成特別小的縫隙(0.0250.1mm)，縫隙內(nèi)介質(zhì)處于滯流狀態(tài)，引起縫內(nèi)金屬腐蝕加速縫隙腐蝕。縫隙腐蝕的影響因素與孔蝕的相似，控制縫隙腐蝕除可以采取防止孔蝕的相似措施外 ，還應(yīng)考慮：l設(shè)計(jì)中注意結(jié)構(gòu)的合理性，避免形成縫隙和積液的死角l對(duì)不可避免的縫隙，要采取相應(yīng)的保護(hù)措施盡量控制介質(zhì)中溶解氧的濃度，DO低于5106，使縫隙處難以形成氧濃差電池，縫隙腐蝕難以啟動(dòng)。 縫隙腐蝕縫隙腐蝕 2022-6-26eeeeeeeeo2OH-OH-M+M+o2Na+Na+Na+Cl-M+o2OH-o2OH-M+o2OH-M+Cl-Na+eeeo2OH-OH-o2M(OH)2M