《材料的腐蝕防護(hù)》

第七章材料的防護(hù)

7.1金屬的緩蝕 7.2電化學(xué)保護(hù) 7.3表面保護(hù)涂層整理ppt第七章材料的防護(hù)腐蝕防護(hù)方法（材料、環(huán)境和界面）材料角度 材料與環(huán)境介質(zhì)隔離開電化學(xué)角度 改變環(huán)境整理ppt7.1金屬的緩蝕緩蝕劑(CorrosionInhibitor）概念:在腐蝕介質(zhì)中添加少量的物質(zhì)，可以顯著地阻止或減緩金屬的腐蝕速度。緩蝕劑防護(hù)：通過添加少量能阻止或減緩金屬腐蝕速度的物質(zhì)以保護(hù)金屬的方法緩蝕劑防護(hù)特點(diǎn)：（1）不改變金屬構(gòu)件的性質(zhì)和生產(chǎn)工藝。（2）用量少，一般添加的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.1~1%之間可起到防蝕作用。（3）方法簡(jiǎn)單，無需特殊的附加設(shè)備。整理ppt7.1金屬的緩蝕一、緩蝕劑(CorrosionInhibitor）:1.定義：緩蝕劑是一種當(dāng)它以適當(dāng)?shù)臐舛群托问酱嬖谟诃h(huán)境（介質(zhì)）時(shí)可以防止或減緩腐蝕的化學(xué)物質(zhì)或復(fù)合物質(zhì)。2.緩蝕劑的緩蝕效率（簡(jiǎn)稱緩蝕率）定義整理ppt7.1金屬的緩蝕一、緩蝕劑(CorrosionInhibitor）:

緩蝕劑的緩蝕率愈大，則對(duì)體系的腐蝕抑制作用愈大?！渚徫g效果除與緩蝕劑種類、濃度有關(guān)外，還與被保護(hù)體系的材料、介質(zhì)、溫度等有關(guān)。—一般緩蝕率能達(dá)到90%以上的緩蝕劑即為良好的緩蝕劑，如能達(dá)到100%，意味著全保護(hù)即無腐蝕。

緩蝕效率的測(cè)量方法主要有重量法及電化學(xué)方法兩種。整理ppt7.1金屬的緩蝕一、緩蝕劑緩蝕機(jī)理:1.按緩蝕劑的作用機(jī)理分類陽(yáng)極型緩蝕劑：阻滯陽(yáng)極過程增加陽(yáng)極極化——又稱陽(yáng)極抑制型緩蝕劑。陽(yáng)極型緩蝕劑大部分是氧化劑，如過氧化氫、重鉻酸鹽、鉻酸鹽、亞硝酸鈉、硅酸鹽等?！@類緩蝕劑常用于中性介質(zhì)中，如供水、冷卻、水冷系統(tǒng)等?！尤腙?yáng)極型緩蝕劑后，使腐蝕電位正移，陽(yáng)極的極化率增加，腐蝕電流由大變小。——應(yīng)用廣泛。用量不足又是一種危險(xiǎn)的緩蝕劑。用量不足不完整的鈍化膜路出陽(yáng)極金屬大陰極小陽(yáng)極孔蝕。整理ppt7.1金屬的緩蝕一、緩蝕劑緩蝕機(jī)理:1.按緩蝕劑的作用機(jī)理分類陰極型緩蝕劑：阻滯陰極過程增加陰極極化——使腐蝕電位負(fù)移，減小腐蝕電流?！谒嵝匀芤褐屑尤階s、Sb、Hg鹽類，在陰極上析出As、Sb、Hg，可以提高陰極過電位、或者使活性陰極面積減少，從而控制腐蝕速度?！@類緩蝕劑在用量不足時(shí)，不會(huì)加速腐蝕，故稱為安全型的緩蝕劑。整理ppt7.1金屬的緩蝕一、緩蝕劑緩蝕機(jī)理:1.按緩蝕劑的作用機(jī)理分類混合型緩蝕劑。既能阻滯陽(yáng)極過程，又能阻滯陰極過程?！獙?duì)Ecorr的影響較小?！琋含S及既含N又含S的有機(jī)化合物、瓊脂、生物堿等，對(duì)陰極過程和陽(yáng)極過程同時(shí)起抑制作用?！m然腐蝕電位變化不大，但腐蝕電流卻顯著降低。這類緩蝕劑又可分為三類：（1）含N的有機(jī)化合物，如胺類和有機(jī)胺的亞硝酸鹽等；（2）含S的有機(jī)化合物，如硫醇、硫醚、環(huán)狀含硫化合物等；（3）含S、N的有機(jī)化合物，如硫脲及其衍生物等。整理ppt7.1金屬的緩蝕一、緩蝕劑緩蝕機(jī)理:1.按緩蝕劑的作用機(jī)理分類整理ppt7.1金屬的緩蝕一、緩蝕劑緩蝕機(jī)理:2.按緩蝕劑的性質(zhì)分類氧化型緩蝕劑?！谥行越橘|(zhì)中添加適當(dāng)?shù)难趸晕镔|(zhì)，在金屬表面少量還原便能修補(bǔ)原來的覆蓋膜，起到保護(hù)或緩蝕作用，這種氧化性物質(zhì)可稱為氧化型緩蝕劑?！娀瘜W(xué)測(cè)量表明這種物質(zhì)極易促進(jìn)腐蝕金屬的陽(yáng)極鈍化，因此也可稱為鈍化型緩蝕劑或鈍化劑。——在中性介質(zhì)中鋼鐵材料常用的緩蝕劑如NaCrO4、NaNO2、Na2MoO4等都屬于這種類型。——這類緩蝕劑同樣是危險(xiǎn)性的緩蝕劑。使用時(shí)應(yīng)特別注意。整理ppt7.1金屬的緩蝕一、緩蝕劑緩蝕機(jī)理:2.按緩蝕劑的性質(zhì)分類沉淀型緩蝕劑——這類緩蝕劑本身并無氧化性，但能與金屬的腐蝕產(chǎn)物（Fe2+、Fe3+）或和共軛陰極反應(yīng)的產(chǎn)物（一般是OH-）生成沉淀，因此也能有效地修補(bǔ)氧化物覆蓋膜的缺陷?！恋硇透采w膜一般比鈍化膜厚，致密性和附著力都比鈍化膜差。例如水處理技術(shù)常用的硅酸鹽（水解產(chǎn)生SiO2膠凝物）、鋅鹽（與OH-產(chǎn)生沉淀）等?！趸秃统恋硇蛢深惥徫g劑也常稱作覆蓋膜型緩蝕劑。在中性介質(zhì)中很有效，但不適用酸性介質(zhì)。整理ppt7.1金屬的緩蝕一、緩蝕劑緩蝕機(jī)理:2.按緩蝕劑的性質(zhì)分類吸附型緩蝕劑——這類緩蝕劑易在金屬表面形成吸附膜，從而改變金屬表面性質(zhì)，阻滯腐蝕過程?！鶕?jù)吸附機(jī)理又可分為物理吸附型（如胺類、硫醇和硫脲等）和化學(xué)吸附型（如吡啶衍生物、苯胺衍生物環(huán)狀亞胺等）兩類?！话沅撹F在酸中常用的緩蝕劑，如硫脲喹林、炔醇等衍生物，銅在中性介質(zhì)中常用的緩蝕劑，如苯并三氮唑等。整理ppt7.1金屬的緩蝕一、緩蝕劑緩蝕機(jī)理:3.按化學(xué)成分分類 無機(jī)、有機(jī)4.按使用時(shí)相態(tài)分類 氣相緩蝕劑、液相緩蝕劑和固相緩蝕劑5.按用途分類 冷卻水緩蝕劑、鍋爐緩蝕劑、石油化工緩蝕劑、酸洗緩蝕劑整理ppt7.2電化學(xué)保護(hù)定義：通過外加電流或電位增加（或降低）金屬在電介質(zhì)溶液中的電極電位一、陰極保護(hù):

將被保護(hù)金屬作為陰極，進(jìn)行外加陰極極化以降低或防止金屬腐蝕的方法叫作陰極保護(hù)。（1）外加電流法將被保護(hù)金屬設(shè)備與直流電源的負(fù)極相聯(lián)，使之成為陰極，陽(yáng)極為一個(gè)不溶性的輔助電極，利用外加陰極電流進(jìn)行陰極極化，二者組成宏觀電池實(shí)現(xiàn)陰極保護(hù)。（2）犧牲陽(yáng)極法在被保護(hù)金屬設(shè)備上聯(lián)接一個(gè)電位更負(fù)的金屬或合金作陽(yáng)極，依靠它不斷溶解所產(chǎn)生的陰極電流對(duì)金屬進(jìn)行陰極極化。整理ppt7.2電化學(xué)保護(hù)一、陰極保護(hù):腐蝕極化圖腐蝕金屬微電池的陽(yáng)極的極化曲線Ea-T與與陰極極化曲線Ec-T相交于B點(diǎn)，此點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電位為金屬的自腐蝕電位Ecorr，對(duì)應(yīng)的電流為金屬的自腐蝕電流Icorr，在腐蝕電流Icorr作用下，微陽(yáng)極不斷溶解。當(dāng)對(duì)該金屬體系進(jìn)行陰極保護(hù)時(shí)，通人外加陰極電流使金屬極化至E1時(shí)，總的陰極電流為ic，外加iex，腐蝕電流為ia

整理ppt7.2電化學(xué)保護(hù)一、陰極保護(hù):腐蝕極化圖Ea最小保護(hù)電位當(dāng)陰極極化使電位更負(fù)時(shí)，陰極上可能析氫，產(chǎn)生氫脆的危險(xiǎn)，還將使表面上的涂層損壞，且增加電能消耗。在達(dá)到完全保護(hù)時(shí)與最小保護(hù)電位相對(duì)應(yīng)的、所需的電流密度稱為最小保護(hù)電流密度。如超過該值，不僅消耗電能，而且使保護(hù)作用降低，即發(fā)生“過保護(hù)”現(xiàn)象。整理ppt7.2電化學(xué)保護(hù)一、陰極保護(hù):陰極保護(hù)的基本參數(shù)（）最小保護(hù)電位（2）最小保護(hù)電流密度整理ppt7.2電化學(xué)保護(hù)一、陰極保護(hù):陰極電流保護(hù)法采用的陽(yáng)極材料外加電流陰極保護(hù)的輔助陽(yáng)極（1）具有良好的導(dǎo)電性和較小的表面輸出電阻；（2）在高電流密度下陽(yáng)極極化小，即在一定的電壓下，單位面積上能通過較大的電流；（3）具有較低的溶解速度，耐蝕性好，使用壽命長(zhǎng)；（4）具有一定的機(jī)械強(qiáng)度、耐磨、耐沖擊等；（5）價(jià)格便宜，容易制作。 一般采用的材料有：石墨、高硅鑄鐵、鉛銀等整理ppt7.2電化學(xué)保護(hù)一、陰極保護(hù):陰極電流保護(hù)法采用的陽(yáng)極材料犧牲陽(yáng)極法陰極保護(hù)所用陽(yáng)極材料（1）電位足夠負(fù)，可供應(yīng)充足的電子，使被保護(hù)金屬設(shè)備發(fā)生陰極極化，但是電位又不宜太負(fù)，以免在陰極區(qū)發(fā)生析氫反應(yīng)引起氫脆；（2）理論輸出電量高，即單位質(zhì)量陽(yáng)極金屬溶解時(shí)產(chǎn)生的電量多，一般電流效率都在80~90%；（3）陽(yáng)極的極化率要小，容易活化，輸出電流穩(wěn)定；（4）陽(yáng)極的自腐蝕電流小，金屬溶解所產(chǎn)生的電量應(yīng)大部分用于陰極保護(hù)；（5）價(jià)格便宜，易加工、無公害。犧牲陽(yáng)極材料主要有鎂基合金、鋅基合金和鋁基合金三大類。整理ppt7.2電化學(xué)保護(hù)二、陽(yáng)極保護(hù):將被保護(hù)設(shè)備與外加直流電源的正極相聯(lián)，使之成為陽(yáng)極，進(jìn)行陽(yáng)極極化；使被保護(hù)設(shè)備腐蝕速度降到最小，這種方法稱為陽(yáng)極保護(hù)。陽(yáng)極保護(hù)是一門較新的防護(hù)技術(shù)，1958年才正式應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)上，用來防止堿性紙漿蒸煮鍋的腐蝕。近年來陽(yáng)極保護(hù)技術(shù)已用到制造硫酸、磷酸及有機(jī)酸等設(shè)備上，收到較好的效果。整理ppt7.2電化學(xué)保護(hù)二、陽(yáng)極保護(hù):將處于腐蝕區(qū)的金屬（電位為EA）進(jìn)行陽(yáng)極極化，使其電位向正移至鈍化區(qū)（如圖中C點(diǎn)電位為EC）則金屬可由腐蝕狀態(tài)（活態(tài)）進(jìn)入鈍化狀態(tài)，使金屬腐蝕速度降低而得到保護(hù)。陽(yáng)極保護(hù)基本原理，就是將金屬進(jìn)行陽(yáng)極極化，使其進(jìn)入鈍態(tài)區(qū)而得到保護(hù)。整理ppt7.2電化學(xué)保護(hù)二、陽(yáng)極保護(hù):陽(yáng)極保護(hù)的主要參數(shù)（1）臨界電流密度ib（致鈍電流密度）（2）鈍化區(qū)電位范圍（EP~EOP）（3）維鈍電流密度IPO整理ppt7.2電化學(xué)保護(hù)二、陽(yáng)極保護(hù):陽(yáng)極保護(hù)的適用范圍（1）對(duì)不能鈍化的金屬或含Cl-離子介質(zhì)中不能使用。（2）陽(yáng)極保護(hù)特別適用于不銹鋼。主要應(yīng)用于處理硫酸、發(fā)煙硫酸和磷酸的設(shè)備。鈦材，陽(yáng)極保護(hù)也具有重要意義，這是由于該金屬有著優(yōu)良的鈍化性能。（3）防止碳鋼在多種鹽溶液中的腐蝕，尤其可用于硝酸鹽和硫酸鹽溶液；采用陽(yáng)極保護(hù)來防止液態(tài)肥料的腐蝕更具有特殊的意義。整理ppt7.2電化學(xué)保護(hù)二、陽(yáng)極保護(hù):陽(yáng)極保護(hù)對(duì)輔助陰極材料的要求（1）陰極不極化；（2）有一定的機(jī)械強(qiáng)度；（3）來源廣泛，價(jià)格便宜，容易加工。對(duì)濃硫酸介質(zhì)可采用鉑或鍍鉑電極、高硅鑄鐵等；對(duì)稀硫酸介質(zhì)，可用鋁青銅、石墨等。在堿性溶液中可用普通碳鋼；在鹽溶液中，可用高鎳鉻合金或普通碳鋼。整理ppt7.3表面防護(hù)涂層一、金屬涂層:（1）電鍍電鍍：通過電解作用使溶液中欲鍍金屬離子在陰極表面上還原析出而獲得涂層電鍍時(shí)，把待鍍的零部件作為陰極與直流電源的負(fù)極相連接，把作為鍍層金屬的陽(yáng)極與直流電源的正極相連接。電鍍槽中注入含有鍍層金屬離子的鹽溶液（包括各種必要的添加劑）。優(yōu)點(diǎn)有：鍍層厚度可控；鍍層可以做得很薄以節(jié)約金屬；鍍層均勻、致密、表面光潔；一般無需加熱或加熱溫度不高。但一般只適于較小型部件，對(duì)鍍大型工件，電鍍應(yīng)用受到了限制。整理ppt7.3表面防護(hù)涂層一、金屬涂層:（2）熱鍍熱鍍方法需滿足如下條件：——鍍層金屬的熔點(diǎn)較低，主要出于節(jié)能及保持被鍍制件的機(jī)械性能。目前廣泛用作浸鍍層的金屬有Zn、Sn、Al、Pb及其合金?！撹F材料是這些鍍層金屬的主要基體材料。——熔融的鍍層金屬與被鍍金屬潤(rùn)濕。工件必須能和鍍層金屬形成化合物或固溶體，以便鍍層和基體之間具有足夠的結(jié)合力而不起皮、不脫落。整理ppt7.3表面防護(hù)涂層一、金屬涂層:（3）擴(kuò)散鍍一種或幾種元素從基體表面向其內(nèi)部擴(kuò)散，形成與基體成分和性能不同的表層，這就是表面擴(kuò)散滲透法，也常稱為滲鍍或表面合金化。實(shí)際上滲透過程是一個(gè)熱化學(xué)過程。在滲透區(qū)域內(nèi)，滲透元素與基體元素起化學(xué)反應(yīng)，并可能分別形成固溶體、析出物和化合物類型的表面層。擴(kuò)散處理提供一個(gè)厚度均勻的涂層，即便物體形狀復(fù)雜，尺寸也不會(huì)有明顯變化。鋅與鋼的擴(kuò)散處理有著實(shí)際意義。此法也叫粉末滲鋅，用于小汽車零件如螺釘、釘子、鉸鏈及其他小的鋼件。整理ppt7.3表面防護(hù)涂層一、金屬涂層:（4）化學(xué)鍍：具有催化活性的表面上發(fā)生還原沉積而形成金屬涂層置換化學(xué)鍍金屬的例子如在鋼上鍍銅化學(xué)鍍鎳甚至能在有縫隙和復(fù)雜形狀的物體上獲得均勻的鍍層厚度。沉積速度實(shí)際上是恒定的，與鍍層厚度無關(guān)。除了在金屬表面，還可以在一些非金屬如塑料表面通過化學(xué)鍍，形成金屬覆蓋層。這種技術(shù)在家用電器外殼、各類標(biāo)牌制造上有廣泛應(yīng)用。整理ppt7.3表面防護(hù)涂層一、金屬涂層:（4）金屬噴涂：以絲或粉末為涂層金屬的火焰噴涂金屬絲或粉末被氧乙炔焰熔化，用火焰或壓縮空氣流把金屬破碎很細(xì)，并輸送到工件上。用金屬絲或粉末作為涂層金屬的電弧噴涂金屬絲或粉末被絲間的電弧熔化，由強(qiáng)的壓縮空氣流將金屬破碎，并輸送到工件。整理ppt7.3表面防護(hù)涂層一、金屬涂層:（4）金屬噴涂：以粉末為涂層金屬的等離子噴涂粉末被離子化的氬氣等離子束熔化，等離子束在槍中電弧中形成，有很高的溫度（約15000℃），并且將高速熔化的金屬顆粒射向工件?！入x子噴涂最初用于高熔點(diǎn)材料，如陶瓷涂層，通過金屬噴涂人們可得到40~500微米厚的防腐蝕涂層。在某些情況下，涂層甚至更厚。等離子噴涂能保護(hù)熔化金屬不氧化，并使微粒強(qiáng)有力地撞擊工件，從而得到的涂層氧化物少和孔隙度?。ù蠹s3~7%?！鹧婊螂娀娡?，就不能防止氧化，微粒