腐蝕防護(hù)方法課件

第十二章防護(hù)方法

●電化學(xué)保護(hù)

●控制環(huán)境方法

●覆蓋層保護(hù)第十二章防護(hù)方法●電化學(xué)保護(hù)●1電化學(xué)保護(hù)

◆保護(hù)原理及保護(hù)參數(shù)

◆電化學(xué)保護(hù)中的輔助電極系統(tǒng)

◆犧牲陽(yáng)極法陰極保護(hù)

◆直流電源和控制方式

◆陰極保護(hù)和陽(yáng)極保護(hù)的比較

◆電化學(xué)保護(hù)應(yīng)用實(shí)例NEXT電化學(xué)保護(hù)◆保護(hù)原理及保護(hù)參數(shù)◆電化學(xué)保護(hù)中2

控制環(huán)境方法

◆緩蝕劑

◆除去環(huán)境中的腐蝕性物質(zhì)NEXT控制環(huán)境方法◆緩蝕劑◆除去環(huán)境中的腐蝕性物3覆蓋層保護(hù)

◆覆蓋層保護(hù)概述

◆金屬覆蓋層

◆化學(xué)轉(zhuǎn)化膜

◆非金屬覆蓋層

◆金屬表面清潔處理BACK覆蓋層保護(hù)◆覆蓋層保護(hù)概述◆金屬覆蓋層4■陰極保護(hù)效應(yīng)

金屬—電解質(zhì)溶解腐蝕體系受到陰極極化時(shí)，電位負(fù)移，金屬陽(yáng)極氧化反應(yīng)過(guò)電位ηa減小，反應(yīng)速度減小，這種金屬腐蝕速度減小的現(xiàn)象，稱為陰極保護(hù)效應(yīng)?！鲫帢O保護(hù)

利用陰極保護(hù)效應(yīng)減輕金屬設(shè)備腐蝕的防護(hù)方法叫做陰極保護(hù)。

陰極保護(hù)■陰極保護(hù)效應(yīng)

陰極保護(hù)5外加電流陰極保護(hù)示意圖Icor=Ia=|Ic|陽(yáng)極區(qū)陰極區(qū)腐蝕金屬陰極陽(yáng)極IcorIaIc腐蝕電池外加電流陰極保護(hù)－

＋I(xiàn)直流電源輔助陽(yáng)極電流關(guān)系:

|Ic|

=Ia

+

|I-|陰極陽(yáng)極輔助陽(yáng)極I-IcIaIaI-－＋外加電流陰極保護(hù)示意圖Icor=Ia=|Ic|陽(yáng)極區(qū)陰極區(qū)6EEcorEeaLgicorLgiprlgi活化極化控制腐蝕體系EEcorEeaLgicorLgiprlgiEe(H2/H)|ic|ia氧擴(kuò)散控制腐蝕體系兩種腐蝕體系的保護(hù)電流比較EEcorEeaLgicorLgiprlgi活化極化控制7■陰極保護(hù)的原理

由外電路向金屬通入電子，以供去極化劑還原反應(yīng)所需，從而使金屬氧化反應(yīng)受到抑制。當(dāng)金屬氧化反應(yīng)速度降低到零時(shí)，金屬表面只發(fā)生去極化劑陰極反應(yīng)。陰極保護(hù)的效果用保護(hù)度η表示：陰極保護(hù)■陰極保護(hù)的原理陰極保護(hù)8■保護(hù)參數(shù)

保護(hù)電位Epr：陰極保護(hù)中所取的極化電位。要使金屬的腐蝕速度降低到零，達(dá)到“完全保護(hù)”(η=100%)，必須取陽(yáng)極反應(yīng)平衡電位作為保護(hù)電位（Epr=Eea）。

(最小)保護(hù)電流密度ipr：與保護(hù)電位對(duì)應(yīng)的外加極化電流密度叫做保護(hù)電流密度。

★保護(hù)電位是基本的控制指標(biāo)（在兩個(gè)保護(hù)參數(shù)中）。

陰極保護(hù)■保護(hù)參數(shù)陰極保護(hù)9■陰極保護(hù)適合的體系

理論上，任何體系都可以。但在工程上還要求保護(hù)電流密度比較小（在經(jīng)濟(jì)上才合算）。陰極保護(hù)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，用保護(hù)效益Z來(lái)衡量。

腐蝕體系的陰極極化率大，陽(yáng)極極化率小(即陰極極化曲線陡而陽(yáng)極極化曲線平)，則隨著電位負(fù)移，金屬腐蝕速度減小快，而保護(hù)電流密度增加慢，保護(hù)效益也就較大。陰極保護(hù)■陰極保護(hù)適合的體系陰極保護(hù)10

★陰極保護(hù)的腐蝕體系包括：土壤、海水、河水等環(huán)境中的碳鋼管道、構(gòu)筑物、設(shè)備。

★確定保護(hù)電位時(shí)應(yīng)考慮兩個(gè)方面的因素：第一，Epr值（越負(fù)越好）；第二，析氫反應(yīng)的影響。

★腐蝕體系是否適宜采用陰極保護(hù)：測(cè)量陰極極化曲線，確定保護(hù)電位及相應(yīng)的保護(hù)電流密度。再計(jì)算保護(hù)度，確定是否適宜采用陰極保護(hù)。陰極保護(hù)★陰極保護(hù)的腐蝕體系包括：土壤、海水、河水等環(huán)境中的碳11陰極極化曲線（碳鋼在聯(lián)堿鹽析結(jié)晶器溶液中）電位(mv.sce)-1000-900-800

123456789電流密度(A/m2)1:靜態(tài)2:微攪動(dòng)溶液成分：Fnh3

56滴度

CnH342.5滴度

Cl-113滴度

Na+70.5滴度

0.3180.55陰極極化曲線電12312保護(hù)參數(shù)（碳鋼在聯(lián)堿鹽析結(jié)晶器溶液中）保護(hù)電位（nv/sce)-650-800-950-1000-1050保護(hù)電流密度(A/m2)00.280.3180.551.273.2腐蝕速度(mm/y)1.0840.2070.04040.02710.01700.0165保護(hù)度(%)080.996.397.598.498.5析氫情況少量氫氣泡大量析氫試驗(yàn)時(shí)間：144小時(shí)溶液成分：FnH364滴度；CNH328.8滴度；Cl-100滴度。試驗(yàn)溫度：常溫引自《電化學(xué)保護(hù)在化肥生產(chǎn)中的應(yīng)用》P74保護(hù)參數(shù)（碳鋼在聯(lián)堿鹽析結(jié)晶器溶液中）保護(hù)電位（nv/sce13金屬或合金參比電極Cu/飽和CuSO4Ag/AgCl/海水Ag/AgCl/飽和KClZn/潔凈海水鐵與鋼含氧環(huán)境缺氧環(huán)境-0.85-0.95-0.80-0.90-0.75-0.85+0.25+0.15鉛-0.6-0.55-0.5+0.5銅合金-0.5~-0.65-0.45~-0.6-0.4~-0.55+0.6~+0.45鋁正極限值負(fù)極限值-0.95-1.2-0.90-1.15-0.85-1.1+0.15-0.1注：（1）比表數(shù)據(jù)取自1973年8月英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)研究所制定的陰極保護(hù)規(guī)范；（2）海水指潔凈，并未稀釋的海水；（3）鋁的陰極保護(hù),電位不能太負(fù),否則會(huì)加速腐蝕,產(chǎn)生負(fù)保護(hù)效應(yīng)。一些金屬的保護(hù)電位(單位：V)

參比電極Cu/飽和CuSO4Ag14環(huán)境條件Ipr(mA/m2)環(huán)境條件Ipr(mA/m2)稀硫酸海水淡水高溫淡水高溫淡水室溫流動(dòng)流動(dòng)氧飽和脫氣1201506018040中性土壤中性土壤中性土壤混凝土混凝土細(xì)菌繁殖通氣不通氣含氯化物無(wú)氯化物40040451保護(hù)電流密度（鋼鐵）《金屬防蝕技術(shù)便覽》環(huán)境條件Ipr(mA/m2)環(huán)境條件Ipr(mA/m2)稀硫15■兩種陰極保護(hù)法

外加電流陰極保護(hù)：所需保護(hù)電流是由直流電源(如蓄電池、直流發(fā)電機(jī)、整流器等)提供的；

犧牲陽(yáng)極保護(hù)：所需保護(hù)電流是由犧牲陽(yáng)極的溶解所提供的。

（犧牲陽(yáng)極材料都是活潑的有色金屬如鋅、鋁、鎂。犧牲陽(yáng)極的電位要足夠負(fù)，陽(yáng)極極化率要小，特別是表面不能生成保護(hù)性的腐蝕產(chǎn)物膜，陽(yáng)極溶解要均勻。）陰極保護(hù)■兩種陰極保護(hù)法陰極保護(hù)16兩種陰極保護(hù)示意圖外加電流保護(hù)法箭頭表示電流方向犧牲陽(yáng)極保護(hù)法+-直流電源輔助陽(yáng)極腐蝕介質(zhì)被保護(hù)設(shè)備埋地管道犧牲陽(yáng)極地面接線盒兩種陰極保護(hù)示意圖外加電流保護(hù)法箭頭表示電流方向犧牲陽(yáng)極保護(hù)17■兩種陰極保護(hù)的比較

犧牲陽(yáng)極保護(hù)法安裝簡(jiǎn)單，不需要直流電源，對(duì)周圍設(shè)備的干擾小。但犧牲陽(yáng)極消耗大，難以調(diào)節(jié)在最佳保護(hù)電位，且提供的電流較小。

外加電流陰極保護(hù)法不消耗有色金屬，提供較大的保護(hù)電流，易于監(jiān)測(cè)和控制，但需要直流電源，經(jīng)常對(duì)保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行檢查和管理，由于電流流過(guò)的范圍寬，對(duì)周圍其它金屬設(shè)備產(chǎn)生雜散電流腐蝕。陰極保護(hù)■兩種陰極保護(hù)的比較陰極保護(hù)18■陽(yáng)極保護(hù)原理

陽(yáng)極保護(hù)：對(duì)具有活態(tài)—鈍態(tài)轉(zhuǎn)變而不能自鈍化的腐蝕體系，通過(guò)外加陽(yáng)極極化電流，使金屬的電位正移到穩(wěn)定鈍化區(qū)內(nèi)，金屬的腐蝕速度就會(huì)大幅度降低，這種防護(hù)方法稱為陽(yáng)極保護(hù)。

陽(yáng)極保護(hù)的實(shí)現(xiàn)必須具備兩個(gè)條件：第一、腐蝕體系的陽(yáng)極極化曲線上存在鈍化區(qū)。第二、陽(yáng)極極化時(shí)金屬的電位要正移到鈍化區(qū)內(nèi)，否則金屬的腐蝕速度反而會(huì)增大。陽(yáng)極保護(hù)■陽(yáng)極保護(hù)原理陽(yáng)極保護(hù)19陽(yáng)極保護(hù)的腐蝕體系的陽(yáng)極極化曲線及保護(hù)參數(shù)

EEtpEpp

i維

i致

i陽(yáng)極保護(hù)的腐蝕體系的Ei維20■保護(hù)參數(shù)

致鈍電流密度i致：使金屬鈍化所需的外加陽(yáng)極極化電流密度。

維鈍電流密度i維：鈍化區(qū)所對(duì)應(yīng)的陽(yáng)極極化電流密度。i維用于維持金屬的鈍態(tài)，在陽(yáng)極保護(hù)中反映日常的電耗和鈍化后金屬的腐蝕速度。i維

越小，陽(yáng)極保護(hù)的效果越好。

維鈍區(qū)電位范圍Epp～Etp：反映金屬鈍態(tài)的穩(wěn)定程度，鈍化區(qū)電位范圍越寬，金屬鈍化后不容易活化或過(guò)鈍化。

陽(yáng)極保護(hù)■保護(hù)參數(shù)陽(yáng)極保護(hù)21環(huán)境條件Ipr(mA/m2)環(huán)境條件Ipr(mA/m2)稀硫酸海水淡水高溫淡水高溫淡水室溫流動(dòng)流動(dòng)氧飽和脫氣1201506018040中性土壤中性土壤中性土壤混凝土混凝土細(xì)菌繁殖通氣不通氣含氯化物無(wú)氯化物40040451鋼鐵的（陰極保護(hù)）保護(hù)電流密度幾個(gè)腐蝕體系的陽(yáng)極保護(hù)參數(shù)金屬溶液溫度(℃)I致(A/m2)I維(A/m2)Epp~Etp(v.sce)碳鋼碳鋼碳鋼不銹鋼50%H2SO4碳銨生產(chǎn)碳化液25%NH4OH67%H2SO42740室溫242325300左右2.656310.5~1<0.30.001+0.6~1.4-0.3~+0.9-0.8~+0.4+0.03~+0.8《金屬防蝕技術(shù)便覽》BACK環(huán)境條件Ipr(mA/m2)環(huán)境條件Ipr(mA/m2)稀硫22■輔助電極材料

外加電流陰極保護(hù)和陽(yáng)極保護(hù)需要有輔助電極構(gòu)成電流回路。輔助電極的作用是通電，故輔助電極材料必須導(dǎo)電良好，能通過(guò)較大的極化電流密度,有足夠的耐蝕性、機(jī)械性能，加工性能和經(jīng)濟(jì)性能。

輔助電極系統(tǒng)■輔助電極材料輔助電極系統(tǒng)23輔助陽(yáng)極材料使用環(huán)境容許電流密度(A/dm2)消耗率kg/Ay碳鋼鑄鐵鋁硅鑄鐵硅鑄鐵石墨石墨磁性氧化鐵磁性氧化鐵鉛銀合金鍍鉑鈦鍍鉑鈦水中、土中水中、土中淡水海水淡水、土中海水淡水海水土中海水海水、淡水土中——0.10.50.10.10.0254.00.10.3~310492~92.4~40.3~10.05~0.20.160.04約0.1約0.10.030.0000060.000006輔助陽(yáng)極材料的性能日本學(xué)術(shù)振興會(huì)《金屬防蝕技術(shù)便覽》輔助陽(yáng)極材料使用環(huán)境容許電流密度(A/dm2)消耗率kg/24■電流分散能力

極化電流均勻地分散到被保護(hù)設(shè)備表面上的能力。分散能力越好，被保護(hù)設(shè)備表面上的極化電位越均勻，保護(hù)效果越好。

實(shí)際生產(chǎn)設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各部件之間還存在著對(duì)極化電流的屏蔽作用，因此，應(yīng)改善極化電流分布的均勻性，提高電流分散能力。輔助電極系統(tǒng)■電流分散能力輔助電極系統(tǒng)25陰極保護(hù)中電流遮蔽作用的例圖引自《電化學(xué)保護(hù)在化肥生產(chǎn)中的應(yīng)用》P83.84(c)有突出部分結(jié)構(gòu)(a)對(duì)管內(nèi)壁保護(hù)(b)管束間實(shí)施保護(hù)-+-+-+陰極保護(hù)中電流遮蔽作用的例圖引自《電化學(xué)保護(hù)在化肥生產(chǎn)中的應(yīng)26碳化塔冷卻水箱陽(yáng)極保護(hù)電流分散能力的模擬測(cè)定引自?電化學(xué)保護(hù)在化肥生產(chǎn)中的應(yīng)用?-+橫斷面輔助陰極甘汞電極整流器水箱輔助陰極氨水槽碳化塔冷卻水箱陽(yáng)極保護(hù)電流分散能力的模擬測(cè)定-橫斷面輔助陰極27■輔助電極系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

首先是要確定輔助電極的數(shù)量和位置。為了減小輔助電極到設(shè)備表面各部位的距離差異。在設(shè)備形狀較復(fù)雜，或不利于電流分布時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增加輔助電極的數(shù)目。

輔助電極系統(tǒng)■輔助電極系統(tǒng)的設(shè)計(jì)輔助電極系統(tǒng)28■輔助電極安裝的基本要求

牢固：不能因機(jī)械振動(dòng)，流體沖擊等而損壞或脫落。

絕緣：輔助電極與被保護(hù)設(shè)備之間要嚴(yán)格絕緣,否則短路。

導(dǎo)電：輔助電極與連接導(dǎo)線之間要導(dǎo)電良好。

密封：對(duì)于密封設(shè)備，輔助電極或?qū)Ь€穿出設(shè)備的部位要按密封和絕緣的要求設(shè)計(jì)。

輔助電極系統(tǒng)■輔助電極安裝的基本要求輔助電極系統(tǒng)29陰極的支承和絕緣塔壁陰極角鋼絕緣瓷瓶塔壁角鋼絕緣板絕緣套角鋼陰極棒陰極圈陰極的支承和絕緣塔壁陰極角鋼絕緣瓷瓶塔壁角鋼絕緣板絕緣套角鋼30陰極引出棒的安裝和絕緣固定盤(pán)級(jí)極引出棒接管陰極圈塔壁法蘭絕緣墊絕緣套管鋁母排BACK陰極引出棒的安裝和絕緣固定盤(pán)級(jí)極引出棒接管陰極圈塔壁法蘭絕緣31

直流電源可選用蓄電池，整流器，直流發(fā)電機(jī)等，其中以整流器應(yīng)用最多。

恒電位儀作直流電源時(shí)，參比電極是必不可少的。

電位穩(wěn)定；

參比電極不容易極化;

基本要求

安裝方便;使用可靠

直流電源和控制方式直流電源可選用蓄電池，整流器，直流發(fā)電機(jī)等，其中以整流器32■控制方式

控制電位法：以被保護(hù)設(shè)備的電位作為控制對(duì)象。這種方法是基本的，應(yīng)用最多。

控制槽壓法：以槽壓為控制對(duì)象，不需要參比電極。

間歇極化法：按一定的時(shí)間間隔間歇的通入極化電流，主要用于陽(yáng)極保護(hù)（因?yàn)槁裕?。直流電源和控制方式BACK■控制方式直流電源和控制方式BACK33■犧牲陽(yáng)極的性能

（1）電位要足夠負(fù)（2）陽(yáng)極溶解性能好（3）理論發(fā)生電量大（4）實(shí)際發(fā)生電量和電流效率

（實(shí)際發(fā)生電量總是小于理論發(fā)生電量，所占百分比稱為電流效）

犧牲陽(yáng)極法陰極保護(hù)■犧牲陽(yáng)極的性能犧牲陽(yáng)極法陰極保護(hù)34陽(yáng)極材料開(kāi)路電位(v,scE)工作電位(v,scE)實(shí)際電量(A.h/kg)電流效率(%)溶解性能Zn-Al-Cd-1.05~-1.09-1.00~-1.0578095腐蝕產(chǎn)物容易脫落表面溶解均勻Al-Zn-In-1.18~-1.10-1.02~-1.05240085同上Mg-6Al-3Zn-1.480.65v(對(duì)Fe)122055三類犧牲陽(yáng)極的電化學(xué)性能(環(huán)境：海水)Zn-Al-Cd化學(xué)成分(1)：Al:0.3~0.6%、Cd:0.05~0.12%；Zn-Al-Cd化學(xué)成分(2)：Zn:2.5~4.5%、In:0.018~0.050%、Cd:0.005~0.02%；Mg-6Al-3Zn化學(xué)成分(3)：Al:5.3~6.7%、Zn:2.5~3.5%；(1)GB4950-85“鋅－鋁－鎬合金犧牲陽(yáng)極”(2)Gb4948-85“鋁－鋅－銦合金犧牲陽(yáng)極”(3)是日本學(xué)術(shù)振興會(huì)編《金屬防蝕技術(shù)更覽》BACK陽(yáng)極材料開(kāi)路電位(v,scE)工作電位(v,scE)實(shí)際電35

陽(yáng)極保護(hù)

陰極保護(hù)相同只能用于電解質(zhì)溶液的連續(xù)液相部分；所需極化電流必須符合經(jīng)濟(jì)要求；設(shè)備結(jié)構(gòu)不能太復(fù)雜。不同1、(本質(zhì)上)陽(yáng)極極化時(shí),金屬腐蝕傾向增大，只適于能陽(yáng)極鈍化體系。1、陰極極化時(shí),金屬腐蝕傾向減小，到達(dá)穩(wěn)定區(qū)則金屬不會(huì)腐蝕，故原理上適用于一切腐蝕體系。2、鈍化前要經(jīng)過(guò)電解腐蝕階段,維鈍電流密度對(duì)應(yīng)于保護(hù)下的腐蝕速度.2、不會(huì)產(chǎn)生電解腐蝕，保護(hù)電流和設(shè)備腐蝕速度沒(méi)有直接關(guān)系。3、控制電位要求高3、控制電位要求低4、致鈍電流大，而維鈍電流小，投資費(fèi)用高，日常操作費(fèi)用低。4、極化電流變化不大，投資費(fèi)用較低，而日常操作費(fèi)用較陽(yáng)極保護(hù)高。5、強(qiáng)氧化性介質(zhì)中保護(hù)效果好5、多用于弱和中等程度腐蝕環(huán)境，（特別是氧擴(kuò)散控制體系）6、設(shè)備不會(huì)造成氫損害6、析氫可能造成設(shè)備材料的鼓泡或脆性，對(duì)加壓和高強(qiáng)材料危險(xiǎn)。7、可能造成兩性金屬腐蝕增加，加速涂料破壞，有利Ca2+.Mg2+沉積陽(yáng)極保護(hù)和陰極保護(hù)的比較BACK陽(yáng)極保護(hù)陰極保護(hù)相同只能用于電解質(zhì)溶液的361、碳銨生產(chǎn)中碳化塔的陽(yáng)極保護(hù)《電化學(xué)保護(hù)在化肥生產(chǎn)中的應(yīng)用》：14~60，TQ150.1/7445；2、長(zhǎng)征輪外加電流陰極保護(hù)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用《腐蝕與防護(hù)》，1980，(3)：31；3、不銹鋼濃硫酸換熱器的陽(yáng)極保護(hù)研究《化工機(jī)械》，1987，14(5)：405；4、黃浦江上游引水過(guò)江鋼管的外加電流陰極保護(hù)《腐蝕與防護(hù)》，1990，11(3)：152；電化學(xué)保護(hù)應(yīng)用實(shí)例

1、碳銨生產(chǎn)中碳化塔的陽(yáng)極保護(hù)電化學(xué)保護(hù)應(yīng)用實(shí)例375、φ1.8米海水輸送管內(nèi)壁恒電位陰極保護(hù)《腐蝕與防護(hù)》，1982，3(2)：416、陰極保護(hù)在我廠輸油管道上的應(yīng)用《化工腐蝕與防護(hù)》，1986，(4)：227、氨水罐群循環(huán)極化法陽(yáng)極保護(hù)《化工機(jī)械》，1983，(1)：498、固體電解質(zhì)涂料對(duì)貯油罐外底實(shí)施外加電流陰極保護(hù)《中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)報(bào)》

，1992，12(2)：149電化學(xué)保護(hù)應(yīng)用實(shí)例5、φ1.8米海水輸送管內(nèi)壁恒電位陰極保護(hù)電化學(xué)保護(hù)應(yīng)用實(shí)例3810、陰極保護(hù)防止堿液蒸發(fā)鍋應(yīng)力腐蝕破裂《化工機(jī)械》，1975，(4)：61；11、鎂合金犧牲陽(yáng)極對(duì)貯水式家用電熱水器的陰極保護(hù)《腐蝕與防護(hù)》，1999，20(2)：78；12、廠區(qū)埋地鋼管外加電流陰極保護(hù)《材料保護(hù)》，1995，28(10)：27；13、陰極保護(hù)技術(shù)在地下輸水管道上的應(yīng)用《黑龍江石油化工》，1998，(3)：32；14、臺(tái)洲海輪海水壓載艙的犧牲陽(yáng)極法陰極保護(hù)《中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)報(bào)》，1998，18(4)：297；電化學(xué)保護(hù)應(yīng)用實(shí)例10、陰極保護(hù)防止堿液蒸發(fā)鍋應(yīng)力腐蝕破裂電化學(xué)保護(hù)應(yīng)用實(shí)例3915、陜京輸氣管道外防腐設(shè)計(jì)《天然氣工業(yè)》，1998，18(1)：69；16、港工設(shè)施犧牲陽(yáng)極保護(hù)的設(shè)計(jì)和安裝；17、陰極保護(hù)在城市煤氣管道上的應(yīng)用；18、海水熱交換器應(yīng)用犧牲陽(yáng)極保護(hù)技術(shù)的探討；19、船體陰極保護(hù)參數(shù)的探討；20、陰極保護(hù)技術(shù)在原油儲(chǔ)罐上的應(yīng)用；《石油化工腐蝕與防護(hù)》，1996，13(4)：24；電化學(xué)保護(hù)應(yīng)用實(shí)例15、陜京輸氣管道外防腐設(shè)計(jì)電化學(xué)保護(hù)應(yīng)用實(shí)例40■文獻(xiàn)摘要內(nèi)容1、體系的構(gòu)成，設(shè)備的材質(zhì)，溶液組成；2、為什么能采用陽(yáng)極保護(hù)或陰極保護(hù)；3、保護(hù)參數(shù)；4、輔助電極、參比電極的設(shè)計(jì)；5、保護(hù)效果。電化學(xué)保護(hù)應(yīng)用實(shí)例■文獻(xiàn)摘要內(nèi)容電化學(xué)保護(hù)應(yīng)用實(shí)例41陰極框架支撐接電源正極陰極框架陰極棒冷卻水箱塔體塔底陰極筐陰極引出棒接電源負(fù)極陰極母排電位10008006004002000-200-400-600-800-1000－1012

123lgi(A/m2)1.NH3.H2O溶液2.NH4HCO3溶液3.碳化工作液40℃碳銨生產(chǎn)裝置中碳化塔陽(yáng)極保護(hù)陰極框架支撐接電源正極陰極框架陰極棒冷卻水箱塔體塔底陰極筐陰42SO3發(fā)生器陽(yáng)極保護(hù)電位E(Vs硫酸亞汞電極)3.83.43.02.62.2.1.81.41.00.60.2-0.2-0.6-1.0-2-101231.室溫2.100℃3.200℃4.250℃5.300℃1455423lgi(A/m2)SO3發(fā)生器陽(yáng)極保護(hù)電位E(Vs硫酸亞汞電極)3.8-243氨水罐群循環(huán)極化法陽(yáng)極保護(hù)示意(引自《化工機(jī)械》1983No.P54)周期轉(zhuǎn)換可控恒電位儀（循環(huán)周期8min：極化2min，斷電6min）氨水成分：NH3：18-20%；CO2：微量-2%；尿素：0-1.5%陰極：1Cr13不銹鋼，工作表面積：21m2；參比電極：Pb。參參參參1234輔助參比工作12344#1#2#3#----++++氨水罐群循環(huán)極化法陽(yáng)極保護(hù)示意周期轉(zhuǎn)換可控恒電位儀（循環(huán)周期44輔助陽(yáng)極：合金陽(yáng)極，左右對(duì)稱，均勻分布，陽(yáng)極間距25-28m，安裝在重戴水線到船底基線展開(kāi)面的1/3處。參比電極：Ag/AgCl電極，共6支，左右舷各3支，分布在兩個(gè)陽(yáng)極之間，陽(yáng)極屏蔽層邊緣。尾軸弄船尾A1R1A3R3AsA7R5A9A2R2A4A6R4AsA10R6三貨艙控制室主機(jī)艙副機(jī)艙行李艙二貨艙一貨艙船首長(zhǎng)征艙外加電流陰極保護(hù)，《腐蝕與防護(hù)》1980，No3輔助陽(yáng)極和參比電極分布平面圖輔助陽(yáng)極：合金陽(yáng)極，左右對(duì)稱，均勻分布，陽(yáng)極間距25-28m45黃浦江引水鋼管外加電流陰極保護(hù)陽(yáng)極：石墨陽(yáng)極井深度50m；每口井垂直安裝陽(yáng)極8至9個(gè)；參比電極：Cu/飽和硫酸銅電極。11

陰極保護(hù)站

陽(yáng)極深井?參比電極井沉井編號(hào)???

4610南市水廠參×-+黃浦江過(guò)江鋼管參比電極沉井陽(yáng)極深井黃浦江引水鋼管外加電流陰極保護(hù)陽(yáng)極：石墨陽(yáng)極井深度50m；146貯罐外底陰極保護(hù)（固體電解質(zhì)涂層的應(yīng)用）直流電源參比電流位置v石墨參比電極瀝青砂層粗砂墊層-

+固體電解質(zhì)涂層陽(yáng)極涂層貯罐外底陰極保護(hù)（固體電解質(zhì)涂層的應(yīng)用）直流電源參比電流位置47地下輸油鋼管犧牲

陽(yáng)極保護(hù)鎂陽(yáng)極11Kg發(fā)生電流93mA鎂陽(yáng)極輸油管鎂陽(yáng)極[陽(yáng)極埋沒(méi)]公路面測(cè)試樁2.4m2.4m1.4m

公路[陽(yáng)極分布]輸油鋼管?529×71＃陽(yáng)極組1＃測(cè)試樁嚴(yán)重腐蝕區(qū)（長(zhǎng)120米）2＃陽(yáng)極組2＃測(cè)試樁BACK地下輸油鋼管犧牲鎂陽(yáng)極11Kg鎂陽(yáng)極輸油管鎂陽(yáng)極[陽(yáng)極埋沒(méi)]48■除去環(huán)境中的腐蝕性物質(zhì)

除去環(huán)境中造成金屬腐蝕而與生產(chǎn)工藝過(guò)程無(wú)關(guān)的物質(zhì)，可以使金屬的腐蝕速度大大降低，設(shè)備得到有效的保護(hù)。例如：

●

鍋爐用水除氧（常用熱力法，化學(xué)法）；

●

調(diào)節(jié)介質(zhì)pH值；

●

氯氣脫水；

●降低空氣濕度；

控制環(huán)境方法BACK■除去環(huán)境中的腐蝕性物質(zhì)控制環(huán)境方法BACK49■

緩蝕劑

在腐蝕環(huán)境中以適當(dāng)濃度和形式(一般是很少的量)添加某種物質(zhì)，能使金屬的腐蝕速度大大降低，這種物質(zhì)就叫緩蝕劑(即腐蝕抑制劑)。

緩蝕劑可以是單組分物質(zhì)，或者多組分。特點(diǎn)是：使用方便，投資少，保護(hù)效果好?？刂骗h(huán)境方法■緩蝕劑控制環(huán)境方法50■緩蝕劑的性能緩蝕劑的保護(hù)效果用緩蝕(效)率表示。緩蝕率

是加入緩蝕劑后金屬腐蝕速度減小的百分?jǐn)?shù)。緩蝕率，與緩蝕劑的種類、加入量和使用條件相關(guān)。當(dāng)緩蝕劑停加以后，緩蝕率隨時(shí)間逐漸下降。這段時(shí)間稱為緩蝕劑的后效時(shí)間，表示緩蝕劑保護(hù)作用的持久性。緩蝕劑■緩蝕劑的性能緩蝕劑51■緩蝕劑的分類按化學(xué)組成：分為無(wú)機(jī)緩蝕劑，有機(jī)緩蝕劑；按保護(hù)金屬：分為鋼鐵緩蝕劑，鋁及鋁合金緩蝕劑等；按溶解性能：分為油溶性緩蝕劑，水溶性緩蝕劑等；按溶液pH值：分為中性介質(zhì)緩蝕劑，酸性介質(zhì)緩蝕劑等。按照電化學(xué)理論：分為陽(yáng)極型、陰極型、混合型；按照保護(hù)膜：分為氧化膜型、沉淀膜型、吸附膜型。

緩蝕劑■緩蝕劑的分類緩蝕劑52EE緩蝕劑類型lgi陰極型lgi陽(yáng)極型Elgi混合型lgi鈍化型EE緩蝕劑類型lgi陰極型lgi陽(yáng)極型Elgi混合型lgi鈍53

緩蝕劑對(duì)電極反應(yīng)的作用

I’corIcorI[陰極型緩蝕劑]EcorE’cor陰極極率Pc增大E

I’corIcor

I[陽(yáng)極型緩蝕劑]陽(yáng)極極化率Pa增大EcorE’corE

I’corIcorI[混合極型緩蝕劑]

Pc、Pa都增大EcorE’corE緩蝕劑對(duì)電極反應(yīng)的作用I’54

三種緩蝕劑保護(hù)膜緩蝕劑類型保護(hù)膜示意圖膜的保護(hù)性能氧化膜型薄而至密，與金屬結(jié)合牢固，保護(hù)效果好沉淀膜型厚而多孔，與金屬結(jié)合較差，保護(hù)效果不好，造成結(jié)據(jù)問(wèn)題吸附膜型在酸性介質(zhì)中保護(hù)效果好，要求金屬表面潔凈緩蝕劑三種緩蝕劑保護(hù)膜緩蝕劑類型保護(hù)膜示意圖膜的保護(hù)性能氧化膜型55■常用緩蝕劑(1)鈍化劑

鈍化劑屬于陽(yáng)極型緩蝕劑，能促使金屬表面轉(zhuǎn)變?yōu)殁g態(tài)，生成保護(hù)性的氧化物膜，使金屬腐蝕速度大大降低。鈍化劑本身就具有氧化性，如鉻酸鹽、亞硝酸鹽，氧也是一種鈍化劑。鈍化劑的緩蝕率很高，但用量必須足夠。否則，導(dǎo)致腐蝕加速或發(fā)生孔蝕。評(píng)價(jià)鈍化劑性能的重要指標(biāo)是“臨界致鈍濃度”。臨界致鈍濃度愈小，鈍化劑性能愈好。緩蝕劑■常用緩蝕劑緩蝕劑56鈍化劑的作用機(jī)理Elgi

陽(yáng)極極化曲線向左下方移動(dòng)[抑制陽(yáng)極反應(yīng)]Elgi

陰極極化曲線向右上方移動(dòng)[促進(jìn)陰極反應(yīng)]鈍化劑的作用機(jī)理Elgi陽(yáng)極極化曲線向左下方移動(dòng)57鉬酸銨對(duì)碳鋼在碳化液中陽(yáng)極行為的影響引自《催化電化》1973.NO1P1412.04.06.08.010.01.濃氨水2.濃氨水＋0.5克鉬酸銨3.濃氨水＋1.0克鉬酸銨4.濃氨水＋1.5克鉬酸銨電流（MA）＋1200

＋800＋4000－400－800－1200234電位鉬酸銨對(duì)碳鋼在碳化液中陽(yáng)極行為的影響158(2)陰極型緩蝕劑

陰極型緩蝕劑的作用在于增大腐蝕電池的陰極極化，使陰極反應(yīng)速度降低，從而減小金屬的腐蝕。

有的陰極型緩蝕劑能減小氫離子還原反應(yīng)的交換電流密度，使析氫反應(yīng)變得困難。如硫化物、砷化物等。這類化合物可能導(dǎo)致金屬的氫損傷(氫鼓泡、氫脆等)。有些陰極型緩蝕劑能夠在腐蝕電池的陰極區(qū)形成沉淀膜，使陰極區(qū)面積減小，陰極極化增強(qiáng)。如Zn2+(ZnSO4)。

緩蝕劑(2)陰極型緩蝕劑緩蝕劑59(3)沉淀型緩蝕劑

沉淀型緩蝕劑是指通過(guò)金屬表面形成沉淀膜來(lái)發(fā)揮作用的一類緩蝕劑。

聚磷酸鹽是重要的一類。目前應(yīng)用較多的三聚磷酸鈉(Na5P3O10)、六偏磷酸鈉(Na6P6O18)。沉淀型緩蝕劑常稱為“安全緩蝕劑”，用量不足不會(huì)增加金屬的腐蝕。沉淀型緩蝕劑的保護(hù)效果一般不如鈍化劑。另外，有可能造成熱交換器表面結(jié)垢，影響傳熱。

緩蝕劑(3)沉淀型緩蝕劑緩蝕劑60050100150200等溫吸附關(guān)系曲線

（體系：20#碳鋼－1mol/LHCl緩蝕劑:那可?。㎜g(Q/1-Q)210-1-5-4-3lgc吸附平衡常數(shù)Ka=2.24104吸附自由焓?Ga?=-35.4KT/mol聚磷酸鹽緩蝕效果與水中鈣濃度的關(guān)系80604020腐蝕速度mdd鈣濃度（ppm)050100150200等溫吸61(4)有機(jī)緩蝕劑

有機(jī)緩蝕劑的緩蝕作用大多是通過(guò)在金屬表面形成吸附膜來(lái)實(shí)現(xiàn)。有機(jī)緩蝕劑大多含氮或硫，或者二者都有如硫醇、硫醚、胺類和有機(jī)胺的鹽類、硫脲及其衍生物等。疏水基親水基移動(dòng)障礙能量障礙吸附型緩蝕劑在金屬表面形成的吸附膜模型緩蝕劑(4)有機(jī)緩蝕劑疏水基移動(dòng)障礙吸附型緩蝕劑在金屬表面形成的62●吸附膜的緩蝕作用機(jī)制

有機(jī)緩蝕劑都含有極性基團(tuán)和非極性基團(tuán)。極性基團(tuán)通過(guò)物理吸附或化學(xué)吸附作用吸附在金屬表面上，改變了金屬表面的電荷狀態(tài)和界面性質(zhì)，使能量狀態(tài)穩(wěn)定化，從而降低了腐蝕反應(yīng)傾向(能量障礙)。同時(shí)，非極性基團(tuán)形成一層疏水性的保護(hù)膜，阻礙腐蝕性物質(zhì)向金屬表面移動(dòng)(移動(dòng)障礙)。緩蝕劑●吸附膜的緩蝕作用機(jī)制緩蝕劑63

物理吸附以靜電引力為主與金屬表面帶電狀態(tài)密切相關(guān)。

零電荷電位(用Eq=0表示)：指金屬表面無(wú)剩余電荷時(shí)的電位。Ecor>Eq=0，則金屬表面帶過(guò)剩正電荷；Ecor<Eq=0，則帶過(guò)剩負(fù)電荷。為了促進(jìn)物理吸附，可采取改變金屬表面帶電狀態(tài)的辦法。如添加Cl-。

化學(xué)吸附是指緩蝕劑分子中極性基團(tuán)中心原子的未共用電子對(duì)和金屬形成配價(jià)鍵而引起吸附。

緩蝕劑物理吸附以靜電引力為主與金屬表面帶電狀態(tài)密切相關(guān)。緩蝕劑64電極系統(tǒng)的零電荷電位（伏，SHE，室溫）電極材料電解質(zhì)溶液零電荷電位電極材料電解質(zhì)溶液零電荷電位AgC(石墨)C(活性)CdCoCrCuFeGa0.1NKO30.01NNa2SO40.05NNaCl1NH2SO4+1NNa2SO40.001NKCl0.1NH2SO4+0.02NNa2SO40.1NNaOH0.02NNa2SO40.1NH2SO4+0.002NNa2SO40.1NHCl+INKCl-0.05-0.70-0.07-0.0-0.2-0.90-0.33-0.45-0.02-0.29-0.60HgNiPbPbo?Pt(光亮)Pt(鉑墨)TeTlTl(Hg)zn0.01NNaF0.001NHCl0.001NKCl0.01NHClO40.1NH2SO4+1NNa2SO40.01NH2SO4+1NNa2SO41NH2SO40.001NKCl1NNa2SO41NNa2SO4-0.192-0.06-0.691.800.270.4-1.00.61-0.80-0.65-0.63電極系統(tǒng)的零電荷電位（伏，SHE，室溫）電極零電荷65●緩蝕機(jī)理主要有兩種類型

幾何復(fù)蓋效應(yīng)：指吸附膜將金屬表面與酸溶液隔離開(kāi)，在覆蓋了緩蝕劑吸附膜的金屬表面部分，電極反應(yīng)不能進(jìn)行；而未覆蓋表面部分電極反應(yīng)按原來(lái)的歷程進(jìn)行。

負(fù)催化效應(yīng)：指緩蝕劑覆蓋了金屬表面的活性位置，使電極反應(yīng)的活化能位壘升高，電極反應(yīng)速度降低。緩蝕劑●緩蝕機(jī)理主要有兩種類型緩蝕劑6699.9%Fe絲在6NHCl(30℃)中的極化曲線（根據(jù)Hackermall等,轉(zhuǎn)引自?Corrosionluhibitors?P15）10??10??10??10?310?210?1

電流密度(A/cm2)－200－300－400－500－600－700－800未加緩蝕劑加1％壬撐亞胺電位99.9%Fe絲在6NHCl(30℃)中的極化曲線67(5)氣相緩蝕劑(VPI)

氣相緩蝕劑主要用于減輕金屬設(shè)備和部件的大氣腐蝕。其作用機(jī)理是汽化以后，和空氣中的濕氣一起凝結(jié)在金屬表面，形成液膜。

為了使氣相緩蝕劑能有效發(fā)揮作用，使用空間應(yīng)當(dāng)是封閉的，如包裝箱、倉(cāng)庫(kù)。氣相緩蝕劑應(yīng)當(dāng)有比較大的蒸汽壓，容易揮發(fā)充滿金屬設(shè)備所在空間。緩蝕劑(5)氣相緩蝕劑(VPI)緩蝕劑68■緩蝕劑的協(xié)同效應(yīng)

幾種物質(zhì)分別單獨(dú)加入介質(zhì)中時(shí)效果不大，而將它們按某種配方復(fù)合加入，則可能產(chǎn)生很高的緩蝕效率。這種現(xiàn)象稱為緩蝕劑的協(xié)同效應(yīng)(或協(xié)同作用)。相反，復(fù)合加入時(shí)緩蝕效果反而降低，稱為負(fù)協(xié)同效應(yīng)。協(xié)同效應(yīng)不是簡(jiǎn)單的加和，而是相互促進(jìn)。利用緩蝕劑的協(xié)同效應(yīng)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出許多高效的復(fù)合緩蝕劑，今后仍然是緩蝕劑發(fā)展的方向之一。

緩蝕劑■緩蝕劑的協(xié)同效應(yīng)緩蝕劑69試驗(yàn)條件：鋼，氧飽和循環(huán)冷卻水(ph=6.5,35℃)，5天，未加緩蝕劑時(shí)腐蝕速度189mdd根據(jù)Hatch,引自?CorrosionInhibitors?P138100500鋅鹽%050100150100

500重鉻酸鈉％失重腐蝕速度mdd重鉻酸鈉和鋅鹽的比例對(duì)復(fù)合緩蝕劑緩蝕效果的影響試驗(yàn)條件：鋼，氧飽和循環(huán)冷卻水(ph=6.5,35℃)，5天70■緩蝕劑應(yīng)用的幾個(gè)問(wèn)題(1)

要根據(jù)腐蝕體系的具體情況選擇有效的緩蝕劑。(2)

通過(guò)試驗(yàn)確定緩蝕劑的最佳投效劑量和使用條件。

(3)

緩蝕劑對(duì)生產(chǎn)過(guò)程可能不利影響如：起泡，形成乳狀液；使銹皮疏松脫落而導(dǎo)致管線阻塞；造成新腐蝕問(wèn)題；結(jié)垢而影響傳熱等。緩蝕劑■緩蝕劑應(yīng)用的幾個(gè)問(wèn)題緩蝕劑71溶液：7.5g/lNacl；試樣面積：50cm2；時(shí)間：21晝夜根據(jù)Patterson等，引用《金屬的緩蝕劑》P113NaNO2

濃度(克/100亳升)2001501005000.050.150.250.3515℃30℃重量損失mg亞硝酸鈉濃度對(duì)碳鋼在氯化鈉溶液中腐蝕速度的影響溶液：7.5g/lNacl；試樣面積：50cm2；時(shí)間：72緩蝕劑濃度對(duì)碳鋼腐蝕速度的影響碳鋼－5MHCl硫化二乙二醇濃（mM/L）110100100020155432100.20.40.60.81.01.2

若丁濃度（g/L)碳鋼－20%H2SO4室溫腐蝕速度g/m2●h緩蝕劑濃度對(duì)碳鋼腐蝕速度的影響碳鋼－5MHCl硫化二乙二醇濃73

(4)緩蝕劑對(duì)設(shè)備材質(zhì)是否會(huì)造成損害。

(5)緩蝕劑的毒性和環(huán)境污染是一個(gè)重要問(wèn)題。

(6)在生產(chǎn)系統(tǒng)中緩蝕劑的流失是造成失效的常見(jiàn)原因。(7)進(jìn)行緩蝕劑保護(hù)效果的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。開(kāi)發(fā)高效而價(jià)廉的緩蝕劑品種。(8)為了保證緩蝕劑使用有效而經(jīng)濟(jì)，應(yīng)對(duì)保護(hù)效果進(jìn)行監(jiān)測(cè)，避免緩蝕劑濃度不足達(dá)不到保護(hù)效果，或者緩蝕劑加入過(guò)多造成浪費(fèi)。緩蝕劑(4)緩蝕劑對(duì)設(shè)備材質(zhì)是否會(huì)造成損害。緩蝕劑74■緩蝕劑應(yīng)用實(shí)例(1)酸洗

酸洗除銹和除垢是一種常用的金屬表面清凈處理，其原理是利用酸溶液對(duì)金屬表面銹層和垢層的溶解能力，以及析氫所產(chǎn)生的機(jī)械剝離作用。良好的酸洗液應(yīng)滿足以下要求：除銹(或除垢)速度快；對(duì)基體金屬腐蝕小。酸洗液需加入高效緩蝕劑；抑制酸霧能力強(qiáng)；不會(huì)對(duì)金屬材料機(jī)械性能造成不利影響。

緩蝕劑■緩蝕劑應(yīng)用實(shí)例緩蝕劑75緩蝕劑溫度

蒸汽壓(Pa)亞硝酸二環(huán)已胺10320.003990.0532亞硝酸二民丙胺15.6250.4820.826碳酸環(huán)已胺252853.2266三種所相緩蝕劑的蒸汽壓亞硝酸二環(huán)已胺100.00399亞硝酸二民丙胺15.60.76名稱主要成分天津若丁(新）二鄰甲苯硫脲，食鹽，淀粉，平平加沈－D苯胺，甲醛縮合物工讀－3苯胺，烏格托品縮合物蘭4－A油酸，苯胺，烏格托品縮合物蘭5苯胺，烏格托品，硫氰化鉀7701芐基吡啶釜?dú)垼句@鹽7801苯胺，烏格托品，苯已酮BH－2咪唑啉類IMC－4季銨鹽類川天1－2苯胺環(huán)已酮，甲醛，炔醇8601－CT烷基吡啶芐基委銨鹽，平平加部分國(guó)產(chǎn)酸洗緩蝕劑名稱主要成分天津若丁(新）二鄰甲苯硫脲，食鹽，淀粉，平77(2)

石油工業(yè)為了提高油、氣產(chǎn)量，需要采用酸化工藝。例如，在高溫井中用15

20%鹽酸進(jìn)行酸化壓裂施工，緩蝕劑的保護(hù)性能是關(guān)鍵。(3)

循環(huán)冷卻水；(4)

汽車?yán)鋮s系統(tǒng)；(5)

機(jī)器、設(shè)備、部件防銹；

(6)

化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用(如合成氨的脫碳系統(tǒng),尿素合成塔)。

緩蝕劑BACK(2)石油工業(yè)為了提高油、氣產(chǎn)量，需要采用酸化工藝。緩蝕劑78■覆蓋層保護(hù)的特點(diǎn)

(1)基底材料和覆層材料組成復(fù)合材料，可以充分發(fā)揮基底材料和覆層材料的優(yōu)點(diǎn)，滿足耐蝕性，物理、機(jī)械和加工性能，以及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)多方面的需要。(2)覆蓋層的保護(hù)效果和使用壽命取決于：

●覆層材料的耐蝕性、強(qiáng)度、塑性和耐磨性。覆蓋層保護(hù)■覆蓋層保護(hù)的特點(diǎn)覆蓋層保護(hù)79

●覆層的均勻性、孔隙和缺陷；

●覆層與基體金屬的結(jié)合力。復(fù)層材料的耐蝕性不難通過(guò)合理選材來(lái)解決。使復(fù)蓋層保護(hù)達(dá)不到要求保護(hù)效果的主要原因是覆蓋層不連續(xù)，缺陷多，以及與基體結(jié)合差。覆蓋層保護(hù)●覆層的均勻性、孔隙和缺陷；覆蓋層保護(hù)80

金屬覆蓋層金屬鍍層

金屬襯里雙金屬?gòu)?fù)合板電鍍噴涂滲鍍熱浸化學(xué)鍍■復(fù)蓋層主要種類覆蓋層保護(hù)金屬覆蓋層金屬鍍層金屬襯里雙金屬?gòu)?fù)合板電鍍噴涂滲鍍81化學(xué)轉(zhuǎn)化膜陽(yáng)極氧化化學(xué)氧化磷酸鹽處理，草酸鹽處理鉻酸鹽處理

非金屬覆蓋層

油漆涂料塑料涂覆搪瓷鋼襯玻璃非金屬材料襯里暫時(shí)性防銹層化學(xué)轉(zhuǎn)化膜陽(yáng)極氧化化學(xué)氧化磷酸鹽處理，草酸鹽處理鉻酸鹽處理82■選擇覆蓋層時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮:

(1)覆層材料

在使用環(huán)境中是否有良好耐蝕性；和基底材料是否相容；能否使設(shè)備的功能不受影響(如傳熱、導(dǎo)電等需要能否保持)。(2)覆蓋層種類的選擇(3)經(jīng)濟(jì)上是否合理覆蓋層保護(hù)BACK■選擇覆蓋層時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮:覆蓋層保護(hù)BACK83■陽(yáng)極性覆層

在使用環(huán)境中，覆層材料的電位比基體金屬的電位負(fù)，比如鐵表面上用鋅作覆層。在覆層缺陷處形成的腐蝕電池中，覆層是陽(yáng)極，能夠?qū)w金屬起到陰極保護(hù)作用。陽(yáng)極性覆層常用作防護(hù)性覆層。

金屬覆蓋層■陽(yáng)極性覆層金屬覆蓋層84陽(yáng)極性覆蓋層

電解質(zhì)溶液

鋅

鋼

鋅腐蝕陽(yáng)極性覆蓋層85■

陰極性覆層

在使用環(huán)境中，覆層材料的電位比基體金屬的電位正，如鐵表面上覆蓋鉻、鎳。如果覆蓋層存在缺陷，將加速基體金屬的腐蝕。因此陰極性覆層必須足夠完整、無(wú)孔隙，才能起機(jī)械隔離作用。

金屬覆蓋層■陰極性覆層金屬覆蓋層86

鋼腐蝕電解質(zhì)溶液

鉻

鋼

陰極性覆蓋層鉻陰極性覆蓋層87■金屬?gòu)?fù)蓋層簡(jiǎn)介

(1)電鍍

電鍍的優(yōu)點(diǎn)：鍍層金屬純度高，分布均勻，與基體金屬結(jié)合牢固。鍍層具有較高硬度和耐磨性能。為獲得同樣保護(hù)效果所需要的覆層金屬最少。鍍層厚度容易控制，一般在常溫下進(jìn)行，電鍍適應(yīng)范圍很寬（從正電性到負(fù)電性金屬，低熔點(diǎn)到高熔點(diǎn)金屬，高純金屬到合金）。金屬覆蓋層■金屬?gòu)?fù)蓋層簡(jiǎn)介金屬覆蓋層88

陽(yáng)極(Zn)

陽(yáng)極反應(yīng)：

Zn=Zn2++2e

陰極(工件)

陰極反應(yīng)：

Zn2++2e=Zn

直流電源

-+

含Zn2+電鍍液

電鍍鋅原理

陽(yáng)極(Zn)直流89

(2)噴涂(噴鍍)

優(yōu)點(diǎn)：鍍層厚度不受限制，對(duì)修復(fù)較長(zhǎng)工件特別有利。噴涂工藝和設(shè)備比較簡(jiǎn)單，移動(dòng)方便，不管設(shè)備和部件的形狀和尺寸，都可按需要得到良好的噴涂層。

缺點(diǎn)：涂層結(jié)構(gòu)不強(qiáng)，不能形成合金或焊住。質(zhì)點(diǎn)的重迭堆砌使噴涂層存在很大孔隙率。金屬覆蓋層(2)噴涂(噴鍍)金屬覆蓋層90空氣壓縮機(jī)乙

炔發(fā)生器水封防回火器氧氣瓶控制臺(tái)噴槍金屬絲架干燥凈化器貯罐油

水分離器氣噴涂工藝流程簡(jiǎn)圖空氣壓縮機(jī)乙炔發(fā)生器水封防回火器氧氣瓶控制臺(tái)噴槍金屬絲91噴槍金屬絲控制臺(tái)干

燥凈化器貯罐

油

水分離器空壓機(jī)電源空氣直

流電焊機(jī)電噴工藝流程簡(jiǎn)圖噴槍金屬絲控制臺(tái)干燥凈化器貯罐油水分離器空壓機(jī)電92abc

cb火焰金屬絲燃料氣和氧進(jìn)口壓縮空氣進(jìn)口[火焰噴涂]電弧金屬絲壓縮空氣進(jìn)口[電弧噴涂]陽(yáng)極ba陰極粉末材料進(jìn)口工作氣體進(jìn)口[等離子弧噴涂]三種熱噴涂原理及噴槍結(jié)構(gòu)示意abcb火焰金屬絲電弧金屬絲陽(yáng)極ba陰極粉末93

(3)滲鍍

滲鍍層和基體金屬之間是通過(guò)形成合金結(jié)合起來(lái)(冶金結(jié)合)，因此不會(huì)因熱膨脹劇烈機(jī)械變形等原因而脫落。經(jīng)過(guò)滲鍍處理的部件，其尺寸幾乎沒(méi)有改變。常用滲鍍金屬有鋁、鉻，及非金屬有硅、硼。鋼鐵經(jīng)過(guò)滲鋁、硅、鉻，以及二元或三元共滲，抗高溫氧化和高溫氣體腐蝕的能力大大提高。將電鍍層，噴涂層，熱浸層進(jìn)行加熱擴(kuò)散，得到滲鍍層，是滲鍍工藝發(fā)展方向之一。金屬覆蓋層(3)滲鍍金屬覆蓋層94噴鋁層(左)和擴(kuò)散滲鋁層(右)剖面示意

噴鋁層

基體金屬Al2O3保護(hù)膜

基體金屬

鋁鐵化合物噴鋁層(左)和擴(kuò)散滲鋁層(右)剖面示意噴鋁層基體A95

(4)熱浸

將工件浸入熔融的液態(tài)鍍層金屬中，經(jīng)短時(shí)間取出，便形成金屬覆層。這種施工方法最古老，簡(jiǎn)單，但難以控制覆層厚度，操作時(shí)金屬損耗也大。使用熱浸法的條件：基體金屬與覆層金屬之間能生成化合物或固溶體，才能具有強(qiáng)的結(jié)合力且不起皮脫落。常用于鋼鐵管、板、帶、絲的鍍鋅、錫、鋁、鉛錫合金等。金屬覆蓋層(4)熱浸金屬覆蓋層96

(5)化學(xué)鍍

化學(xué)鍍鎳層與電鍍硬鉻層相比，硬度和耐磨性能相近，但化學(xué)鍍不需要電源，無(wú)脆性和網(wǎng)狀裂紋，且比電鍍鎳層孔隙率低，化學(xué)穩(wěn)定性高。近年來(lái)又開(kāi)發(fā)了脈沖化學(xué)鍍，進(jìn)行化學(xué)鍍時(shí)迭加脈沖電流，可使鍍層更致密，更光亮，組織均勻，結(jié)合牢固，較薄鍍層就能達(dá)到較厚的普通化學(xué)鍍層相同的技術(shù)指標(biāo)。

金屬覆蓋層(5)化學(xué)鍍金屬覆蓋層97

(6)PVD(物理氣相沉積)（真空鍍）

真空蒸鍍，用電加熱使鍍層金屬揮發(fā),蒸汽以原子或分子形式沉積于被鍍工件上，形成很薄的覆膜(50~100nm)。

陰極濺射利用高能離子或中性原子來(lái)轟擊金屬，使金屬原子飛出，沉積在基體材料表面形成保護(hù)膜。

離子鍍是在高真空中使蒸發(fā)出來(lái)的鍍層原子離子化，在電場(chǎng)作用下沉積于工件表面形成保護(hù)膜。

金屬覆蓋層(6)PVD(物理氣相沉積)（真空鍍）金屬覆蓋層981

5kV

[真空蒸鍍]真空度5

10-4托[離子鍍]真空度1

5

10-4托[陰極濺射]真空度10-3

10-2托

三種真空鍍?cè)韴D基板加熱器基板基板~基板1

5kV15kV[真空蒸鍍][離子鍍][陰極濺射]三種真空99

(7)金屬襯里

在碳鋼或低合金鋼設(shè)備內(nèi)部襯上耐蝕金屬薄板，既可滿足設(shè)備耐蝕性能，又可節(jié)省耐蝕金屬材料，克服襯層金屬?gòu)?qiáng)度不足，常用襯里金屬有不銹鋼、鋁、鉛、鈦。

局部固定法包括焊接(塞孔焊，條焊，熔透焊等)和局部爆炸。整體松襯法是將襯里殼體焊接好，然后放入外殼內(nèi)。其缺點(diǎn)是外殼和襯里層之間存在間隙，影響承壓和傳熱（在整體襯里后進(jìn)行熱膨脹或爆炸，可以清除殼體與襯里層的間隙）。

金屬覆蓋層(7)金屬襯里金屬覆蓋層100覆層基材對(duì)接焊加蓋板搭接焊

襯里層焊接的兩種形式

鋁板

外殼橡皮板炸藥封頭爆炸襯鋁覆層基材對(duì)接焊加蓋板搭接焊襯里層焊接的兩種形式101

(8)雙金屬?gòu)?fù)合板

將兩種不同金屬板材迭合，制成復(fù)合板。碳鋼(或低合金鋼)—不銹鋼復(fù)合板主要用熱軋法制造，覆層不銹鋼板厚度通常為1.5~3.5毫米，是復(fù)合板厚度的15~20%，能大大節(jié)省不銹鋼。

碳鋼—鈦復(fù)合板主要用爆炸復(fù)合。覆層厚度通常為2~3毫米。金屬覆蓋層(8)雙金屬?gòu)?fù)合板金屬覆蓋層102■覆層金屬和覆蓋方法的選擇

覆層金屬的選擇：主要考慮在使用的環(huán)境中的耐蝕性。其次應(yīng)考慮覆層金屬與基體金屬的電偶關(guān)系，以及設(shè)備對(duì)覆層金屬提出的物理，機(jī)械性能方面的要求。

覆蓋方法的選擇：主要考慮需要的覆層厚度，對(duì)覆層孔隙率的要求，以及覆層施工能否適應(yīng)設(shè)備的結(jié)構(gòu)和尺寸。

金屬覆蓋層BACK■覆層金屬和覆蓋方法的選擇金屬覆蓋層BACK103■非金屬覆蓋層分類

非金屬覆蓋層BACK

非金屬覆蓋層

油漆涂料塑料涂覆搪瓷鋼襯玻璃非金屬材料襯里暫時(shí)性防銹層■非金屬覆蓋層分類非金屬覆蓋層BACK非金屬覆蓋層油漆涂104■化學(xué)轉(zhuǎn)化膜

將金屬部件置于選定的介質(zhì)條件中，使表層金屬和介質(zhì)中的陰離子反應(yīng)，生成附著牢固的穩(wěn)定化合物。這樣得到的保護(hù)性覆蓋層叫做化學(xué)轉(zhuǎn)化膜。

通式：mM+nAZ-=MmAn+nze■形成化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的方法

電化學(xué)方法，稱為陽(yáng)極氧化或陽(yáng)極化；化學(xué)方法，包括化學(xué)氧化、磷酸鹽處理、鉻酸鹽處理、草酸鹽處理等。

化學(xué)轉(zhuǎn)化膜■化學(xué)轉(zhuǎn)化膜化學(xué)轉(zhuǎn)化膜105■鋁的陽(yáng)極(氧)化

鋁是易鈍化金屬，但天然氧化物膜只有0.02~0.14微米厚，經(jīng)陽(yáng)極化處理可使氧化膜增厚至20~30微米，這層氧化膜與基體金屬結(jié)合十分牢固，具有很好的保護(hù)性能。鋁陽(yáng)極化生成的氧化膜包括密膜層和孔膜層。密膜層(阻擋層)厚度很小，孔膜層存在大量孔隙，因此可著色處理，獲得裝飾性外觀。著色方法：染料著色和電解著色。

化學(xué)轉(zhuǎn)化膜■鋁的陽(yáng)極(氧)化化學(xué)轉(zhuǎn)化膜106水合氧化鋁

[未封閉]

[已封閉]鋁的陽(yáng)極化膜結(jié)構(gòu)示意

孔膜層

密膜層

鋁膜孔[未封閉][已封閉]鋁的陽(yáng)極化膜結(jié)構(gòu)示意107■封閉處理

著色或不著色的陽(yáng)極化膜都需要進(jìn)行封閉，使孔閉合以提高膜的保護(hù)性能和保持著色效果。

封閉方法：蒸汽封閉、熱水封閉(90~100

C)，鎳鹽和鈷鹽溶液封閉、重鉻酸鹽溶液封閉等。化學(xué)轉(zhuǎn)化膜■封閉處理化學(xué)轉(zhuǎn)化膜108■鋼鐵的化學(xué)氧化

將鋼鐵部件放入選定的溶液中，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成一層致密的氧化物膜，這種方法在工廠中叫做“發(fā)蘭”或“煮黑”。鋼鐵的化學(xué)氧化有堿性法和酸性法。堿性氧化法的優(yōu)點(diǎn)：不會(huì)造成鋼件氫脆問(wèn)題。堿性氧化法的缺點(diǎn)：高溫濃堿溶液產(chǎn)生刺激性氣味使工作環(huán)境惡劣，高溫加熱消耗能源。化學(xué)轉(zhuǎn)化膜■鋼鐵的化學(xué)氧化化學(xué)轉(zhuǎn)化膜109■鉻酸鹽處理

將金屬浸入以鉻酸鹽溶液中，使金屬表面生成鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜，叫做鉻酸鹽處理。主要可以應(yīng)用于鋅、鎘、鋁、鎂、銀、銅等金屬或鍍層。鋅鍍層經(jīng)鉻酸鹽處理后耐蝕性大大提高，對(duì)基底鋼材的保護(hù)性能大大增強(qiáng)。鋅鍍層鉻酸鹽處理在電鍍文獻(xiàn)中稱為“鈍化”。

化學(xué)轉(zhuǎn)化膜■鉻酸鹽處理化學(xué)轉(zhuǎn)化膜110■磷化

將金屬浸入磷酸鹽的稀溶液中進(jìn)行處理，使金屬表面上生成一層不溶性的，附著良好的磷酸鹽膜，叫做磷酸鹽處理。

磷化處理的目的：

磷酸鹽膜對(duì)涂料有良好的吸附能力，可以增強(qiáng)涂料與金屬的結(jié)合力。磷化打底。鋼材經(jīng)磷化處理后進(jìn)行冷變形加工更容易進(jìn)行，摩擦件進(jìn)行磷化處理可以降低表面磨耗。

化學(xué)轉(zhuǎn)化膜■磷化化學(xué)轉(zhuǎn)化膜111兩類鋼鐵磷化處理

一類使用堿金屬的磷酸二氫鹽，并加入適量的加速劑和添加劑。鋼鐵表面上形成由基底金屬自身轉(zhuǎn)化生成的磷酸鹽和氧化物組成的膜。這屬于真正的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜，稱為轉(zhuǎn)化型磷酸鹽膜。另一類使用含游離磷酸和加速劑的重金屬(鋅、錳、鐵)磷酸二氫鹽溶液，鋼鐵表面上得到的是由重金屬的磷酸一氫鹽或正磷酸鹽組成的膜。可稱之為假轉(zhuǎn)化膜。化學(xué)轉(zhuǎn)化膜兩類鋼鐵磷化處理化學(xué)轉(zhuǎn)化膜112轉(zhuǎn)化型磷化溶液組成及工作條件序號(hào)1234組成(g/L)草酸552020磷酸10或15