金屬腐蝕的防護(hù)-2.ppt

第12章 金屬腐蝕的防護(hù),正確選擇金屬材料和改善材料的組織狀態(tài) 采取電化學(xué)保護(hù) 添加緩蝕劑 采用有效的表面覆蓋層,1 正確選擇金屬材料和改善材料的組織狀態(tài) 一提高金屬材料耐腐蝕性的合金化原則 （一）降低合金中陽(yáng)極相的活性 1提高合金的熱力學(xué)穩(wěn)定性（提高電極電 位） 2減少陽(yáng)極區(qū)的面積 3促進(jìn)鈍化 4對(duì)于能夠鈍化的腐蝕體系，如果加入活化（強(qiáng)化）陰極的元素,以促進(jìn)合金到達(dá)鈍態(tài),（二）降低合金中陰極相的活性 1增加陰極過(guò)電位（通常是提高氫的過(guò)電位） 2減少陰極面積 3合金表面形成保護(hù)膜 二、組織狀態(tài)與合金耐蝕性關(guān)系 三、耐蝕金屬材料,二、組織狀態(tài)與合金耐蝕性關(guān)系 1單相組織比多相組織耐蝕性強(qiáng)（因?yàn)椴唤M成原電池），固溶體-n/8定律 2當(dāng)復(fù)相組織陰極相能促使陽(yáng)極相鈍化時(shí)，-復(fù)相組織也耐腐蝕 3當(dāng)復(fù)相組織中陽(yáng)極相很少，在介質(zhì)中經(jīng)短時(shí)間腐蝕，表面的陽(yáng)極相被腐蝕掉，剩下電位高的陰極性，這時(shí)也是耐腐蝕的 4粗大晶粒，晶界雜質(zhì)多，晶間腐蝕傾向大 5在不能鈍化體系中，陰極相越小越分散，微電池?cái)?shù)量多，越不耐腐蝕,.三、耐蝕金屬材料 （一）碳鋼和鑄鐵 1碳鋼和普通鑄鐵耐腐蝕性差 2耐蝕鑄鐵-高硅鑄鐵，含硅1.4-1.8,含磷0.5-1.1 （二）耐蝕低合金鋼 1耐大氣腐蝕 加銅、磷、鉻等 ，如15Mn5Cu、09MnCuPTi 2耐海水腐蝕 Cr、Ni、Al、P、Si、Cu等 ，如10CrMoAl、12Cr2MoAlPt等 3耐硫化氫腐蝕 鉬、鈮、鈦、釩等，稀土元素，如12MoAlV、15Al3MoWTi等。 4耐高溫高壓氫、氮的腐蝕鉻、鉬、W、V、Nb、Ti等，如10MoWVNb、10MoWVNbTi等,（三）不銹鋼 1奧氏體不銹鋼Cr量18以上，鎳含量8以上，18-8不銹鋼，加入Ti、Nb、Cu、Mo和Si則可改善其耐硫酸腐蝕性能，Nb和Ti還提高抗晶間腐蝕能力 2馬氏體不銹鋼Cr13型 ，高強(qiáng)度和高硬度 3鐵素體不銹鋼 Cr13及Cr16-19型，Cr25-28型,（四）鋁及其合金 1工業(yè)純鋁 2鋁合金Mn和Mg， MnAl2與固溶體的電極電位接近 （五）銅及其合金 1銅 -氧去極化腐蝕 2銅合金 黃銅（CuZn合金） 青銅（黃銅以外的銅合金）,（六）鈦及其合金 1鈦 易生成TiO2鈍化膜-穩(wěn)定性高于鋁和不銹鋼生成的氧化膜 -耐海水腐蝕之王，對(duì)許多含氧的化合物都耐腐蝕；耐王水腐蝕，耐濕氯氣腐蝕，在各種硝酸中都耐蝕。 但鈦在赤色發(fā)煙硝酸中和甲醇溶液中會(huì)發(fā)生晶間腐蝕，在高濃度硫酸和鹽酸中不耐腐蝕 鈦在高溫下很不穩(wěn)定，能劇烈地與氧，硫，鹵族元素，碳，甚至和氮，氨化合。 鈦在某些強(qiáng)氧化性環(huán)境中，發(fā)生自燃爆炸事故。,.,2 鈦合金 耐蝕鈦合金-TiMo合金和TiPd合金，TiPd合金中加入0.150.20%Pd可促進(jìn)合金鈍化，能提高合金在鹽酸和硫酸中的抗蝕性，并且不易因腐蝕而產(chǎn)生氫脆，但是TiPd合金不耐強(qiáng)還原性酸的腐蝕。TiPd合金廣泛用于化工工業(yè)。 TiMo合金，在強(qiáng)的還原性酸中也具有耐蝕性(硫酸、鹽酸、磷酸)。,. （七）鎳及其合金 1鎳 在中性和堿性介質(zhì)中能形成鈍化膜，耐蝕性較好，也耐大氣和堿類(lèi)溶液的腐蝕 2鎳基合金,2鎳基合金 Ni-Cu合金 蒙耐爾合金（2729Cu，23Fe，1.21.8%Mn其余為Ni），其突出優(yōu)點(diǎn)是耐各種濃度的氫氟酸的腐蝕。 Ni-Mo合金 哈氏合金（Hastelloy）-相當(dāng)于我國(guó)的0Ni65Mo28FeV;00Cr16Ni60Mo17，耐多種濃度鹽酸腐蝕。 Ni-Cr合金 因科耐爾（Inconel）:1416Cr，59Fe，2.252.75Ti，0.71.2%Nb，0.41.0Al, 0.31.0%Mo。它在氧化性和還原性酸中均有高的耐蝕性。,（八）耐蝕金屬材料的選擇 1大氣：鋁及其合金、鈦及其合金、銅及其合金、不銹鋼等。 2工業(yè)大氣：鋁及其合金、鈦及其合金等。 3海水：鈦及其合金、銅及銅合金、鋁及鋁合金、鎳及鎳合金、不銹鋼等。 4淡水：鋁及鋁合金、鈦及鈦合金、高硅鑄鐵、不銹鋼、銅及銅合金、鉛及鉛合金、鎳等。 5硫酸：高硅鑄鐵、低濃度用鉛、高濃度用Fe-C合金。 6硝酸：鈦及鈦合金、高硅鑄鐵、低濃度用不銹鋼、高濃度用鋁。,7鹽酸：高硅鑄鐵、加鉬高硅鐵、哈氏合金。 8磷酸：18-8Mo不銹鋼、鉛及鉛合金、高硅鑄鐵、銅及銅合金。 9醋酸：高硅鑄鐵、18-8Mo不銹鋼、銅及青銅、鋁。 10氫氧化鈉：鎳及鎳合金、高鎳鑄鐵、18-8不銹鋼、銅及銅合金、鈦及鈦合金。 11氟水：Fe-C合金、高硅鑄鐵、不銹鋼、鋁及鋁合金、鈦及鈦合金,12NaCl：高硅鑄鐵、18-8不銹鋼、鈦及鈦合金、鎳及鎳合金。 13硫化氫：鈦鋼、高硅鑄鐵、188Mo不銹鋼、鋁及鋁合金。 14氯氣（濕）：鈦及其合金、高硅鐵、哈氏合金。,7-2 添加緩蝕劑 一、概述,.,二、緩蝕劑的緩蝕機(jī)理 1吸附理論 2成膜理論 3、電極過(guò)程控制理論 4、氣相緩蝕劑的作用機(jī)理 三、影響緩蝕作用的因素 1緩蝕劑濃度 2溫度 3介質(zhì)的流速,四、緩蝕劑應(yīng)用舉例 在石油工業(yè)上的應(yīng)用-常用的緩蝕劑有季胺鹽和松香胺等長(zhǎng)鏈氮化物，以二胺，廉價(jià)效果顯著 酸洗中的應(yīng)用-加入若丁，烏托品等緩蝕劑 在冷卻水中應(yīng)用-鉻酸鹽和聚磷酸鹽作緩蝕劑 防大氣腐蝕 -有機(jī)化合物的硝酸鹽或碳酸鹽，如亞硝酸，二環(huán)己胺，碳酸環(huán)己胺（注意含胺基的氣相緩蝕劑不能用于保護(hù)有色金屬，特別是銅及其合金）,73電化學(xué)保護(hù),通過(guò)施加外加電動(dòng)勢(shì)將被保護(hù)金屬的電位移向免腐蝕區(qū)或鈍化區(qū)，以降低腐蝕速度。,一陰極保護(hù) 將被保護(hù)金屬物件施加陰極電流，使其發(fā)生陰極極化，以減少或防止金屬腐蝕的方法。 依據(jù)陰極電流的來(lái)源，分為： 犧牲陽(yáng)極保護(hù) 外加電流保護(hù),陰極保護(hù) 經(jīng)濟(jì)效益非常顯著: 海船-涂裝費(fèi)占5，而陰極保護(hù)用的犧牲陽(yáng)極材料和施工費(fèi)加起來(lái)不到1。 一座海上采油平臺(tái)的建造費(fèi)超過(guò)1億元，而犧牲陽(yáng)極材料和施工費(fèi)只需100200萬(wàn)元。不采用保護(hù)，平臺(tái)壽命只有5年，而陰極保護(hù)下可用20年以上。 地下管線的陰極保護(hù)費(fèi)只占總投資的0306，就可大大延長(zhǎng)使用壽命。,.（一）陰極保護(hù)的原理 通入外加陰極電流 最小保護(hù)電位 最小保護(hù)電流密度,. （二）、陰極保護(hù)的基本參數(shù) （1）最小保護(hù)電位,. (2)最小保護(hù)電流密度,. （三）犧牲陽(yáng)極保護(hù)法 1.犧牲陽(yáng)極材料 犧牲陽(yáng)極材料應(yīng)滿足以下要求 電位足夠負(fù)，犧牲陽(yáng)極電位與保護(hù)金屬電位之差為驅(qū)動(dòng)電位，-0.25v左右。 現(xiàn)場(chǎng)輸出電量要高 陽(yáng)極反腐蝕電流要高 陽(yáng)極極化率要小，容易活化。 陽(yáng)極要均勻腐蝕，腐蝕產(chǎn)物易脫落 一般常用材料是： 鋅和鋅合金，如Zn0.6Al0.1Cd 鎂合金Mg6Al3Zn 鋁合金（通過(guò)合金化能破壞鋁陽(yáng)極的表面膜）,.2.陽(yáng)極形狀 3.犧牲陽(yáng)極數(shù)量 4.犧牲陽(yáng)極位置,（四）外加電流保護(hù)法 . 組成部分輔助陽(yáng)極，直流電源，參比電極，外加電流保護(hù)系統(tǒng)（設(shè)計(jì)）。 1.輔助陽(yáng)極在外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)中，與直流電源正極相連接的外加電極， (圖中AA)。（其作用是使外加電流從它經(jīng)過(guò)介質(zhì)達(dá)到被保護(hù)結(jié)構(gòu)，從而構(gòu)成完整的電回路。,輔助陽(yáng)極 要求如下： 導(dǎo)電性能良好，電耗少； 排流量大，即允許電流密度高； 具有一定的強(qiáng)度，耐磨損，抗沖擊震動(dòng)； 易于加工和安裝； 易于購(gòu)買(mǎi)到，價(jià)格低廉。,2.直流電源 低電壓大電流，輸出可調(diào)的直流電源，使用較多的是可控硅恒電位儀。 3.參比電極 在外電流保護(hù)系統(tǒng)中用來(lái)測(cè)量被保護(hù)體的電位并向控制系統(tǒng)傳送信號(hào)以便調(diào)節(jié)保護(hù)電流大小，使結(jié)構(gòu)電位處于給的范圍內(nèi)，用的最多的是 銀/氯化銀電極，銅/硫酸銅電極，甘汞電極等。,包括以下內(nèi)容,（1） 選擇保護(hù)系數(shù) 合適的保護(hù)電流密度和保護(hù)電位， 例如銅在無(wú)菌中性土壤中保護(hù)電流密度為4.316.1mA/m2，而在海水中為53.8269m A/m2，鋼結(jié)構(gòu)在海水中保護(hù)電位為-0.75-0.95v（參比電極為Ag/AgCl）,4.外加電流保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì),（2） 輔助陽(yáng)極布置 兩種布置方法： a.近陽(yáng)極布置直接安裝在被保護(hù)金屬構(gòu)件上， b. 遠(yuǎn)陽(yáng)極布置放在被保護(hù)構(gòu)件幾米甚至幾十米以外，耗電量大，陽(yáng)極消耗大，且易漏電，產(chǎn)生雜散電流腐蝕，而近陽(yáng)極布置則相反。,5.陰極保護(hù)應(yīng)用范圍,用于船舶，近海石油工業(yè)設(shè)施，地下管道，電纜，海上采油平臺(tái)，石油化工機(jī)械等。,.在采用陰極保護(hù)時(shí)應(yīng)注意以下內(nèi)容 腐蝕介質(zhì)必須是導(dǎo)電的。如氣體介質(zhì)則不能采用此法。 金屬材料在所處介質(zhì)中易極化，從而避免耗電量過(guò)大。 由于陰極附近PH值增加，（因?yàn)镠2析出）對(duì)不耐堿性腐蝕的金屬如釷不易采用陰極保護(hù) 如果金屬原來(lái)處于鈍態(tài)，若外加陰極極化后可能使其活化，采用陰極保護(hù)反而會(huì)加速腐蝕，不宜采用陰極保護(hù),舉例： 鄭州市燃?xì)庀到y(tǒng)防腐蝕工作的成功案例 鄭州市燃?xì)庀到y(tǒng)防腐蝕工作中，最成功的案例是鄭州市天然氣長(zhǎng)輸管線的防腐。鄭州市天然氣的長(zhǎng)輸管線起點(diǎn)在開(kāi)封，終點(diǎn)為鄭州，長(zhǎng)度75km，材質(zhì)為普通碳鋼，壓力等級(jí)為032(最低)16MPa(最高)，規(guī)格為p377X 7的螺旋焊縫鋼管，外防腐層為加強(qiáng)級(jí)石油瀝青玻璃絲布。為了加強(qiáng)其防腐效果，在設(shè)計(jì)時(shí)就同步考慮了陰極保護(hù)加防腐涂層雙重保護(hù)方案，并在長(zhǎng)輸管線施工的同時(shí)，建設(shè)了開(kāi)封、中牟、鄭州外加電流陰極保護(hù)站(淺埋陽(yáng)極)對(duì)長(zhǎng)輸管線進(jìn)行陰極保護(hù)。每個(gè)站采用一臺(tái)洛陽(yáng)725所產(chǎn)的恒電位儀。長(zhǎng)輸管線的年陰極保護(hù)電費(fèi)在300元左右，每年用于長(zhǎng)輸管線的綜合維護(hù)費(fèi)用為5萬(wàn)元。長(zhǎng)輸管線自投產(chǎn)以來(lái)，由于采用了外防腐層加陰極保護(hù)的綜合防腐措施，效果很好，其外壁完好如初。盡管16年來(lái)長(zhǎng)輸管線的外防腐層曾多次遭到人為破壞，但由于有陰極保護(hù)措施，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何因外防腐層破損而造成的腐蝕穿孔現(xiàn)象，保證了長(zhǎng)輸管線的長(zhǎng)期安全運(yùn)行。長(zhǎng)輸管線的設(shè)計(jì)使用壽命是16年，現(xiàn)在已經(jīng)使用16年整了，按現(xiàn)在情況看，至少還可以再使用16年。長(zhǎng)輸管線陰極保護(hù)設(shè)施建設(shè)費(fèi)用總計(jì)為1138萬(wàn)元，以這么低的投資，再加上16年的運(yùn)行電費(fèi)及維護(hù)費(fèi)不足200萬(wàn)元。當(dāng)年長(zhǎng)輸管線的建設(shè)費(fèi)用為3000余萬(wàn)元。通過(guò)采取可靠的防腐蝕措施，延長(zhǎng)了長(zhǎng)輸管線的使用壽命，等于為鄭州燃?xì)夤煞萦邢薰竟?jié)省了2800萬(wàn)元的新長(zhǎng)輸管線建設(shè)費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)效益是非常可觀的.,二陽(yáng)極保護(hù) 將被保護(hù)的金屬設(shè)備與外加直流電源的正極相接，在腐蝕介質(zhì)中使其陽(yáng)極極化至穩(wěn)定的鈍化區(qū)，金屬設(shè)備得到保護(hù)。,. （一）陽(yáng)極保護(hù)的幾個(gè)參數(shù) 1.致鈍電流密度ipp 金屬在給定環(huán)境介質(zhì)中發(fā)生鈍化所需的最小電流密度(前頁(yè)圖） 2、維鈍電流密度ip 維持鈍化所需的電流密度； 3、鈍化電位范圍鈍化過(guò)渡區(qū)與過(guò)鈍化區(qū)之間的電位范圍,ipp小，則易于致鈍；ip小，則易于維鈍；EtpEp50mV，則便于控制。,.,金屬材料在介質(zhì)中陽(yáng)極保護(hù)的參數(shù)：,. 4、 實(shí)施陽(yáng)極保護(hù)時(shí)應(yīng)注意： Cl-濃度高的介質(zhì)中不能采用陽(yáng)極保護(hù)，因Cl-離子能局部破壞鈍化膜造成腐蝕； 在酸性介質(zhì)中或金屬對(duì)氫脆敏感的情況下宜采用陽(yáng)極保護(hù)。,. （二）陰極保護(hù)與陽(yáng)極保護(hù)的比較,74采用覆蓋層,一.金屬性覆蓋層 二.非金屬性覆蓋層,一.金屬性覆蓋層. 1電鍍 是用電沉積的方法使金屬表面鍍上一層金屬或合金。 2熱鍍 也叫熱浸鍍，是將被保護(hù)金屬制品浸漬在熔融金屬浴中，使其表面形成一層保護(hù)性金屬覆蓋層。 3噴鍍 將絲狀或粉狀金屬放入噴槍中，借助高壓空氣或保護(hù)氣氛，使被火焰或電弧熔化了的金屬成霧狀噴到被保護(hù)金屬上，形成均勻的覆蓋層。 4滲鍍 在高溫下利用金屬原子的擴(kuò)散，在被保護(hù)金屬表面形成合金擴(kuò)散層。,5化學(xué)鍍 利用氧化還原反應(yīng)，使鹽溶液中的金屬離子在被保護(hù)金屬上析出，形成保護(hù)性覆蓋層。 6包鍍 將耐蝕性良好的金屬，通過(guò)輾壓的方法包覆在被保護(hù)的金屬或合金上，形成包覆層或雙金屬層。 7機(jī)械鍍機(jī)械鍍是把沖擊料(如玻璃球)、表面處理劑，鍍覆促進(jìn)劑、金屬粉和零件一起放人鍍覆用的滾筒中，并通過(guò)滾筒滾動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)能，把金屬粉冷壓到零件表面上形成鍍層。 8真空鍍 真空鍍包括真空蒸鍍、濺射鍍和離子鍍，它們都是在真空中鍍覆的工藝方法。,.二.非金屬性覆蓋層 1.無(wú)機(jī)涂層 (1) 搪瓷涂層 搪瓷又稱(chēng)琺瑯，是類(lèi)似玻璃的物質(zhì)。搪瓷涂層是將鉀、鈉、鈣、鋁等金屬的硅酸鹽；加入硼砂等熔劑，噴涂在金屬表面上燒結(jié)而成。 (2)硅酸鹽水泥涂層 將硅酸鹽水泥漿料涂覆在大型鋼管內(nèi)壁，固化后形成涂層。 (3)化學(xué)轉(zhuǎn)化膜 它是金屬表層原子與介質(zhì)中的陰離子反應(yīng)，在金屬表面生成附著性好、耐蝕性?xún)?yōu)良的薄膜。,. (3)化學(xué)轉(zhuǎn)化膜 鉻酸鹽鈍化膜 磷化膜 鋼鐵的化學(xué)氧化膜 利用化學(xué)方法可在鋼鐵表面生成一層保護(hù)性氧化膜 (Fe3O4)。 鋁及鋁合金的陽(yáng)極氧化膜,. (2)有機(jī)涂層 涂料涂層 涂料涂層也叫油漆涂層，涂料油漆。 塑料涂層 除了將塑料粉末噴涂在金屬表面；經(jīng)加熱固化形成塑料涂層(噴塑法)外，用層壓法將塑料薄膜直接粘結(jié)在金屬表面，也可形成塑料涂層。 硬橡皮覆蓋層 在橡膠中混入3050的硫進(jìn)行硫化，可制成硬橡皮。耐酸、堿腐蝕，可用于覆蓋鋼鐵或其他金屬的表面。許多化工設(shè)備采用硬橡皮做襯里。其主要缺點(diǎn)是加熱后會(huì)老化變脆，只能在50以下使用。