金屬腐蝕與防護(hù).ppt

3 6金屬的腐蝕與防護(hù) 1 金屬的腐蝕 例如在軋鋼過(guò)程中 當(dāng)T 700 時(shí) 會(huì)發(fā)生氧化脫碳 Fe3C s O2 g Fe s CO2 g Fe3C s CO2 g Fe s CO g Fe3C s H2O g Fe s CO g H2 g 1 化學(xué)腐蝕 當(dāng)金屬與周?chē)慕橘|(zhì)接觸時(shí) 由于化學(xué)或電化學(xué)作用而引起的材料性能的退化與破壞 稱(chēng)為金屬的腐蝕 析氫腐蝕吸氧腐蝕 定義 由金屬 金屬中的雜質(zhì) 電解質(zhì)溶液組成的局部電池引起的腐蝕 特點(diǎn) 局部形成短路小電池 腐蝕電池 腐蝕類(lèi)型 2 電化學(xué)腐蝕 注意 腐蝕電池與原電池的區(qū)別 析氫腐蝕 電極反應(yīng) 陽(yáng)極 Fe 陰極 雜質(zhì) 總反應(yīng) 條件 酸性介質(zhì) 析氫腐蝕常常發(fā)生在 1 酸洗或酸侵蝕某種活潑金屬的加工過(guò)程中 2 潮濕的空氣 特別含有較多的酸性氣體 CO2 SO2和NO2等 的空氣中 在酸性介質(zhì)中 金屬及其制品發(fā)生析出H2的腐蝕 吸氧腐蝕 電極反應(yīng) 總反應(yīng) 條件 弱酸性 中性或堿性介質(zhì) 陽(yáng)極 Fe 陰極 雜質(zhì) 在一定的腐蝕介質(zhì)中 由于溶解氧的作用而引起的腐蝕 濃差腐蝕 吸氧腐蝕的一種形式 是因金屬表面的氧氣分布不均勻而引起的 2 金屬的防腐 1 正確選材2 覆蓋保護(hù)層要求 a 膜層致密 完整無(wú)孔 不透介質(zhì) b 與基體金屬結(jié)合強(qiáng)度高 附著力強(qiáng) c 高硬度 耐磨 d 均勻分布 金屬保護(hù)層 鍍層 基體例如 銅上鍍銀 金 鐵上鍍錫 主要起隔離和裝飾作用 鍍層 基體例如 鐵上鍍鋅 主要起防腐作用 非金屬保護(hù)層常用的有 涂料 油漆 搪瓷 塑料等 鈍化膜保護(hù)層a 氧化膜 發(fā)藍(lán) 發(fā)黑 原理 在堿性溶液中 135 150 條件 Fe NaNO3 NaNO2 Fe3O4特點(diǎn) 很薄 0 5 5 m 藍(lán)黑色 用途 裝飾 防腐 缺點(diǎn) 抗蝕力較低 常用肥皂液浸漬封孔和涂油處理 發(fā)展 常溫下進(jìn)行的無(wú)堿發(fā)藍(lán) Fe Ca NO3 2 H3PO4 MnO2 Ca3 PO4 2 Fe3O4 發(fā)藍(lán)液 黑色 b 磷化膜原理 在磷酸錳鐵鹽 俗稱(chēng)馬日夫鹽 硝酸鋅鹽的溶液中 在一定pH值 50 70 條件下處理金屬工件 使金屬表面形成一層難溶的復(fù)合磷酸鹽 磷化膜 其組成為 Fe3 PO4 2 xH2O M3 PO4 2 xH2O特點(diǎn) 外觀暗灰色 膜厚約5 15 m 抗腐蝕能力為發(fā)藍(lán)膜的5 10倍 有較高的絕緣性 用途 抗蝕 油漆基底 缺點(diǎn) 不耐強(qiáng)酸堿 性脆 機(jī)械強(qiáng)度較差 c 陽(yáng)極氧化 借助電解過(guò)程將金屬表面氧化 產(chǎn)生氧化膜 陽(yáng)極 主 次 特點(diǎn) 氧化膜厚 5 300 m 抗蝕性好 電解液 無(wú)孔型 難以溶解Al和Al2O3的檸檬酸 硼酸等 多孔型 硫酸 磷酸 草酸 鉻酸等 說(shuō)明 氧化鋁膜的性質(zhì)與電解液組成有關(guān) 根據(jù)用途不同 可分為多孔型和無(wú)孔型兩種 陰極 比如Ca HCO3 2能與陰極附近所形成的OH 進(jìn)行如下反應(yīng) Ca2 2HCO3 2OH CaCO3 s 2H2O CO32 難溶性碳酸鈣覆蓋于陰極表面 使電極的極化電勢(shì)降低 阻滯陰極反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行 從而減緩金屬的腐蝕速率 a 無(wú)機(jī)緩蝕劑 氧化性 非氧化性 如CrO42 CrO4 NaNO3 NaNO2等 在溶液中能使鋼鐵鈍化形成鈍化膜 能與金屬離子作用生成難溶物 覆蓋在金屬表面上形成保護(hù)膜 3 緩蝕劑法 如Na2CO3 Na2SiO3 Ca HCO3 2等 b 有機(jī)緩蝕劑 瓊脂 糊精 動(dòng)物膠 胺類(lèi)及含N S 三鍵的有機(jī)物質(zhì) 如二甲苯硫脲 烏洛托品 若丁等 通常在酸性介質(zhì)下 使用條件 防腐原理 金屬剛開(kāi)始溶解時(shí) 表面帶負(fù)電 吸附緩蝕劑的離子或分子于表面 形成一層難溶而致密的保護(hù)膜 阻礙氫離子放電 從而達(dá)到保護(hù)金屬的目的 常用的有機(jī)緩蝕劑有 C6H11 2NH2NO2 H2O C6H11 2NH2OH H NO2 c 氣相緩蝕劑 例如 亞硝酸二環(huán)己胺被吸附后發(fā)生水解反應(yīng) C6H11 2NH2OH C6H11 2NH2 OH 可以揮發(fā)到空間 與空氣中的水蒸氣一起被吸附在金屬表面上 從而達(dá)到保護(hù)金屬的目的 其中有機(jī)陽(yáng)離子與金屬以配位鍵結(jié)合 形成連續(xù)保護(hù)層 有效的阻止H 的還原 再加上NO2 的氧化作用 維持金屬表面鈍化 使金屬抗蝕能力大為提高 5 改善環(huán)境 4 電化學(xué)保護(hù)法 陰極保護(hù)法 陽(yáng)極保護(hù)法 犧牲陽(yáng)極保護(hù)法 外加電流保護(hù)法 CoCl2 6H2OCoCl2 2H2OCoCl2 H2OCoCl2粉紅紫紅藍(lán)紫藍(lán)色 空氣中因含有水蒸氣 易使金屬零件生銹腐蝕 我們可用控制相對(duì)濕度法 干燥空氣封存法 或放置干燥劑等方法 改善環(huán)境 常用的干燥劑是浸入少量CoCl2的硅膠干燥劑 利用外加電源 使被保護(hù)的金屬氧化生成鈍化膜 鋼材的銹蝕與防護(hù) 鋼材的銹蝕 鋼材表面與其周?chē)橘|(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而遭到的破壞 稱(chēng)為鋼材的銹蝕 化學(xué)銹蝕電化學(xué)銹蝕 鋼材直接與周?chē)橘|(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生銹蝕 多數(shù)是由氧化作用在鋼材表面形成疏松氧化物 在干燥環(huán)境中反應(yīng)緩慢 但溫度和濕度較高 銹蝕則發(fā)展迅速 鋼材本身組成上的原因和雜質(zhì)的存在 在表面介質(zhì)的作用下 各成分電極電位的不同 形成微電池 鐵元素失去了電子成為Fe2 進(jìn)入介質(zhì)溶液 與溶液中的OH 離子結(jié)合生成Fe OH 2 銹蝕的結(jié)果 在鋼材表面形成疏松的氧化物 使鋼結(jié)構(gòu)斷面減小 降低鋼材的性能 因而承載力降低 鋼材的防護(hù)三個(gè)方面 從改變鋼材本身的易腐蝕性 隔離環(huán)境中的侵蝕性介質(zhì)或改變鋼材表面的電化學(xué)過(guò)程 1 采用耐候鋼 耐大氣腐蝕鋼 2 金屬覆蓋 電鍍或噴鍍的方法覆蓋在鋼材表面 3 非金屬覆蓋 在鋼材表面用金屬材料做為保護(hù)膜 如噴涂涂料 搪瓷和塑料等 4 混凝土用鋼筋的防銹 3 7金屬材料的電化學(xué)加工 1 電鍍 1 表面處理a 除油溶劑除油 煤油 汽油 丙酮 氯代烴等 堿液除油 NaOH Na2CO3 硅酸鈉 磷酸鈉等 電解除油 陰極除油 陽(yáng)極除油 b 酸洗 2 電鍍液的選擇 電鍍液種類(lèi)繁多 成分復(fù)雜 它的選擇是電鍍質(zhì)量?jī)?yōu)劣的關(guān)鍵 以電鍍鋅為例 說(shuō)明電鍍液的選擇 簡(jiǎn)單的鋅鹽如ZnSO4溶液不宜作電鍍液 因?yàn)閆nSO4是強(qiáng)電解質(zhì) 溶液中Zn2 濃度過(guò)大 電鍍時(shí)鋅沉積過(guò)快 使鍍層粗糙 厚薄不勻 與基體金屬結(jié)合力差 組成 ZnO NaOH 添加劑電鍍反應(yīng) 2NaOH ZnO H2O Na2 Zn OH 4 陰極 故采用堿性鋅酸鹽作電鍍液 3 鍍后處理 為了提高鋅鍍層的抗蝕性 往往將鍍鋅后的零件放入鈍化液 進(jìn)行鈍化處理 使其表面形成一層致密而穩(wěn)定的薄膜 這種方法叫鍍鋅鈍化 形成的薄膜為鈍化膜 2 電鑄 電鍍與電鑄的區(qū)別 電鍍層厚度較薄 0 01 0 05mm 電鑄鍍層厚度較厚 0 05 5mm 電鑄與電鍍都是指鍍液中的金屬離子在電場(chǎng)作用下 沉積到陰極上的過(guò)程 由于加工目的不同 就使加工方法等有了明顯差異 電鑄目的主要是復(fù)制模具 工藝品以及加工高精度的空心 薄壁零件及導(dǎo)管等 電鑄加工原理 如圖所示 3 化學(xué)蝕刻 1 定義 利用腐蝕原理進(jìn)行金屬定域 切削 的加工方法 2 原理 化學(xué)落料或化學(xué)銑切 涂膠 腐蝕 去膠 工件 耐蝕膠膜 腐蝕深度 化學(xué)拋光與電解拋光 化學(xué)拋光 依靠純化學(xué)作用與微電池的腐蝕作用 使材料表面平滑和光澤