材料設(shè)備的腐蝕防護(hù)與保溫課件

2024/9/20

材料設(shè)備的腐蝕防護(hù)與保溫2024/9/20一、概述什么是腐蝕？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。三個(gè)基本要素：腐蝕的對(duì)象腐蝕的性質(zhì)腐蝕的后果2.1材料設(shè)備的腐蝕與防護(hù)2024/9/20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

△G﹤0，自發(fā)過程不可逆過程2024/9/201、腐蝕的危害經(jīng)濟(jì)損失巨大資源和能源浪費(fèi)嚴(yán)重引發(fā)災(zāi)難性事故造成環(huán)境污染2.1材料設(shè)備的腐蝕與防護(hù)2024/9/20經(jīng)濟(jì)損失包括直接損失和間接損失直接損失：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。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。2024/9/20舉例1975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

1960～1969年150～200億美元

1975年700億美元

1982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）2024/9/202、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)2024/9/20設(shè)備材料腐蝕圖片

2024/9/20設(shè)備材料腐蝕圖片

2024/9/20腐蝕的分類按環(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2024/9/201、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2024/9/20氫蝕：溫度超過200~300℃，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2024/9/20（3）防止鋼鐵氣體腐蝕的方法合金化：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。

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、金屬的化學(xué)腐蝕2024/9/20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2024/9/20（1）金屬的電化學(xué)腐蝕及發(fā)生條件原理：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。發(fā)生條件：化學(xué)成分不均一，含有各種雜質(zhì)和合金元素；存在組織結(jié)構(gòu)不均一；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2024/9/20腐蝕原電池原理2024/9/20金屬的電化學(xué)腐蝕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。2024/9/20金屬的電化學(xué)腐蝕2024/9/20（2）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?；罨瘶O化：電化學(xué)反應(yīng)遲緩造成；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2024/9/20（3）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。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2024/9/20（4）氫去極化和氧去極化腐蝕①氫去極化腐蝕：以氫離子還原反應(yīng)為陰極過程的腐蝕稱為氫去極化腐蝕，簡(jiǎn)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H＋·nH2O→H＋＋nH2Ob.形成吸附氫原子H＋＋M(e)→MH(電化學(xué)步驟)c.吸附氫原子脫附MH＋MH→H2＋2M(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2024/9/20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2024/9/20②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(jiǎn)稱吸氧腐蝕。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2024/9/20a.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；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2024/9/20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2024/9/20（1）全面腐蝕

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：合理選材、留有裕量施加保護(hù)性覆蓋層緩蝕劑電化學(xué)保護(hù)3、金屬腐蝕破壞的形態(tài)2024/9/20（2）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：明晰固定的腐蝕電池陽極陰極區(qū)面積相對(duì)較小的陽極區(qū)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。3、金屬腐蝕破壞的形態(tài)2024/9/20兩種金屬在同一介質(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：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①電偶腐蝕2024/9/20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(jiǎn)稱孔蝕或點(diǎn)蝕。孔蝕的影響因素及其控制：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)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②小孔腐蝕2024/9/20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。②小孔腐蝕——影響因素及控制2024/9/20Fe2+Ｆｅｃｌ２ＨｃｌＨ２Ｓ間或有ＦｅCｌ２．４Ｈ２Ｏ結(jié)晶含Ｈ２Ｓ的酸性氯化物溶液ＭｎＳ＋２Ｈ＋

Ｍ２＋ｎ＋Ｈ２ＳｅＣｌ－Ｃｌ－ｅＦｅＦｅ２＋＋２ｅＦｅ２＋＋Ｈ２ＯＦｅＯＨ＋＋Ｈ＋２Ｈ＋＋２ｅＨ２ｅＦｅ（ＯＨ）３多孔銹層Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ４０Ｈ－Ｏ２Ｏ２中性充氣氯化鈉溶液Ｏ２Ｏ２Ｏ２Ｏ２Ｏ２Ｏ２因杵氫偶而將銹層沖破Ｈ２Ｏ２Ｏ２ＯＨ＋Ｈ２Ｏ＋Ｆｅ３Ｏ４←３ＦｅＯＯＨ＋ｅ起源于硫化物夾雜的碳鋼孔蝕機(jī)理示意圖

根據(jù)Ｗｒａｎｇｌｅｎ2024/9/20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(0.025~0.1mm)，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：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5×10－6，使縫隙處難以形成氧濃差電池，縫隙腐蝕難以啟動(dòng)。③縫隙腐蝕2024/9/20eeeeeeeeo2OH-OH-M+M+o2Na+Na+Na+Cl-M+o2OH-o2OH-M+o2OH-M+Cl-Na+eeeo2OH-OH-o2M(OH)2M+M+M+M+M+M+Cl-M+M