金属防腐蚀技术进展

金属防腐蚀技术及其进展 参考书 魏宝明 金属腐蚀理论及应用 北京 化学工业出版社肖纪美 曹楚南 材料腐蚀学原理 北京 化学工业出版社 2002柯伟 中国腐蚀调查报告 北京 化学工业出版社 2003曹楚南 腐蚀电化学原理 北京 化学工业出版社 国内主要专业杂志 中国腐蚀与防护学报腐蚀与防护腐蚀科学与防护技术材料保护电化学中国电力华东电力 国外主要专业杂志 CorrosionScienceSCI EI收录CorrosionSCI收录MaterialPerformanceSCIE EI收录CorrosionEngineeringScienceAndTechnologySCIE收录CorrosionPrevention ControlSCIE EI收录CorrosionReviewsSCIE EI收录 国外主要专业杂志 ElectrochimicaActaSCI EI收录JournaloftheElectrochemicalSocietySCI EI收录JournalofElectroanalyticalChemistrySCI EI收录JournalofAppliedElectrochemistrySCIE EI收录ElectrochemistrySCI收录 一 腐蚀与防护基础知识 1 腐蚀的定义定义 材料和周围环境发生化学或电化学的作用而破坏的现象腐蚀体系 材料 环境介质材料 金属 非金属通常还是指金属的腐蚀 2 金属的腐蚀过程 一 腐蚀与防护基础知识 金属的腐蚀过程就是就是金属 Fe 回复到它的自然界存在状态 矿石 的过程 金属腐蚀过程影响因素 一 腐蚀与防护基础知识 金属材料 组成 结构 力学性质 表面状态等腐蚀介质 成分 浓度 温度 压力等 防止金属腐蚀思路 材料 提高材料耐蚀性能冶炼工艺 表面处理选用耐蚀材料介质 减少介质的侵蚀性 3 金属腐蚀的分类 一 腐蚀与防护基础知识 按腐蚀环境分类 化学介质腐蚀大气腐蚀海水腐蚀土壤腐蚀 一 腐蚀与防护基础知识 按腐蚀机理分类 电化学腐蚀 金属表面与离子导电的介质因发生点化学作用而破坏特点 包括阳极反应和阴极反应 有电流产生化学腐蚀 金属与非电解质直接发生纯化学作用而引起的破坏特点 无电流产生 一 腐蚀与防护基础知识 按腐蚀形态分类 全面腐蚀 金属腐蚀在整个金属表面进行局部腐蚀 腐蚀主要其中在金属表面某一区域类型 点蚀 缝隙腐蚀 电偶腐蚀 晶间腐蚀 应力腐蚀破裂 选择性腐蚀 磨损腐蚀 氢脆等 其它分类方法 按腐蚀温度分类按腐蚀介质分类 一 腐蚀与防护基础知识 4 腐蚀损失及防腐蚀重要性 腐蚀损失 金属材料损失金属结构的破坏间接损失难以估计 各国腐蚀损失情况 平均占GNP的2 4 美国 1992年1700亿美元 2000年2760亿美元中国 2000年约5000亿元人民币 一 腐蚀与防护基础知识 腐蚀较突出行业 化学工业交通部门船舶各类车辆建筑部门能源部门机械工业 火电厂热力设备腐蚀情况 锅炉腐蚀汽轮机腐蚀凝汽器铜管腐蚀等 一 腐蚀与防护基础知识 5 金属腐蚀速度表示方法 重量指标 v 失重指标g m2 h v 增重指标g m2 h m0 金属试件初始重量gm1 清除腐蚀产物后金属试件重量gm2 带有腐蚀产物金属试件重量gA 金属试件表面积m2t 腐蚀进行的时间h 一 腐蚀与防护基础知识 厚度指标 vL 厚度指标mm av 失重指标g m2 h 金属密度g cm3 电流指标 i 腐蚀电流密度A cm2n 反应物质得失电子数M 反应物质摩尔质量g mol 一 腐蚀与防护基础知识 6 电化学腐蚀倾向的判断 1 腐蚀反应自由能变化与腐蚀倾向根据热力学第二点定律对过程进行的方向判断 对任意反应 反应平衡条件 对自发反应 反应不能自发进行 一 腐蚀与防护基础知识 对腐蚀反应 腐蚀反应可能发生 G负值越大 金属越不稳定 腐蚀反应不可能发生 G正值越大 金属越稳定 一 腐蚀与防护基础知识 2 电极电位与腐蚀倾向 时 电极2在电池反应中为阳极发生氧化反应 被腐蚀 判断 当 时 金属M可以被体系中的氧化剂O腐蚀 一 腐蚀与防护基础知识 阳极反应 阴极反应 总反应 7 腐蚀原电池 一 腐蚀与防护基础知识 金属发生腐蚀必要条件 溶液中存在可以将金属氧化成离子或化合物的物质O 它与金属构成热力学不稳定的体系 腐蚀原电池 只是导致金属材料破坏而不能对外界作有用功的短路原电池基本组成 阳极 阴极 电解质溶液 电子回路 一 腐蚀与防护基础知识 8 电位 pH图电位 pH 离子浓度 腐蚀过程中电化学反应通式 25 1atm下 一 腐蚀与防护基础知识 Fe H2O体系的电位 pH图 电位 pH图的应用 简化的电位 pH图 离子浓度取10 6mol L 一 腐蚀与防护基础知识 一 腐蚀与防护基础知识 电位 pH图应用 1 预测腐蚀的可能性及其类型 2 判断体系状态 3 指示腐蚀控制的途径 例如简化电位 pH图中A处金属的腐蚀控制措施 降低电位 免蚀区升高电位 钝化区升高溶液pH 钝化区 一 腐蚀与防护基础知识 9 金属电化学腐蚀动力学原理热力学局限性 只能判断腐蚀倾向 不能反映腐蚀发生时的速度和历程腐蚀速度 由腐蚀动力学决定 一 腐蚀与防护基础知识 1 极化极化现象 电路断开 电路接通 预测接通后电流 铜锌腐蚀原电池 一 腐蚀与防护基础知识 原因 腐蚀原电池两极电位发生变化 阳极极化阴极极化 原电池极化作用 由于通过电流引起的原电池两极间电位差减小并因而引起电池工作电流强度降低的现象 举例 手电 一 腐蚀与防护基础知识 极化的有益作用 降低金属的电化学腐蚀速度 阳极极化电流 阴极极化电流 去极化作用 消除或减弱电极极化作用的过程去极化剂 能减少电极极化的物质 例如 锅炉给水中的溶解氧 一 腐蚀与防护基础知识 2 极化曲线 阳极极化曲线阴极极化曲线极化值真实极化率平均极化率 电极电位与极化电流的关系曲线 一 腐蚀与防护基础知识 3 极化原因和类型 电极反应步骤 一个电极反应至少需包括如下连续步骤 1 液相传质 溶液中的反应物向电极界面迁移 2 电子转移 放电 反应物在电极界面上发生电化学反应 放出电子 氧化 或得到电子 还原 转变为产物 3 液相传质或新相生成 产物如果是离子 向溶液内部迁移 如果是固体或气体 则有新相生成 一 腐蚀与防护基础知识 速度控制步骤 在稳态条件下 各步骤的速度应相等 其中阻力最大的步骤决定了整个电极反应的速度 称为速度控制步骤 简记为RDS 极化的原因 在于电极反应的各个步骤存在的阻力电极反应要达到一定的 净 速度 就需要一定的推动力 过电位就表现为推动力 电位偏离平衡电位愈远 推动力愈大 因而电极反应速度愈大 一 腐蚀与防护基础知识 极化类型 活化极化电子转移步骤的阻力所造成的极化又称做电化学极化浓度极化液相传质步骤的阻力所造成的极化又称做浓差极化 电阻极化 欧姆电位降 一 腐蚀与防护基础知识 4 理想极化曲线与实测极化曲线 理想极化曲线 在理想电极上得到的极化曲线 eMA 理想阳极极化曲线 eCC 理想阴极极化曲线 理想极化曲线特点 一 腐蚀与防护基础知识 实测极化曲线 用实验方法测定得到的极化曲线起点 corr corrA 实测阳极极化曲线 corrC 实测阴极极化曲线 为什么用实验方法只能测定得到实测极化曲线 1 提高金属材料本身的耐蚀性能 1 提高材料的热力学稳定性 2 增大阴极控制 途径 合金化 减少合金中阴极区的面积如 去阴极性杂质C S等 加入能增大阴极反应过电位的元素 例如 Zn中加入Hg 可使析氢过电位增大 3 增大阳极控制 提高合金的钝化能力钢铁 不锈钢 二 金属防腐蚀基本原理 2 改变环境 1 去除环境中的侵蚀性物质 O2 H Cl S2 等 2 加入缓蚀剂 3 改变其它条件 温度 流速 应力 O2和流速在腐蚀和防护中的双重作用 二 金属防腐蚀基本原理 3 从电化学角度进行保护 1 阴极保护 2 阳极保护 4 使材料与腐蚀介质隔开 1 非金属涂层 涂料 重防腐涂料 2 衬里 玻璃钢衬里 橡胶衬里 砖板衬里 3 暂时性防护 暂时性防锈三大材料 防锈油脂 气相防锈材料 可剥性塑料 二 金属防腐蚀基本原理 5 改进设计 通过合理的设计防腐 防腐蚀设计基本内容 1 材料的选择及其加工制造工艺的规定 2 防腐蚀结构设计与强度设计 3 防腐蚀方法的选择与设计 4 设备预期寿命概率和可靠性分析 例如 防缝隙腐蚀设计 防电偶腐蚀设计 选材 绝缘 改变连接方式 二 金属防腐蚀基本原理 1 合理选材 依据 a 设备工艺条件及其生产中可能发生的变化 b 材料的结构 性质及其使用中可能发生的变化 1 首先考虑介质的性质 温度和压力 介质的性质 氧化还原性 浓度 杂质 导电性 pH 产物等 例如 HNO3 氧化性酸 可采用在氧化性酸中钝化的材料 不锈钢 铝 钛及其合金 HCl 还原性酸 可采用非金属耐蚀材料 三 常用的防腐蚀方法 2 考虑设备用途 工艺过程及其结构设计特点 例如 泵用材料 良好铸造性能和抗磨损性能 高温炉 良好的耐热性能 3 考虑环境对材料的腐蚀以及产品特殊要求 例如 医药 食品工业 不选用有毒材料 可选用 不锈钢 钛 搪瓷及其它非金属材料 4 考虑材料的性能 材料的强度 塑性 加工工艺性能等 例如 高硅铸铁 耐蚀性能好 但又硬又脆 切削加工困难 限制了它的使用 5 考虑材料的价格和来源 三 常用的防腐蚀方法 2 介质处理 除去介质中的有害成分 调节pH 降低气体介质中的水分 1 除去介质中的有害成分 例如 锅炉给水中的除氧 a 热力除氧 将水加热到沸点 使水中的各种气体解析出来 b 化学除氧 辅助除氧 化学药剂 N2H4 Na2SO3等 N2H4作用 三 常用的防腐蚀方法 2 调节介质的pH值 CorrosionofsteelasafunctionofwaterpH Potential pHdiagramofiron 三 常用的防腐蚀方法 CorrosionofcopperasafunctionofwaterpH Potential pHdiagramofcopper pH 8 5 9 2 Fe Cu的VL均很小 可通过控制水的pH值来减缓热力设备的腐蚀 a 加氨处理 NH3 NH3 H2O NH4OH 需严格控制NH3的加入量 1 2mg L b 加胺处理 有机胺 以有机胺代替氨水 常用的有机胺 吗啉C4H9NO 环己胺C6H13N 缺点 药品价格昂贵 3 降低气体介质中的水分 除湿 气体介质中 湿度 VL 除湿方法 干燥剂吸收 冷凝法除水分 空调 提高气体温度 使相对湿度降低 三 常用的防腐蚀方法 3 阴极保护 4 阳极保护 5 缓蚀剂防腐 6 涂料防腐 7 衬里防腐 8 金属涂层保护 9 金属表面处理 着重介绍 3 6 三 常用的防腐蚀方法 四 耐蚀材料的开发与应用 耐蚀材料 金属材料高分子材料无机非金属材料其中金属材料仍是结构材料的主体 四 耐蚀材料的开发与应用 1 高性能耐蚀金属材料金属及合金材料是结构材料中的主体 其中钢铁占据主要地位第一挡耐蚀合金是最常见的材料 如304 3l6型等通用不锈钢耐温 耐压 耐氯离子性能较差第二档耐蚀合金 20号合金为高级不锈钢 一般铬含量为20 24 镍含量为30 35 有一定含量的钼和铜 耐氯离子性能提高 是硫酸 浓磷酸介质中最好的耐蚀材料 第三挡耐蚀台金 镍基台金如哈氏合金c一276 因科尼尔 如625 钛 钛合金及锆材 耐蚀合金新品种 1 含钼高的耐蚀合金第二档耐蚀合金 20号合金中镍含量很高 为了降低成本 开发了含钼含氮的超级奥氏体不锈钢 镍含量则从30 35 降低至18 25 254SMo合金的耐蚀性比2o号合金更好 已近似于镍基合金 用它制造氧化物条件下使用的换热器时 可与钛相媲美 四 耐蚀材料的开发与应用 四 耐蚀材料的开发与应用 2 双相不锈钢 通过控制铁素体一奥氏体双相不锈钢化学成分与热处理工艺 使之既具有奥氏体不锈钢的优良韧性和可焊接性 又具有铁素体不锈钢的高强度 抗氯离子应力腐蚀的性能 双相不锈钢通常含铁素体40 60 它比304 316型通用不锈钢的镍含量低如高铬 30 低镍 8 双相不锈钢具有优异的机械性能 腐蚀速度又很低 四 耐蚀材料的开发与应用 3 高纯铁素体不锈钢高纯铁素体不锈钢含铬量为13 30 含碳量低于0 25 有些牌号还含钛 钼和铌等元素 这类钢一般不含镍 较铬 镍不锈钢价格低廉 耐有机酸 还原性酸及氧化与还原性混酸 具有抗氯化物孔蚀和缝隙腐蚀性能 由于它是铁素体组织 抗应力腐蚀性能很高 目前应用最多的高纯铁素体不锈钢是29 4C合金 主要用于制造处理氯化物溶液的热交换器 四 耐蚀材料的开发与应用 4 镍基合金为进一步提高镍材料的耐蚀性能 在镍基合金中主要加人钼 铬 铜和铁等合金元素 在工业上许多苛刻的腐蚀环境中 镍基合金常作为重要的结构材料广泛应用 常用的耐蚀镍基合金为哈氏合金 因科尼尔合金及蒙及尔合金 这类合金具有优异的耐浓硫酸 盐酸和浓碱的性能 目前 我国已能掌握镍铜 镍铬 镍钼 镍铬钼 镍铬钼铜等近20种牌号的镍基耐蚀合金的生产和使用技术 四 耐蚀材料的开发与应用 5 低合金钢低合金钢是指合金元素小于3 的碳钢 因其成本低 综合性能好 从而引起广泛的重视 如16Mn 16MnCu具有良好的抗大气 抗海水腐蚀性能 著名的Cor TemA钢及我国自行研制的09CuPTtRe钢 耐候性均比碳钢高5倍以上日本开发的Marilov钢系列含微量Mo Ca Nb 是目前综合性能最佳的耐海水腐蚀钢 四 耐蚀材料的开发与应用 6 钛及钛合金钛材自30多年前开始工业化应用以来 由于它具有优异的耐蚀性能和良好的机械加工性能 在工业中应用日益广泛 每年增长率达17 工业纯钛在许多介质中具有优良的耐蚀性能 但它在还原性介质中 如盐酸 磷酸等酸中 的表面氧化膜容易遭到破坏 耐蚀性较差 为了进一步提高其耐蚀性 国外致力于研究钛合金 并集中在钛钯 钛钼 钛镍和钛钽等合金 目前钛材在化肥 氯碱 制盐 海水淡化 造纸 制药等行业中应用较多 7 非晶态合金 晶态材料 指材料内部的原子排列遵循一定的规律食盐 宝石等非晶态材料 内部原子排列处于无规则状态木材 纺织品和玻璃等 传统金属 内部原子排列有序 都属于晶态材料 又称 金属玻璃 梦幻合金 Agparticle Zr Co 5 非晶态合金 原子排列长程无序 无晶界 位错 层错等缺陷 MnO晶体 非晶体内部原子排列 晶体的原子排列 非晶态合金的制备 快速凝固的工艺 优异性能 高强度 高韧性 优越磁电性能 极高的耐蚀性能 缺点 稳定性差 属于 亚稳材料 铁系 Fe P C B C B Si B P P Si 镍系 Ni B Si 例如 用它制造配电变压器铁芯 空载损耗要降低60 80 如果把我国现有的配电变压器全部换成非晶态合金变压器那么每年可为国家节约电90亿千瓦小时 耐蚀非晶态合金 在铁系或镍系非晶态合金中加入Cr而构成 例如 FeCr8P13C7 在NaCl中VL 0 在10 FeCl3 6H2O中不腐蚀 受热使用可使非晶态 晶态 常温下随时间推移 性质逐渐变化 最后散失优异性能 类型 耐蚀原因 表面形成富Cr P的非晶态膜 四 耐蚀材料的开发与应用 2 耐蚀非金属材料非金属材料具有优良的耐蚀性能 而机械性能可以通过增强等途径来弥补 在某些领域已有发展为取代钢材的趋势 1 耐蚀塑料耐蚀塑料分为热塑性和热固性两大类 热塑性塑料中 聚氯乙烯 聚乙烯 聚丙烯的应用占主流 氟塑料 氯化聚醚 聚苯硫醚等工程塑料具有优异的耐蚀性能 应用日益广泛 尤其以氟树脂应用面最广 增长速度也最快 热固性树脂有环氧 酚醛 聚酯 呋喃为主的4大树脂 大多制成复合材料使用 增长率低于热塑性树脂 因其强度和刚度差 通常通过纤维增强来制作防腐蚀设备 塑料制设备主要有管道 通用设备 净化设备 槽罐 塔器 换热器 泵 阀等 使用量越来越大 如美国耐蚀塑料的使用占整个设备费的5 左右 四 耐蚀材料的开发与应用 玻璃钢玻璃钢即纤维增强高分子材料 目前国际上每年生产数百万吨 有四五万个品种 仅美国1990年用量就达l6万t 占玻璃钢产量的13 目前国外玻璃钢以化工 环保领域应用最广 国外化工用玻璃钢树脂大多采用间苯二酸聚酯 部分采用环氧和双酚A 乙烯基树脂的应用也在逐年增加 国内主要为聚酯 环氧 酚醛等树脂 其中聚酯玻璃钢占总产量的80 酚醛玻璃钢仍采用模压成型 至今停滞不前 热塑性玻璃钢如玻璃纤维增强聚丙烯 聚苯硫醚 近年来才发展起来 但发展非常迅速 前景很好 四 耐蚀材料的开发与应用 3 石墨石墨材料是以其优异的导热性能和耐蚀性能而发展起来的 石墨制化工设备促进了氯碱工业的发展 主要用于制强腐蚀介质的换热设备 它的主要缺点是性脆和孔隙率高 过去都采用酚醛 环氧 呋喃等树脂制取浸渍石墨 后来又发展了石墨聚氯乙烯 石墨聚丙烯和石墨氟塑料 随后又在磷酸 硫酸 石油化工 医药等工业中广泛应用 四 耐蚀材料的开发与应用 4 工程陶瓷近年来 世界工程陶瓷发展较快 工业中常用的结构陶瓷有 氧化物系 如氧化铝 氧化锆等 碳化物系 如碳化硅 碳化硼等 氮化物系 如氮化硅 氮化硼 复合物系 如莫来石 堇青石等 其中氧化铝陶瓷使用最多最广 占60 左右 碳化硅陶瓷仅限于部分设备中 如机械密封 换热器 占20 左右 氧化锆及氮化硅虽引人注目 但目前由于成本较高 使用较少 陶瓷材料具有优异的化学稳定性 除了对氢氟酸及高浓度的碱以外 几乎对所有的化学品都具有优异的耐蚀性能 五 阴极保护 阴极保护 阴极保护 通过使腐蚀金属阴极极化达到减小金属破坏速度的方法 原理 电位 ia ea ia 0 腐蚀区 电位高 降低电位 免蚀区 电位低 阴极保护的方法 外加电流阴极保护法牺牲阳极法 1988年 美国环保局出台技术法规规定 对已建的300万座储罐限期补加保护措施追加阴极保护使美国的阴极保护市场 膨胀 到25亿美元 阴极保护技术使用领域 埋地管道钢质储罐港口码头船舶防腐 换热器阴极保护 原油储罐群阴极保护 地下管道阴极保护 电厂 凝汽器地下管道 东海大桥 重防腐涂料牺牲阳极 1 牺牲阳极法 用一种电位更负的金属或合金与被保护金属连接电位更负的金属优先失去电子向被保护金属提供电子 使其阴极极化 电位更负的金属自身则溶解 牺牲 了 所以叫牺牲阳极法 牺牲阳极法示意图 牺牲阳极法发展历程 应用始于1824年 1823年英国化学家 海军军官戴维 Davy 受海军部委托 研究铜皮包覆的木船在海水中的防护问题 1824年进行实用试验 先使用占铜皮面积1 80的铁作牺牲阳极 效果良好 再使用占铜皮面积1 100的锌作牺牲阳极 效果更好 原因 锌比铁的电位更负 电池反应的推动力更大 e Zn 0 760V SHE e Fe 0 440V SHE e Cu 0 337V SHE 另外 阳极的安装部位 安装方法 适用的环境等等许多因素影响到保护效果 常用的牺牲阳极材料 对牺牲阳极材料的要求 1 要有足够负的稳定电位 2 自腐蚀速率小且腐蚀均匀 有高而稳定的电流效率 3 电化学当量高 即单位重量产生的电流量大 4 工作中阳极极化小 溶解均匀 产物易脱落 5 腐蚀产物不污染环境 6 材料来源广 加工容易 价格低廉 常用的牺牲阳极材料 镁基合金锌基合金铝基合金 1 镁及镁合金 优点 电位负 极化率低 单位重量发生电量大 e Mg 2 37V SHE 海水中 Mg 1 45V SHE 缺点 电流效率低 约50 镁基材料又分为 高纯镁Mg Mn合金Mg Al Zn Mn合金 镁合金 添加合金元素 例如 Mg Mn合金中的锰 可以完全抵消铁 部分抵消镍的有害作用Fe杂质含量可以放宽到 0 03 目的 改善和提高材料性能 对高纯镁牺牲阳极的要求 镁含量 99 95 杂质 Fe 0 002 Ni 0 001 造成生产困难 原因 杂质使镁的自腐蚀 溶解 过程加快 抑制杂质的有害作用 添加合金元素 高电位镁合金牺牲阳极 镁牺牲阳极 镁带状阳极 2 锌及锌合金 e Zn 0 76V SHE 海水中 Zn 0 82V SHE或 1 03V SCE 锌阳极材料 高纯锌Zn Al合金Zn Al Cd 镉 合金 高纯锌阳极 要求 锌 99 995 Fe 0 0014 杂质严重影响锌阳极的保护效果 理论发生电量 0 82A h g海水中实际发生电量 0 78A h g电流效率高达 95 优点 电流效率高 特别适用于海水体系 锌合金 添加元素Al Cd 主要作用 使晶粒细化消除杂质的不利影响 3 铝合金 限制和阻止表面形成连续性氧化膜促进表面活化使其有较负的电位和较高的电流效率 e Al 1 66V SHE e Mg e Al e Fe 海水中 Al 0 53V SHE 理论发生电量高达到 2 98A h g是锌的3 6倍 镁的1 35倍 价格低廉 优点 应该是很好的阳极材料 改进途径 合金化 铝是自钝化金属 表面极易钝化 缺点 铝合金 三元以上的铝基合金 单一添加元素达不到要求 1966年美国DOW化学公司开发出 Al Zn Hg系合金电位 1 02V SCE理论发生电量 2 965A h g电流效率 95 缺点 Hg的公害和生产困难 已逐渐淘汰 目前常用的铝合金阳极 Al Zn In 铟 Al Zn In CdAl Zn In Sn 锡 Al Zn In SiAl Zn In Sn Mg合金 典型代表 Al Zn In Si合金 美国DOW化学公司1976年开发 在海水 海泥 热盐水 淡盐水中都显露出良好的电化学性能已在世界上广泛应用 铝锌铟系合金牺牲阳极 2 外加电流阴极保护法 又称强制电流阴极保护法 牺牲阳极法创始人 戴维1829年去世 助手 法拉第 Faraday 继续研究发现铁在水线腐蚀 1833年 提出法拉第定律1834年 首次明确电解质 电极 阴极 阳极 阴离子 阳离子等概念 1890 爱迪生 Edison 在船上试用外加电流的方法但试验没有成功 没有合适的电源和阳极材料 1902 科恩 Cohen 采用直流电源首次实现了强制电流阴极保护的应用 我国 起步较晚1958年 开始牺牲阳极阴极保护试验1965年 外加电流阴极保护应用领域 埋地管道 舰船 在电力系统的应用 1970s凝汽器 外加电流阴极保护系统 电源设备辅助阳极被保护金属参比电极 优点 可调控 使保护效果更好 常用电源 整流器交流市电的整流设备恒电位仪恒电流仪热电发生器 TEG 密闭循环蒸汽发电机 CCVT 交流市电不方便时风力发电机太阳能电池大容量蓄电池 1 整流器 rectifier 组成 变压器整流滤波电路 整流器功率 1000W 20A 50V 避免对周围环境金属构筑物的干扰 整流线路 多为桥式全波整流 整流元件 有硅 硒 锗三种 最常用 硅整流器 作用 交流 直流高压 低压 特点 输出电压一定环境电阻变化 输出电流变化 保护电位变化 2 恒电位仪 potentiostat 也叫 恒电位式整流器 一种自动控制的整流器 组成 整流器 控制电路 特点 通过反馈使保护电位恒定 需长效参比电极反馈信号 整流器与恒电位仪比较 恒电位仪 自动 精确控制电位适用于 环境介质多变的场合缺点 对参比电极的性能要求较高 整流器 输出电压一定适用于介质条件相对稳定的情况缺点 不能自动控制电位 3 太阳能电池 SolarCell 原理 光电材料吸收光能后发生光电子转换反应光照射 光子 电子 空穴对 光电压 光电流 太阳能电池分类 以半导体材料为基础 硅太阳能电池多元化合物电池 砷化镓 硫化镉等功能高分子材料电池纳米晶太阳能电池 纳米TiO2晶体 太阳能电池模板 SolarModule 硅太阳能电池 硅太阳能电池的生产流程 硅系太阳能电池 发展最成熟但成本居高不下 不能满足大规模推广应用的要求 纳米晶化学太阳能电池 例如 染料敏化纳米晶体太阳能电池 DSSCs 阳极 染料敏化半导体薄膜 TiO2膜 阴极 镀铂的导电玻璃 白色小球 TiO2红色小球 染料分子染料分子吸收太阳光能跃迁到激发态激发态不稳定电子快速注入到紧邻的TiO2导带进入TiO2导带中的电于进入导电膜然后通过外回路产生光电流 4 热电发生器 TEGthermoelectricgenerator 利用塞贝克 Seebeck 效应 将两个不同的导体A B两端连接 组成一个闭合回路如果两个接头处有不同的温度 回路中就有电流流动热能 温度差 电能 1821年发现塞贝克温差电动势 发电材料 P型和N形半导体热电材料 热端 加热 热水 太阳能等冷端 参考端 散热器 冷水等 六 缓蚀剂 CorrosionInhibitor 1 缓蚀剂保护技术概述 1 缓蚀剂定义 一种以适当的浓度和形式存在于环境 介质 中 可以防止或减缓腐蚀的化学物质或几种化学物质的混合物 用量 微量或少量作用 VL 2 缓蚀剂的分子结构特征 1 无机化合物 inorganiccompound a 形成钝化保护膜的物质 主要为含MeO42 型阴离子化合物K2CrO4 Na2MoO4 Na2WO4 Na3PO4 NaNO2等 b 产生难溶盐沉淀膜的物质 例如 硅酸盐 HCO3 OH 等 可与水中Ca2 Fe2 等在金属表面产生难溶盐类沉积来抑制腐蚀 c 金属阳离子 例如 Zn2 Fe2 Co2 Cu2 Pb2 多作为有色金属的缓蚀剂 2 有机化合物 organiccompound 主要为 含未配对电子元素 如O N S的化合物各种含有极性基团的化学物质 例如 含氨基 醛基 羧基 羟基 巯基的化合物 缓蚀剂防腐蚀的优点 1 基本上不改变腐蚀环境 就可获得良好的效果 2 基本上不增加设备投资 就可达到防腐蚀的目的 3 缓蚀效果不受设备形状的影响 4 对于腐蚀环境的变化 可以通过改变缓蚀剂种类和浓度来保持防腐蚀效果 5 同一配方有时可以同时防止多种金属在不同环境下的腐蚀 研究开发展望发展方向环境友好型缓蚀剂多功能型缓蚀剂 七 涂料保护技术 涂料 俗称油漆以防腐蚀为目的涂料 防锈漆 防止天然介质腐蚀为目的防腐蚀漆 防止工业介质的腐蚀统称 防腐蚀涂料重防腐蚀涂料 heavy dutycoating 1 涂层防腐特点及应用发展历史 数千年沥青 大漆近代工业 钢铁大量使用 防腐蚀涂料发展 Ex 钢铁桥梁的防腐蚀1740s 英Tees河上第一座铁桥60年后倒塌 标准防腐蚀工艺跨海大桥我国 起步晚 但目前已与国际接轨杨浦大桥东海大桥三峡工程 涂料防腐蚀重要性 最主要的防腐蚀手段60 70 涂料防腐蚀特点 功能多应用广费用低可与其他方法配合使用缺点 涂层较薄不耐高温不耐强腐蚀性介质不适用于外力较强场合 二 涂料基本组成及各成分的作用 1 成膜物质作用 涂料基础 粘结其它组分 牢固附着于被涂物表面 形成连续固体涂膜非转化型成膜物质 在成膜过程中其组成和结构不变Ex 天然沥青 松香转化型成膜物质 成膜过程中组成结构发生变化线性分子 网状高聚物Ex 植物油脂 含活性物质的低分子化合物齐聚物及缩聚型合成树脂典型品种 合成高分子 天然树脂 无机硅酸盐 2 颜料及固体填料作用 着色 遮盖 装饰 改善涂膜性能 降低成本典型品种 钛白粉 滑石粉 铁红铝粉 云母防锈颜料及填料 对涂料的