金属材料的腐蚀和防护

金属材料的腐蚀和防护,主讲：潘红良博士,1腐蚀的定义,腐蚀是指材料与它所处环境介质之间发生化学物理的相互作用，而引起的变质和破坏。,2腐蚀的危害,直接经济损失：更换设备及构件；,间接经济损失：设备停产、腐蚀泄露；,1巨大的经济损失,大量优质原料泄露大量的金属需要回炼,2资源和能源的严重浪费,3引发灾难事故,4污染人类生存环境,3腐蚀的分类,3.1按腐蚀环境分,化学介质腐蚀、大气腐蚀、海水腐蚀、土壤腐蚀、杂散电流腐蚀、细菌腐蚀、磨损腐蚀、应力腐蚀和接触腐蚀,3.2按腐蚀反应机理分,化学腐蚀：金属与非电解质直接发生化学作用而引起的破坏。,电化学发生：金属与电解质发生电化学作用而引起的破坏。,物理腐蚀：单纯物理溶解作用而引起的破坏。,金属的氧化,氧化发生的条件：,PMO=Po2，反应处于平衡状态PMOPO2，反应向氧化物分解方向进行PMOPO2，反应向氧化物生成方向进行,FeO2Fe+O2,600K,PO2=5.110-43MPa800K,PO2=9.110-31MPa1200K,PO2=1.610-20MPa2000K,PO2=5.110-8MPa,空气中O2的分压为：PO2=0.022MPa,高温氧化,在常温下，金属氧化物只有几个分子厚(1.52.5nm)，对光泽没有影响。,氧化膜的颜色：40(黄)，52(棕)，58(红)，68(紫)，72(蓝),脱碳,危害：1破坏表面膜，降低膜的保护作用2表面硬度下降，降低耐磨性和疲劳强度,氢腐蚀,氢腐蚀可分为两个阶段,氢脆阶段：韧性降低，材料变脆,氢腐蚀阶段：产生裂纹和气泡,防止氢腐蚀采用Nelson曲线。,温度,氢分压,6.0Cr0.5Mo,3.0Cr0.5Mo,2.25Cr1Mo,高温硫化,金属与含硫气体（硫蒸汽，SO2，H2S)接触生成硫化物。,危害性表现在：膜体积大；膜中的晶格缺陷浓度高；膜的熔点低。,电化学腐蚀,金属及其合金与电解质接触时发生电化学作用而引起的腐蚀。,Zn在稀硫酸中溶解示意图,Cu-Zn原电池示意图,阳极,阴极,Zn=Zn2+2e,2H+2e=H2,e,腐蚀原电池的类型,宏观,异种金属接触形成电偶电池,金属处于不同浓度的介质中形成浓差电池,金属处于温度不同的介质中形成温差电池,微观,化学性质不均匀,微观组织不均匀,物理状态不均匀,表面膜不完整,3.3按腐蚀破坏的型式分,全面腐蚀：腐蚀分布在整个金属截面，结果使金属结构截面尺寸减少，直至完全破坏。,金属腐蚀速度的表示方法,一.重量指标,以单位面积金属在单位时间内因腐蚀而造成的重量损失表示。,(二)深度指标,均匀腐蚀的三级评判标准,金属的厚度因腐蚀而减少的量(mm)。,局部腐蚀：腐蚀作用在金属表面的局部区域，而其它大部分表面几乎不腐蚀或腐蚀很轻微。,按腐蚀发生的条件、机理特征，可将其分为：电偶腐蚀、缝隙腐蚀、小孔腐蚀、晶间腐蚀、选择性腐蚀、应力腐蚀、磨损腐蚀、氢脆等,塔设备人孔结构,不锈钢胀管颈部的破裂,裂纹形态的主要模式,应力腐蚀破裂模型,应力与裂纹深度的关系,瞬时KI与时间的关系,疲劳的SN曲线,疲劳断口特征示意图,脱碳溶液再沸器,湍流腐蚀破坏形态示意图,空泡腐蚀历程,188钢在充气NaCl溶液中孔蚀过程示意图,碳钢在海水中缝隙腐蚀示意图,异种材料组合结构实例,4防止和减缓腐蚀的方法,合理选材：,了解腐蚀环境，分析腐蚀原因，根据生产中遇到的介质性质、温度、压力及产品质量要求查阅材料手册，合理选用材料。,2)设计合理的结构,化工设备在很多情况下与结构有关，不合理