金属腐蚀的防护

1、第九章 金属腐蚀的防护前面几章，讲到了金属发生腐蚀的原理，影响腐蚀的速度的多种因素，金属腐蚀破坏的形式，以及在不同环境情况下，发生腐蚀的特征，这些为选择不同的防腐蚀措施提供了环境理论，为了达到金属防护目的而采取综合的方法手段称为防腐蚀，防腐蚀技术虽然很多，但归纳起来可分为以下几点：1 正确选择金属材料和改善材料的组织状态，2 采取电化学保护，3 添加缓蚀剂，4 采用有效的表面覆盖层。每一种防腐蚀措施，都有其应用范围和条件，对于一个具体的腐蚀体系，究竟选择哪一种或哪几种方法，主要根据防腐蚀效果、施工难易和经济效益等方面来确定。§7-1 正确选择金属材料和改善材料的组织状态制造在腐蚀环境

2、中工作的机械或构件，势必应选择对使用介质具有耐蚀性的材料。这是进行防腐蚀的积极措施，如果材料选择不当，常是造成腐蚀损坏的主要原因。为此，必须了解这类金属及合金的耐蚀性能以及不同组织状态对腐蚀性能的影响。一提高金属材料耐腐蚀性的合金化原则以前我们曾多次讲到，热力学上最稳定的纯金属材料（即电极电位正）是金、钯、铂等，除了从热力学上判定纯金属耐腐蚀性之外，还存在一些金属虽然在热力学上并不稳定，但在适当条件下，这些金属发生钝化而使表面变得耐蚀。常见的能参与钝化的金属有Zn、Ti、Nb、Al、Cr、Ni、Co等。在实际机械制造和工程中大量使用的是合金，要提高合金的耐蚀性，其主要措施有：（一）降低合金中阳

3、极相的活性具体方法是：1提高合金的热力学稳定性（提高电极电位），即以热力学稳定性高的元素进行合金化（以电极电位为正的金属加入到电极电位为负的金属中，以提高电极电位为负的金属的耐蚀性），如Cu中加Au，Ni中加Cu，钢（或Cr钢中）加入Ni等。2减少阳极区的面积: 腐蚀过程中，如果合金的基体为阴极，强化相为阳极,则减小阳极区面积可提高合金耐蚀性。然而对于大多数合金是难以实现的，如钢中，Fe3C为阴极，基体为阳极，但也有一些合金是可以的，如镁作为铝的的合金元素，其强化相是Al2Mg3（阳极），而基体为阴极。在海水中Al2Mg3逐渐被溶解，阳极面积减小，腐蚀速度下降。因此铝镁合金，比铝铜合金（第二相

4、为阴极）在海水中具有更高的耐蚀性。但这种情况很少，多数合金中的第二相为阴极相，故此措施有局限性。3促进钝化。使用易钝化的元素进行合金化，如，铁和镍中加入铬。4对于能够钝化的腐蚀体系，如果加入活化（强化）阴极的元素（强的阴极性元素）以促进合金到达钝态，如在Cr-Ni不锈钢中加入Pt、Pd、Ag、Au等。可使金属的腐蚀电位进入稳定的钝化区，成为耐蚀性合金。（二）降低合金中阴极相的活性具体方法是：1增加阴极过电位（通常是提高氢的过电位）。当腐蚀过程主要受阴极控制，用合金化方法降低阴极活性可以降低腐蚀速度。其方法之一是提高阴极过电位。通常是提高氢气的过电位，例如，在碳钢和铸铁中加入析氢过电位高的砷、锑

5、、铋和锡，在工业合金中加镉（Cd）。2减少阴极面积。大多数合金中夹杂物或强化相作为阴极。减小阴极面积主要是提高合金的纯度，或对合金进行固溶处理得到单相组成。3合金表面形成保护膜。金属的加入能使合金表面形成一层致密的保护膜，从而增大体系的电阻，例如在钢中加入铜和磷，铜中加铝、加锌，不锈钢中加钼（Mo）二、组织状态与合金耐蚀性关系1单相组织比多相组织耐蚀性强（因为不组成原电池），但是在固溶体合金中，贵金属的含量要服从塔曼定律，即n/8定律。n=1、2、3、6等，例如Fe-Cr合金Cr含量为18、28，Fe-Si合金，Si含量为28，Cu-Au合金中Au为18、28。2当复相组织阴极相能促使阳极相钝

6、化时，在这种条件下，复相组织也耐腐蚀，如硝酸中灰口铁比铁稳定性高。3当复相组织中阳极相很少，在介质中经短时间腐蚀，表面的阳极相被腐蚀掉，剩下电位高的阴极性，这时也是耐腐蚀的。4晶粒大小对腐蚀速度影响不大，但是粗大的晶粒，晶界杂质多，晶间腐蚀倾向大。5在不能钝化体系中，阴极相越少越分散，微电池数量多，越不耐腐蚀。如回火屈氏体和回火马氏体。但是在能钝化体系则不然，大量的分散的PH极能促进阳极钝化，抗蚀性好。三、耐蚀金属材料（一）碳钢和铸铁1碳钢和普通铸铁耐腐蚀性差，但在碱及碱性的溶液、浓硫酸、浓硝酸、浓氢氟酸中，由于表面形成稳定性膜，耐蚀性较好。2耐蚀铸铁。工业上常用的耐蚀铸铁主要为高硅铸铁，含硅

7、量在1.4-1.8含磷量在0.5-1.1，具有很好的耐蚀性，对热硫酸、高浓盐酸、浓硝酸、磷酸、有机酸都具有很好的耐蚀性，常用来制造化工厂泵、阀管道，但力学性能较差，如硬度高，难加工，脆性大，易裂。（二）耐蚀低合金钢1耐大气腐蚀，耐大气腐蚀的低合金钢中的合金元素主要有铜、磷、铬等，（铜的高耐蚀性机理不清楚，不锈钢内高铜）如15Mn5Cu、09MnCuPTi等。2耐海水腐蚀，耐海水腐蚀的低合金钢中加入的合金元素主要有Cr、Ni、Al、P、Si、Cu等（可能这些元素在表面富集耐蚀相）如10CrMoAl、12Cr2MoAlPt等3耐硫化氢腐蚀。石油、天然气、城市煤气管道大量使用低合金钢材料，主要的合金

8、元素有钼、铌、钛、钒等强碳化合物形成元素和稀土元素，如12MoAlV、15Al3MoWTi等。4耐高温高压氢、氮的腐蚀。如人工合成氨常用材料，主要合金元素有铬、钼、W、V、Nb、Ti等强碳化合物形成元素，由于它们与钢中的碳形成稳定的碳化物，可防止环境中H2与C形成甲烷发生氢腐蚀如10MoWVNb、10MoWVNbTi等。（三）不锈钢不锈钢由于能抗酸碱盐大气等多种介质的腐蚀因而在化肥，化工、石油等部门获得广泛的应用，按照加热至9001100空冷的显微组织，不锈钢可分为奥氏体不锈钢，铁素体不锈钢，马氏体不锈钢，其中奥氏体不锈钢应用最广泛。1奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢的含Cr量在18以上，镍含量在8以

9、上，通常称为18-8不锈钢。这种钢在常温下为奥氏体状态，这种钢耐稀硝酸，冷磷酸，有机酸，碱和盐溶液的腐蚀，但耐硫酸和盐酸腐蚀性较差，如果在18-8合金钢中加入Ti、Nb、Cu、Mo和Si则可改善其耐硫酸腐蚀性能，加入Nb和Ti还可提高抗晶间腐蚀能力。2马氏体不锈钢常用Cr13型，马氏体以及冷却得到M，其耐蚀性不如奥氏体不锈钢这类钢耐大气、海水及水蒸汽腐蚀，不耐强酸腐蚀也不耐热磷酸、熔融碱等腐蚀，但是该钢强度和硬度高。3铁素体不锈钢Cr14Mo、Cr18Mo、OCr13及Cr16-19型，Cr25-28型三种，随含铬量增加，耐氧化性好，腐蚀性能增加，其强度比马氏体不锈钢低塑性比奥氏体不锈钢低，但

10、铁素体不锈钢耐应力腐蚀能力比奥氏体不锈钢强，铁素体不锈钢中加入Mo可提高抗点蚀能力。（四）铝及其合金铝及其合金是防腐蚀工程中常用的一种耐腐蚀金属材料。1工业纯铝纯铝的电极电位较低，从热力学讲是不稳定的，但是在大气和中性水溶液中（PH=48），会在表面生成致密的结合力强的氧化膜，使其电极电位提高1v，氧化膜的稳定性仅次于钛。从而使铝耐腐蚀性明显提高。但是铝的氧化膜能溶于盐酸、氢氟酸、稀硫酸和碱溶液，所以在这些条件下不耐腐蚀，以及Cl¯离子及其他卤素离子对铝的氧化膜有破坏作用，如铝产生腐蚀，纯铝中的杂质（Fe、Cu、Si），由于形成微电池，对纯铝的耐蚀性不利。2铝合金铝中加入合金元素是为

11、提高强度，但合金元素的加入会降低耐蚀性，提高铝耐蚀性的合金元素主要有Mn和Mg，因为这些合金元素的化合物如MnAl2与固溶体的电极电位接近不易发生电化学腐蚀。（五）铜及其合金铜在某些腐蚀介质中有较高的化学稳定性，在防腐工程中也是常用的一种材料。1铜由于铜的电极电位比氢高，一般不会发生析氢腐蚀，但比氧电极的标准电位负，往往会发生析氧腐蚀，发生氧去极化腐蚀。铜在盐酸和醋酸非氧化性酸中比较稳定。但在这些酸中，含有氧或氧化剂时铜的腐蚀速度随氧量增加直线上升。铜对于任何浓度的硝酸和浓度大于50的硫酸均无耐蚀性。（因为会发生铜的溶解）在碱性水溶液中，铜具有很好的耐蚀性，但在含氨的溶液和氰化物溶液中，因形成

12、可溶性络离子而不耐腐蚀。铜在大气中是很稳定的，因其表面形成孔雀石型的膜。2铜合金 黄铜（CuZn合金）黄铜耐大气腐蚀比铜好，但要注意黄铜的脱锌腐蚀，前面讲过它是一种选择性腐蚀。 青铜（黄铜以外的铜合金，习惯上称为青铜）如CuSn、CuSi、CuAl一般来说青铜比黄铜耐蚀性能好。（六）钛及其合金1钛钛的平衡电位虽然很低（1.628V），但在许多介质中钛表面能生成极稳定且钝化率很高的TiO2钝化膜。该氧化膜的稳定性高于铝和不锈钢生成的氧化膜，且在含Cl¯离子介质中不发生孔蚀，由于钛的钝化速率快，当其膜破坏时能很快修复，能耐冲刷腐蚀。钛的突出优点是在海水、海洋性大气中不被腐蚀，故有耐海水腐

13、蚀之王的称号，并对许多含氧的化合物都耐腐蚀。此外钛耐王水腐蚀，耐湿氯气腐蚀，在各种硝酸中都耐蚀。但钛在赤色发烟硝酸中和甲醇溶液中会发生晶间腐蚀，在高浓度硫酸和盐酸中不耐腐蚀。【1】 p231： 钛在高温下很不稳定，能剧烈地与氧，硫，卤族元素，碳，甚至和氮，氨化合。钛在某些强氧化性环境中，由于表面氧化作用不间断剧烈进行，这种快速放热反应常引起恶性的自燃事故。国内外都发生过钛设备在发烟硝酸和干氯气中自燃爆炸事故。但只要在介质中有少量水（如2）存在，就可防止自燃。【14】p27, p157已有Word文档。2钛合金作为耐蚀的钛合金是TiMo合金和TiPd合金，TiPd合金中加入0.150.20%Pd

14、可促进合金钝化，能提高合金在盐酸和硫酸中的抗蚀性，并且不易因腐蚀而产生氢脆，但是TiPd合金不耐强还原性酸的腐蚀。TiPd合金不仅广泛用于化工工业，还可用作舰船阴极保护的阳极。TiMo合金，在强的还原性酸中也具有耐蚀性<硫酸、盐酸、磷酸>。【1】p231（七）镍及其合金1镍Ni在中性和碱性介质中能形成钝化膜，耐蚀性较好，也耐大气和碱类溶液的腐蚀。但镍基合金的耐蚀性更好。2镍基合金 Ni-Cu合金著名Ni-Cu合金是蒙耐尔合金（2729Cu，23Fe，1.21.8%Mn其余为Ni），其突出优点是耐各种浓度的氢氟酸的腐蚀。 Ni-Mo合金最著名的的是哈氏合金（Hastelloy），常用

15、的是哈氏合金B、C、P哈氏合金B相当于我国的0Ni65Mo28FeV。哈氏合金C相当于我国的00Cr16Ni60Mo17，这种合金耐多种浓度盐酸腐蚀。 Ni-Cr合金著名的是因科耐尔（Inconel）1416Cr，59Fe，2.252.75Ti，0.71.2%Nb，0.41.0Al, 0.31.0%Mo。它在氧化性和还原性酸中均有高的耐蚀性。（八）耐蚀金属材料的选择1大气：铝及其合金、钛及其合金、铜及其合金、不锈钢等。2工业大气：铝及其合金、钛及其合金等。3海水：钛及其合金、铜及铜合金、铝及铝合金、镍及镍合金、不锈钢等。4淡水：铝及铝合金、钛及钛合金、高硅铸铁、不锈钢、铜及铜合金、铅及铅合金、

16、镍等。5硫酸：高硅铸铁、低浓度用铅、高浓度用Fe-C合金。6硝酸：钛及钛合金、高硅铸铁、低浓度用不锈钢、高浓度用铝。7盐酸：高硅铸铁、加钼高硅铁、哈氏合金。8磷酸：18-8Mo不锈钢、铅及铅合金、高硅铸铁、铜及铜合金。9醋酸：高硅铸铁、18-8Mo不锈钢、铜及青铜、铝。10氢氧化钠：镍及镍合金、高镍铸铁、18-8不锈钢、铜及铜合金、钛及钛合金。11氟水：Fe-C合金、高硅铸铁、不锈钢、铝及铝合金、钛及钛合金12NaCl：高硅铸铁、18-8不锈钢、钛及钛合金、镍及镍合金。13硫化氢：钛钢、高硅铸铁、188Mo不锈钢、铝及铝合金。14氯气（湿）：钛及其合金、高硅铁、哈氏合金。§7-2 添

17、加缓蚀剂一、概述缓蚀剂是具有抑制金属腐蚀功能的一类无机物和有机物的总称，在腐蚀环境中投加少量这种化学物质就能有效防止或减缓金属的腐蚀速度。添加缓蚀剂对金属物体防护的优越性在于投加量少、见效快、成本低，多用于化工、化肥、钢铁机械、动力等部门，其缺点在于多用于循环体系，以减少缓蚀剂的流失。缓蚀剂分类方法很多，如下表所示：【1】 237：讲课可用二、缓蚀剂的缓蚀机理由于被保护金属材料和腐蚀介质、缓蚀剂种类很多，缓蚀机理不统一，所以只介绍几种理论。1吸附理论该理论适用于有机缓蚀剂，能形成吸附层大多是有机缓蚀剂，有机缓蚀剂均属于表面活性物质（能降低体系表面能）, 主要由两部分组成：由容易被金属吸附的亲水

18、的极性基团和憎水或亲油的非极性基团组成。由于物理吸附和化学吸附结果,这些缓蚀剂（表面活性剂）极性基团一端被金属表面吸附而憎水的一端向上形成定向排列，结果腐蚀介质与金属表面被这种定向排列缓蚀剂分子隔开从而起到了保护金属的作用 【8】p303 2成膜理论该理论认为：缓蚀剂分子能与金属或腐蚀介质中的离子发生反应，在金属表面形成了不溶或难溶的具有保护性的化合物薄膜这类缓蚀剂一大部分实际上属于氧化剂，如铬酸盐、重铬酸盐、硝酸盐、和亚硝酸盐，它们与金属作用在表面生成具有保护作用的氧化膜或钝化膜（如铬酸盐防止铁在水中腐蚀是因为将铁氧化成Fe2O3）。还有一小部分缓蚀剂是非氧化性的，它们与介质或金属相互作用生

19、成不溶或难溶于介质的化合物且紧密的附着在金属表面，从而起缓蚀作用。如水溶液中加氨基醇可以减少铁的腐蚀，是由于铁与氨基醇形成不溶于腐蚀介质的络合物3、电极过程控制理论该理论指出：缓蚀剂能够抑制阳极过程或阴极过程或同时抑制这两个过程从而使腐蚀速度减慢起到缓蚀的作用.8p300（1） 阳极型缓蚀剂作用理论 阳极型缓蚀剂有两种不同作用直接阻止金属表面阳极部分的金属离子进入溶液。这种缓蚀剂主要是无机氧化物质，由于加了这些物质，在金属表面容易生成氧化物钝化膜，使得阳极极化曲线：发生变化（左图），未加缓蚀剂的阳极极化曲线为A，加了缓蚀剂的极化曲线为B（虚线），假定阴极极化曲线在这两种情况下不变，均为K，可以

20、看出由于加了缓蚀剂，阳极极化曲线与阴极极化曲线的交点，由活性态的M点变为钝态的N点。另一种是非氧化性的缓蚀剂如NaOH,Na2CO3,NaSiO3，Na2PO4等它们能和阳极表面溶下来的金属离子生成难溶的化合物，沉淀在阳极表面，抑制阳极反应。如：(2)阴极型缓蚀剂作用理论阴极型缓蚀剂也有几种不同作用的缓蚀剂与腐蚀产物形成氢氧化物或碳的盐保护膜，使其成为氧扩散的阻碍层：能提高阴极极化作用缓蚀剂中正离子在阴极表面放电析出的金属能提高析氢过电位，从而阻止阴极还原过程4、气相缓蚀剂的作用机理气相缓蚀剂的作用机理是缓蚀剂汽化到密封空间中和潮湿空气中的湿气一起凝附在金属表面，然后水解成相应的缓蚀性物质起保

21、护作用。【1】p245三、影响缓蚀作用的因素缓蚀剂的作用效果与缓蚀剂浓度，温度，介质的流速，和PH值有很大关系，缓蚀效率用公式表示：K°不加缓蚀剂时腐蚀速度 【8】p298K加缓蚀剂时腐蚀速度1缓蚀剂浓度通常缓蚀剂浓度提高缓蚀效果增大，但也有些缓蚀剂有一最佳浓度值。2温度 多数情况下，随温度升高缓蚀率下降，这是因为温度高腐蚀速率快，还有些缓蚀剂则相反，温度升高缓蚀率增大，这是因为升高温度有利于保护膜形成3介质的流速 多数情况下，增加介质流速使缓蚀剂效果降低，因为流速会影响吸附和成膜，在极少情况下，由于介质流动使缓蚀剂分布均匀又不影响吸附和成膜。四、缓蚀剂应用举例1在石油工业上的应用

22、石油工业中采油、采气、输油等，它是由原油，气和含有H2S,CO2等的浓盐水溶液混在一起，对设备造成严重腐蚀，常用的缓蚀剂有季胺盐和松香胺等长链氮化物，其中以二胺，因其廉价效果显著。2酸洗中的应用 带钢，线材的冷拉或冷轧前要清除氧化皮。通常用酸洗方法（硫酸或盐酸），为了减少对钢材本身的腐蚀，加入若丁，乌托品等缓蚀剂。3在冷去水中应用 在热交换器中的水若经冷却水塔冷却后在返回循环系统，这种水由于与空气充分接触，水中含氧量很高具有强烈腐蚀性，水中的重碳钙和碳酸钙等无机盐逐渐浓缩，再加上水中微生物作用，使腐蚀加重，常用铬酸盐和聚磷酸盐作缓蚀剂4防大气腐蚀 常用的气相腐蚀剂为有机化合物的硝酸盐或碳酸盐，

23、如亚硝酸，二环己胺，碳酸环己胺（注意含胺基的气相缓蚀剂不能用于保护有色金属，特别是铜及其合金）应用气相缓蚀剂时可把它与被保护的金属放在同一个空间里，（如用聚乙烯薄膜包起来，也可把气相缓蚀剂溶液浸在纸上，然后用它把金属制品包起来。）§73电化学保护电化学保护指通过施加外加电动势将被保护金属的电位移向免腐蚀区或钝化区，以降低腐蚀速度。对于在海水，土壤中的设备如海洋平台，地下管线等必须采用电化学保护，它是一种经济而有效的防护措施。电化学保护按其作用原理可分为阴极保护和阳极保护。一阴极保护将被保护金属物件施加足够的阴极电流，使其发生阴极极化，使金属结构的电位向负方向移动，金属的阳极溶解速度减

24、小，以减少或防止金属腐蚀的方法, 叫做阴极保护。【9-240】 依据阴极电流的来源，这种方法又分为牺牲阳极保护及外加电流保护两种。【1】 p245，阴极保护是使金属构件作为阴极，通过阴极极化来消除该金属表面的电化学不均匀性，达到保护目的。阴极保护是一种经济而有效的防护措施。使用范围日益广泛。一些要求在海水、土壤中使用几十年的设备，如海洋平台、轮船，码头、地下管线、电缆、贮槽等，都必须采用阴极保护，提高其抗蚀能力。 阴极保护的经济效益非常显著。一条海船在建造费中，涂装费占了5，而阴极保护用的牺牲阳极材料和施工费加起来不到1。一座海上采油平台的建造费超过1亿元，而牺牲阳极材料和施工费只需10020

25、0万元。不采用保护，平台寿命只有5年，而阴极保护下可用20年以上。地下管线的阴极保护费只占总投资的0306，就可大大延长使用寿命。 阴极保护可以通过两种介质实现，一种方法是将被保护金属与直流电源负极相接，利用外加阴极电流进行阴极极化，这种方法叫外加电流阴极保护法，另一种方法是在被保护设备上联系一个电位更低的金属作阳极，它与被保护金属在电解质溶液中形成宏观电偶电池。由形成的电池电动势来驱动保护电流，这种情况下，保护电流靠金属溶解提供，这就是牺牲阳极的阴极保护。（一）、阴极保护的原理 把金属置于电解质溶液中，金属自身的微阴极和微阳极形成短路原电池，发生共轭效应，其腐蚀电位为c腐蚀电流为ic在腐蚀电

26、流作用下微阳极a不断溶解导致金属发生腐蚀破坏，当对金属构件进行阴极保护时，通入外加阴极电流，使金属总电位由c降为1，此时总的阴极电流为ininiain其中in 为外加阴极电流，ia为阳极电流，可以看出，【8】p285图由于施加外加阴极电流，阳极电流ia比原来腐蚀电流ic小了，金属的腐蚀速度也相应降低，其差值为icia，称为保护效应。当外加阴极电流继续增大，金属体系的电位变得更负，当金属总电位降到微电池阳极起始电位时，阳极腐蚀电流为零，阴极腐蚀电流全部由外加阴极电流组成，此时金属得到了完全保护，腐蚀停止了。这时的金属电位称为最小保护电位，达到最小保护电位时金属所需的外加电流密度称为最小保护电流密

27、度。也就是说要使金属得到完全保护，必须把金属阴极极化到其腐蚀微电池的阳极平衡电位。【1】p246（二）、阴极保护的基本参数（1）、最小保护电位既然最小保护电位为金属极化电位达到其腐蚀微电池阳极的平衡电位，因此最小保护电位可通过热力学来计算，但实际上是根据经验数据或通过试验确定它的，列出了几种金属在海水或土壤中电解阴极保护的保护电位值。金属或合金参比电极Cu/CuSO4Ag/AgClZn铁与铜含氮环境-0.85v-0.80v+0.25v缺氮环境-0.95-0.90+0.13铜合金-0.5-0.65-0.45-0.6+0.6+0.41铝合金-0.95-1.20-0.90-1.15+0.15-0.1

28、0铅-0.60-0.55+0.50 (2)最小保护电流密度最小保护电流密度与被保护金属的种类，腐蚀介质的成分，温度及流速，保护系统电路的总电阻，金属表面是否有覆盖层等因素有关其大小由几个mA/m2到几百个mA/m2由于影响因素很多也多根据经验来确定，如表为钢铁构件在不同环境中所需最小保护电流密度。钢铁的保护电流密度环境条件保护电流密度mA/m2稀H2SO4室温1200海水流动150淡水流动60高温淡水氧饱和180高温淡水脱氧40环境条件保护电流密度mA/m2中性土壤细菌繁殖400中性土壤通气40中性土壤不通气4混凝土含氮化物4混凝土无氮化物1（三）牺牲阳极保护法阴极保护可通过两种方法实现：一是

29、牺牲阳极法，二是外加电流法。牺牲阳极法是在被保护的金属上连接电位更负的金属或合金，作为牺牲阳极，靠它不断溶解所产生的电流对被保护的金属进行阴极极化，达到保护的目的。牺牲阳极法阴极保护技术，包括阳极材料的选择和设计完整施工等1、 牺牲阳极材料 牺牲阳极材料应满足以下要求电位足够负，从而提供充分电子使被保护金属设备发生阴极极化，但是电位不要太负，以免在阴极区析出氢破坏被保护金属表面有机涂层或引起氢脆，牺牲阳极电位与保护金属电位之差为驱动电位，一般要求驱动电位在0.25v左右。现场输出电量要高阳极反腐蚀电流要高阳极极化率要小，容易活化。阳极要均匀腐蚀，腐蚀产物易脱落一般常用材料是：锌和锌合金，如Zn

30、0.6Al0.1Cd镁合金Mg6Al3Zn铝合金（通过合金化能破坏铝阳极的表面膜） ( 铝具有足够负的电位和较高的热力学活性，而且密度小，发生电量大，原料易得、价格低廉，是制造牺牲阳极的理想材料。但未合金化的铝容易钝化，具有比较正的电位。若构成阴极保护回路，在阳极极化下电位变得更正，以至不能实现有效的保护。因此纯铝不能作为牺牲阳极材料。)但在电阻小的海水中不易用镁合金（因为电位太负使钢结构脱漆）。2、 阳极形状常用的有棒状，板状，块状，因棒状阳极长度较大，主要用于地下结构或容器内部，板状或块状阳极主要用于船舶外表面水下钢结构。手镯式阳极适用于圆柱状海底管线。3、 牺牲阳极数量 根据保护面积和所

31、需要保护电流密度计算出总的保护电流然后测出每块阳极发出的电流，即可求得单块阳极发出电流，用下述公式计算：式中阳极驱动电位，A阳极暴露面积，通常取表面积85，介质电阻率4、 牺牲阳极位置为了使电流均匀分布在被保护金属构件上，阳极分布应均匀，有时为了保护腐蚀较严重区域也可多装些阳极。（四）外加电流保护法外加电流保护系统主要由几部分组成，辅助阳极，直流电源，参比电极，外加电流保护系统设计。【1】p247中间1、 辅助阳极在外加电流阴极保护系统中，与直流电源正极相连接的外加电极，叫做辅助阳极(图114bAA在前面13页)，（其作用是使外加电流从它经过介质达到被保护结构，从而构成完整的电回路。原则上说，

32、任何导体，无论是金属还是非金属，都可用作辅助阳极。但理想的阳极材料应具备以下性能：【9】243：（辅助阳极材料应具有如下性质：） 导电性能良好，电耗少； 排流量大，即允许电流密度高； 具有一定的强度，耐磨损，抗冲击震动； 易于加工和安装； 易于购买到，价格低廉。辅助阳极材料 【5】p21： 1)导电性好，阳极介质的界面电阻低，极化小，排流量大，即在一定的电压下单位面积的阳极上能通过的电流大；， 2)耐腐蚀，通电时消耗量小，寿命长； 3)具有足够的机械强度，耐磨，耐机械振动； 4)容易加工，便于安装； 5)材料易得，价格便宜。 辅助阳极材料可分可溶、微溶及不溶三类(表117)导电性能好，阳极与电

33、解质之间电阻率低，排流量大（即在一定电压下，单位阳极表面能通过最大电流），具有较低的溶解速度，有一定机械强度，耐磨耐腐蚀，来源方便，便宜，常用辅助阳极材料及性能如下表所示【9】p2432、 直流电源 外加电流保护系统需低电压大电流，输出可调的直流电源，使用较多的是可控硅恒电位仪。3、 参比电极 参比电极在外电流保护系统中用来测量被保护体的电位并向控制系统传送信号以便调节保护电流大小，使结构电位处于给的范围内，用的最多的是 银/氯化银电极，铜/硫酸铜电极，甘汞电极等。4、外加电流保护系统设计本文最后有阴极保护示意图实例等外加电流保护系统设计包括以下内容：（1） 选择保护系数 主要是选择合适的保护

34、电流密度和保护电位，保护电流密度大小与金属材料种类，表面状态及环境各件有关均有表格可查，如铜在无菌中性土壤中保护电流密度为4.316.1mA/m2，而在海水中为53.8269mA/m2，钢结构在海水中保护电位为-0.75-0.95v（参比电极为Ag/AgCl）（2） 辅助阳极布置 辅助阳极有两种布置方法，一是近阳极布置即辅助阳极直接安装在被保护金属构件上，另一种是远阳极布置，即阳极放在被保护构件几米甚至几十米以外，远阳极布置保护范围大，需要阳极数量少，更换阳极方便，但耗电量大，阳极消耗大，且易漏电，产生杂散电流腐蚀，而近阳极布置则相反，通常船舶，地下管道，水闸门常用近阳极布置，海上采油平台采用

35、远阳极布置。5、 阴极保护应用范围 阴极保护用于船舶，近海石油工业设施，地下管道，电缆，海上采油平台，石油化工机械等。在采用阴极保护时应注意以下内容腐蚀介质必须是导电的。如气体介质则不能采用此法。金属材料在所处介质中易极化，从而避免耗电量过大。由于阴极附近PH值增加，（因为H2析出）对不耐碱性腐蚀的金属如钍不易采用阴极保护如果金属原来处于钝态，若外加阴极极化后可能使其活化采用阴极保护反而会加速腐蚀，当然也不易采用阴极保护。举例：【22】131： 郑州市燃气系统防腐蚀工作的成功案例 郑州市燃气系统防腐蚀工作中，最成功的案例是郑州市天然气长输管线的防腐。郑州市天然气的长输管线起点在开封，终点为郑州

36、，长度75km，材质为普通碳钢，压力等级为032(最低)16MPa(最高)，规格为p377X 7的螺旋焊缝钢管，外防腐层为加强级石油沥青玻璃丝布。为了加强其防腐效果，在设计时就同步考虑了阴极保护加防腐涂层双重保护方案，并在长输管线施工的同时，建设了开封、中牟、郑州外加电流阴极保护站(浅埋阳极)对长输管线进行阴极保护。每个站采用一台洛阳725所产的恒电位仪。长输管线的年阴极保护电费在300元左右，每年用于长输管线的综合维护费用为5万元。长输管线自投产以来，由于采用了外防腐层加阴极保护的综合防腐措施，效果很好，其外壁完好如初。尽管16年来长输管线的外防腐层曾多次遭到人为破坏，但由于有阴极保护措施，

37、没有发现任何因外防腐层破损而造成的腐蚀穿孔现象，保证了长输管线的长期安全运行。长输管线的设计使用寿命是16年，现在已经使用16年整了，按现在情况看，至少还可以再使用16年。长输管线阴极保护设施建设费用总计为1138万元，以这么低的投资，再加上16年的运行电费及维护费不足200万元。当年长输管线的建设费用为3000余万元。通过采取可靠的防腐蚀措施，延长了长输管线的使用寿命，等于为郑州燃气股份有限公司节省了2800万元的新。长输管线建设费用，经济效益是非常可观的二阳极保护（适用于在介质中易于阳极钝化的金属） 将被保护的金属设备与外加直流电源的正极相接，在腐蚀介质中使其阳极极化至一定电位，在该电位下

38、，金属建立钝态并维持钝态，从而使设备得到保护的方法称为阳极保护法，其装置如下图所示，【8?】p294图，【8?】p295图, 【5】-61?（一）阳极保护的几个参数1、 致钝电流密度ip 【8?】p294 金属在介质中建立钝态的临界电流密度，即致钝电流密度ip越小越好，这样可以减小致钝过程中金属设备的阳极溶解，降低整流器容量减小设备投资。影响致钝电流密度的因素有金属材料及腐蚀介质（温度，浓度，阻值）和钝化所需时间有关，对于一定的电量，时间越长所需电流就越小，因此延长建立钝化时间可以减小致钝电流密度，但是，当电流密度小于某一极限值，即使无限延长通电时间也无法建立钝态。实际进行阳极保护时，常采用逐

39、步建立钝化才能降低致钝电流密度即先将设备接上电源，然后慢慢地将腐蚀介质倒入设备因为已致钝部分消耗电量少，电量主要消耗于新溶解金属部分，这样可以大大降低致钝电流密度。2、维钝电流密度ipp 维钝电流密度代表金属在钝态下的腐蚀速度，维态电流密度越小，设备腐蚀速度越低。3、钝化电位范围 这个范围越宽越好，因为他可以允许电位在较大的数值范围内波动而不致于有进入活化区或钝化区的危险，从而加速通电情况下腐蚀，这个范围一般不小于50mv表为部分金属材料在某些介质中进行阳极保护的三个参数。金属材料在介质中阳极保护的参数：介质材料温度致钝电流密度A/m2维钝电流密度A/m2钝化区电位范围mv100H2SO4碳钢

40、27620.31+100以上96100H2SO4碳钢936.20.46+600以上96100H2SO4碳钢2709303.1+800以上96H2SO4碳钢491.550.77+800以上67H2SO4不锈钢2460.001+30+80067H2SO4不锈钢66420.003+30+80075H3PO4碳钢2723223+600+140085%H3PO4不锈钢13546.53.1+200+70020%HNO3碳钢20100000.07+900+130050%HNO3碳钢3015000.03+900+120080%HNH3不锈钢240.010.0170%硫酸不锈钢沸腾100.10.2+100+50

41、020NaOH不锈钢24470.1+50+4004、 实施阳极保护时应注意以下几点： Cl-浓度高的介质中不能采用阳极保护，因Cl-离子能局部破坏钝化膜造成腐蚀在酸性介质中或金属对氢脆敏感的情况下易采用阴极保护【9】p244：阳极保护就是使金属的电位处于稳定钝化区的防腐蚀方法，使金属改变电位而保持钝态的方法有如下三种。 (1)用外电源进行阳极极化将被保护的金属作为阳极，当阳极电流密度达到致钝电流密度(图212中Imax)时，金属发生钝化，然后用较小的电流密度(图212中Ip，)，使金属的电位维持在钝化的范围内。 (2)往溶液中添加氧化剂如吹人空气、添加三价铁盐、硝酸盐、铬酸盐、重铬酸盐等，使溶

42、液的氧化还原电位升高，促进钝化。但是，这种方法要求氧化剂达到一定浓度，否则反而会加速腐蚀。 (3)合金的阴极改性处理在合金中添加少量的贵金属元素Pd、Pt等，由于它们起着强阴极的作用，加速阴极反应，使合金电位正移到钝化区内，从而得到保护。在溶液中添加Pt4+、Pd2+、Ag+、Cu2+等，由于这些金属离子在合金表面上的还原，也有类似的作用。 参照图212，阳极保护有如下三种参数： (1)致钝电流密度是金属在给定环境介质中发生钝化所需的最小电流密度(图2-12中Imax)； (2)维钝电流密度是金属在给定环境介质中维持钝化所需的电流密度(图2-12中Ip)； (3)稳定钝化区的电位范围这是钝化过

43、渡区与过钝化区之间的电位范围，即图2-12中EtrEF，超出这个范围，则金属快速溶解。 很明显：Imax小，则易于致钝；Ip小，则易于维钝；EtrEp50mV，则便于控制。 表11-8示例地列出几种金属价质系统的阳极保护参数。（二）阴极保护与阳极保护的比较 以下用比较的方法讨论阴极保护与阳极保护的特点以便根据情况选择阳极保护（表）阳极保护较晚，目前主要应用于硫酸储槽，铁路槽车，碳化塔冷却水箱。项目阴极保护阳极保护1适用的金属一切金属只适用用于钝化金属2适用的腐蚀介质弱到中等腐蚀介质各种腐蚀性3电能消耗较多较少4电流分解能力容易均匀比较容易5保护系数测定经验（不可靠）或实地测量（麻烦）实验室测量

44、（精确）6投资较少高【5】p55：阴极保护与阳极保护的比较：阴极保护与阳极保护都属于电化学保护，适用于电解质中连续液相部分的保护，但又各具特点。 (1)原则上说，电解质中的一切金属都可以实行阴极保护(有负保护效应者除外)。而阳极保护只适用于能实现阳极钝化的体系，应用范围较窄。 (2)阴极保护时，被保护金属不会发生电解腐蚀。如电位控制合适，可完全抑制腐蚀。其保护电流与腐蚀速度间无简单的对应关系。阳极保护初始需用大电流建立钝态，致钝后以维钝电流密度(大体相当于腐蚀速度)继续电解腐蚀。 (3)阴极保护时，电位偏离保护电位通常只是保护效率降低，但不会加速腐蚀。而阳极保护时，若电位偏离钝化区，则会加速腐

45、蚀。 (4)阴极保护一般用于较弱或中等腐蚀性的环境中的金属结构的保护。在腐蚀性强或强氧化性的介质中由于消耗保护电流太大，而很少采用阴极保护。但在强氧化介质中却有利于金属钝化，可有效地实施阳极保护。 (5)阴极保护时，电位过负有氢脆的危险，而阳极保护的设备不存在氢脆的危险。 (6·)阴极保护时，选择耐蚀辅助阳极材料不容易。而阳极保护中的辅助阴极，本身会受到一定程度的保护。 一般说来，在强氧化性介质中可优先考虑采用阳极保护。在既可采用阳极保护，又可采用阴极保护，且二者的保护效果相差不多时，则应优先考虑阴极保护。如果存在氢脆问题，则应采用阳极保护。§74采用覆盖层在金属表面形成保

46、护性覆盖层，可以避免金属与腐蚀介质直接接触，是阻碍金属腐蚀广泛采用的方法一、 金属性覆盖层：【1】250，讲课可用在此文件最后 电镀【1】250，讲课可用非金属冷层：【1】250，讲课可用1涂料保护层沥青保护层，也在表面材料讲述此外还经常采用以下材料：玻璃钢衬里，硬板衬里，塑料及其衬里，橡胶衬里（1） 玻璃钢衬里 玻璃钢衬里就是在金属设备的那表面用手工贴衬玻璃纤维织物并涂刷胶液形成玻璃钢防腐层。所用原料是玻璃布及合成树脂有环氧树脂，酚醛树脂，呋喃树脂，不饱和聚酯树脂等，此外还有固化剂，增韧剂，稀释剂等。（2）硬板衬里 所谓硬板衬里就是在金属设备的内壁用胶泥衬砌耐腐蚀硬板等块状材料将腐蚀介质与基

47、体设备隔离从而起到防腐作用。耐腐蚀硬板有天然木材，瓷砖与瓷板，铸石砖板和不透性石墨。铸石它是以辉绿岩或玄武岩为主要原料，自配？闪石，白云石，萤石等附加原料京熔炼，浇铸成型，退火，结晶而形成。所用的胶泥可以是水玻璃，填料和固化剂氟硅酸钠组成，也可以是合成树脂胶泥，硬板衬里主要用于强腐蚀性介质，高温，高压，腐蚀条件下的设备防腐。（3）塑料及其衬里：在防腐是领域，塑料是一种耐腐蚀性能优越的材料。常用的耐腐蚀塑料聚乙烯，聚丙烯，聚氟乙烯，聚氯乙稀，其中以聚氯乙烯最为广泛（PVC）。硬聚氯乙稀可制作管、板、焊条等产品，软聚四氯乙烯可以作衬里，软聚四氯乙烯可以用胶粘剂固定在钢壳内部也可以用螺栓固定，内衬钢

48、箍等方法固定之。（4）橡胶衬里橡胶衬里具有良好的物理机械性能，耐蚀性和耐磨性，作为金属设备衬里与基体粘者力强，易施工抢修，因而在石油，化工，制药，有色冶金，食品等工业部门得到广泛应用，橡胶用的胶板，按橡胶含硫量不同可将橡胶分为硬橡胶（含硫量大于40）半硬橡胶（含硫量1040）软橡胶（含硫量14），此外还有粘结橡胶用的胶浆片（含硫量3839）1、 橡胶衬里的选用原则 软橡胶板弹性好，抗变形能力大，适用于温度变化大，有冲击振动的场合，在65以下可耐任何浓度的NaOH，氨水，和中性盐溶液以及5硫酸；半硬橡胶具有良好的耐寒性，抗冲击性和耐腐蚀性；在65以下可以耐任何浓度盐酸，NaOH，氨水，及50硫酸

49、；硬胶板化学稳定性好，耐热性好，抗老化及抗气体渗透能力好与金属基体粘结力强，耐65以下任何浓度盐酸，NaOH，氨水，和中性盐溶液以及50硫酸，40以下的氢氟酸和10以下次氯酸钠2、 橡胶衬里工艺（如下图所示）§75腐蚀设计腐蚀和腐蚀的控制是该贯穿于产品设计，生产，适用等环节有许多腐蚀是由于结构设计和工艺不合格，选材不当，保护方法选择不正确造成的，如果在设计阶段，就能考虑到腐蚀与防腐蚀并采用适当的措施，无疑将会延长设备使用时间。一防腐蚀结构设计1、 腐蚀余量 从手册中查出腐蚀速度，腐蚀量/年，根据设备的使用年限算出腐蚀余量，且实际使用时应比计算值高一倍，因为考虑到不均匀腐蚀，使局部地区

50、腐蚀更深。2、 避免存在水分或其他腐蚀介质， 为此结构要尽量简单，避免凹槽，盲孔，缝隙等。3、 尽可能采用焊接结构，不用铆接，若用焊接尽可能用对焊，避免产生缝隙腐蚀。4、 避免容器直接坐在多孔性基础上，以减少缝隙腐蚀5、 表面设计要合理腐蚀都是从表面开始的，为了减少腐蚀，表面应简单致密光滑。6、 为了减少电腐蚀可采取当两种可能产生电偶腐蚀材料联接时，在两者加绝缘垫片。当两种产生电偶腐蚀材料连接时，将连接处密封起来防止电解液从缝隙进入同一构件应尽量选用同一种金属或尽量选用电解序中位置相近的材料7、减缓结构应力，从而避免应力开裂和腐蚀疲劳。如应尽力减少应力集中，避免界面突然变化，使受热的构件均匀受

51、热。【5】215221：【5】p215:85 防腐蚀结构设计 通过合理的结构设计来避免或减轻腐蚀，是一种最为节省、经济，也是最为有效的防腐蚀措施。因此，设计中应充分注重防腐蚀结构设计。 防腐蚀结构设计，就是通过适当地改变设备、装置及部件的形状、布局，调整其相对位置或空间位置，来达到控制腐蚀的目的。在满足设备、装置的功能和工艺要求的条件卞，可对结构进行创造性设计。在结构设计中，主要考虑下述问题： (1)结构形状尽可能简单、合理 形状简单的结构易于采取防腐蚀措施。形状复杂的结构件，往往存在死角、缝隙、接头，在这些部位易造成腐蚀介质积存、排放不尽、浓缩等现象，从而引起腐蚀。 在无法简化结构的情况下，

52、可考虑将腐蚀严重的部位与其它部位分离的方法，并且使其便于拆卸，以利于维修或更换。如图82所示的聚乙烯醇生产中的粉末分离器。 (2)防止残存水分或腐蚀介质的腐蚀 对于水溶液腐蚀来讲，没有水分或腐蚀性电解质是不会发生腐蚀的。因此，在设计中，应尽可能地采取各种构型、排液孔等方式，来避免在构件中残存液体，如图83和图84所示。图8-4 防止水分和尘粒积聚的结构设计示意图 (a)不好，可能积聚水分和尘粒；(b)、(c)、(d)、(e)把可能积聚水分的结构置于介质作用之外； (f)采用排水孔，(g)加入缓蚀剂；(h)保证清扫，(i)装自动清水结构；(j)可积水处用填料填充 (3)防止电偶腐蚀 由于装置、设

53、备往往采用多种材料构成，因此，应慎重考虑异种金属材料相接触时可能引起的电偶腐蚀。判别电偶腐蚀的倾向，是依据异种金属材料在电解质中的电位差。一般的专业书中只列出了常用材料在海水中的电偶序。对于实际体系，应对所选用材料在介质中的电位进行实际测量，以判断电偶腐蚀发生的可能性。 防止电偶腐蚀的原则：1) 异种金属材料避免直接接触 在无法避免，又不允许采用绝缘措施的情况下，应尽可能地选择其电位相近的材料进行匹配。 2)在相接触的金属材料间插入绝缘材料如图85、图86所示。2) 采用加入第三种金属材料，降低异种金属材料的电位差。如图87所示。 4)改变异种金属材料的阴阳极面积比 在不可避免异种金属材料直接

54、接触时，应尽可能形成大阳极小阴极的状况，以尽可能减缓阳极金属材料的腐蚀速度。 5)涂料隔离保护 在使用时应注意，涂料应涂在电位相对更正的金属部分上。如仅在电位相对较负的金属一侧涂以涂料，则将由于保护层有小孔而形成严重的点腐蚀，使有涂料部分的金属反而穿孔泄漏。例如有一座厂房结构，设计者采用了铝屋面和钢屋架，由于厂房内经常被水汽弥漫，为了防止铝屋面腐蚀，用涂料防护，原来设计预计使用几十年的铝屋面在半年内就发生局部腐蚀穿孔。分析其原因就是由于把涂料涂在贱金属一侧，而涂层有微孔，微孔下的铝就成为小阳极，钢屋架为大阴极，所以铝板发生严重的点蚀穿孔。其实只要在铝屋面与钢屋架之间用塑料绝缘，腐蚀就可防止。 6)注意一切可能引起电偶腐蚀的因素，如表82所列的情况。 (4)防止缝隙腐蚀 设备、装置中存在的大量铆接、销钉连接、螺栓连接、法兰连接往往造成不可避免的缝隙，从而引起缝隙腐蚀。在设计上，可考虑采取必要的措施，防止缝隙腐蚀，如图88、图89所示。 在诸如法兰连接或为了防止电偶腐蚀而采用垫圈垫片时，要注意防止发生缝隙腐蚀。 (5)防止应力腐蚀 1)控制工作应力和消除残余应力 条件应力的来源有工作应力、装配应力、热应力和残余应力。在交变或脉动和应力集中联合作用下，还会导致腐蚀疲劳，因此应进行消除应力的热处理或用某些方法降低残