埋地钢质管道腐蚀与防护

1、1.1 概述金属材料腐蚀非金属材料腐蚀化学腐蚀电化学腐蚀高温腐蚀常温腐蚀材料类型腐蚀机理腐蚀环境分类依据大气腐蚀土壤腐蚀自然环境依据腐蚀的环境状态（自然环境和工业环境）淡水腐蚀海水腐蚀微生物腐蚀酸性溶液碱性溶液工业环境盐类溶液工业水中液态金属电偶腐蚀点蚀局部腐蚀依据腐蚀形态缝隙腐蚀晶间腐蚀选择性腐蚀氢致开裂应力腐蚀共同作用腐蚀疲劳腐蚀磨损均匀腐蚀不均匀腐蚀全面腐蚀管道（设备）材料腐蚀图片管道（设备）材料腐蚀图片金属的电化学腐蚀金属的电化学腐蚀（一）金属腐蚀（一）金属腐蚀1.1.概念：概念：金属或合金与周围接触到的气体或液体进金属或合金与周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程。行化学

2、反应而腐蚀损耗的过程。2.2.金属腐蚀的本质金属腐蚀的本质金属原子失去电子变成阳离子而损耗金属原子失去电子变成阳离子而损耗3.3.金属腐蚀的分类：金属腐蚀的分类：化学腐蚀和电化学腐蚀化学腐蚀和电化学腐蚀绝大多数金属的腐蚀属于电化学腐蚀绝大多数金属的腐蚀属于电化学腐蚀电化学腐蚀通常有析氢腐蚀和吸氧腐蚀电化学腐蚀通常有析氢腐蚀和吸氧腐蚀一、原电池一、原电池构成原电池的基本条件是什么？构成原电池的基本条件是什么？ （1 1）必须自发进行氧化还原反应必须自发进行氧化还原反应 （3 3）两个电极必须插入两个电极必须插入电解质溶液中电解质溶液中或或熔融熔融 的电解质中的电解质中；（4 4）两个电极必须两个

3、电极必须相连相连并形成并形成闭合回路闭合回路。（2 2）必须有必须有两种活泼性不同的两种活泼性不同的导电材料导电材料作电极；作电极；把把化学能化学能转化为转化为电能电能的装置。的装置。化学腐蚀化学腐蚀与与电电化学腐蚀化学腐蚀的比较的比较电化学腐蚀比化学腐蚀电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多普遍得多金属跟接触到的物质直金属跟接触到的物质直接发生化学反应接发生化学反应不纯金属跟接触的电解不纯金属跟接触的电解质溶液发生原电池反应质溶液发生原电池反应无电流无电流无原电池无原电池构成无数微小原电池构成无数微小原电池有弱电流有弱电流金属被腐蚀金属被腐蚀较活泼金属被腐蚀较活泼金属被腐蚀金属原子失去电子变成阳离子而

4、损耗金属原子失去电子变成阳离子而损耗钢铁的电化学腐蚀钢铁的电化学腐蚀钢铁表面吸附的水膜酸钢铁表面吸附的水膜酸性较強时性较強时Fe - 2e- = Fe2+2H+ + 2e- = H2Fe+ 2H+ = Fe2+ H2钢铁表面吸附的水膜酸钢铁表面吸附的水膜酸性较弱或呈中性时性较弱或呈中性时Fe - 2e- = Fe2+O22H2O4e-=4OH-Fe2+2OH-=Fe(OH)24Fe(OH)2 +O2+2H2O=4Fe(OH)34Fe(OH)3Fe2O3xH2O(铁锈铁锈)+(3-x)H2O吸氧腐蚀吸氧腐蚀比比析氢腐蚀析氢腐蚀普遍得多普遍得多钢铁表面钢铁表面形成的微小形成的微小原电池原电池示意图

5、示意图钢铁的钢铁的析氢腐蚀析氢腐蚀示意示意图图钢铁的钢铁的吸氧腐蚀吸氧腐蚀示意示意图图知识总结知识总结1、2、金属阳离子金属阳离子失失e-氧化反应氧化反应金属腐蚀的类型金属腐蚀的类型化学腐蚀化学腐蚀电化腐蚀电化腐蚀析氢腐蚀析氢腐蚀吸氧腐蚀吸氧腐蚀（常见普遍）（常见普遍）. 金属腐蚀金属腐蚀金属原子金属原子金属腐蚀的本质：金属腐蚀的本质：3、金属腐蚀：金属腐蚀：是指金属或合金跟接触的气体或液体发生化学是指金属或合金跟接触的气体或液体发生化学反应（氧化反应（氧化还原）而腐蚀损耗的过程。还原）而腐蚀损耗的过程。4.钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较Fe2O3 nH2O（铁锈铁锈

6、）通常两种腐蚀同时存在，但以后者更普遍。通常两种腐蚀同时存在，但以后者更普遍。析氢腐蚀析氢腐蚀吸氧腐蚀吸氧腐蚀条件条件水膜呈水膜呈酸性酸性。水膜呈水膜呈中性中性或或酸性很弱酸性很弱。CO2+H2OH2CO3 H+HCO 3- 电极反应电极反应负极负极Fe(- )Fe-2e=Fe2+2Fe-4e=2Fe2+正极正极C(+)2H+2e=H2O2+2H2O+4e=4OH-总反应总反应:Fe+2H+=Fe2+2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)24Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3联系联系钢铁腐蚀的防护：钢铁腐蚀的防护：例例6：改变金属的内部组织结构：如将改变金属的内部组织结构：如

7、将Cr、Ni等金属加进钢等金属加进钢里制成合金钢。里制成合金钢。A.C. 铜的金属活动性比氢小，因此不宜被氧化；铜的金属活动性比氢小，因此不宜被氧化；B.D.它们的表面都电镀上了一层耐腐蚀的黄金；它们的表面都电镀上了一层耐腐蚀的黄金；2000年年5月，保利集团在香港拍卖会上花费月，保利集团在香港拍卖会上花费3000多万港多万港币购回在火烧圆明园时流失的国宝：铜铸的牛首、猴币购回在火烧圆明园时流失的国宝：铜铸的牛首、猴首和虎首，普通铜器时间稍久容易出现铜绿，其主要首和虎首，普通铜器时间稍久容易出现铜绿，其主要成分是成分是Cu2(OH)2CO3这三件这三件1760年铜铸的国宝在年铜铸的国宝在240

8、 年后看上去仍然熠熠生辉不生锈，下列对起原因的分年后看上去仍然熠熠生辉不生锈，下列对起原因的分析，最可能的是析，最可能的是环境污染日趋严重，它们表面的铜绿被酸雨溶解洗去；环境污染日趋严重，它们表面的铜绿被酸雨溶解洗去；（ D ）它们是含一定比例金、银、锡、锌的合金；它们是含一定比例金、银、锡、锌的合金；2.金属表面覆盖保护层金属表面覆盖保护层3.电化学保护法电化学保护法原理：原理：原理原理 ：如油漆、油脂等，电镀（如油漆、油脂等，电镀（Zn,Cr等易氧化形成致密的氧化等易氧化形成致密的氧化物薄膜）作保护层。物薄膜）作保护层。隔绝金属与外界空气、电解质溶液的接触。隔绝金属与外界空气、电解质溶液的

9、接触。牺牲阳极的阴极保护法牺牲阳极的阴极保护法形成原电池反应时，让被保护金属做正极，不反形成原电池反应时，让被保护金属做正极，不反应，起到保护作用；而活泼金属反应受到腐蚀。应，起到保护作用；而活泼金属反应受到腐蚀。牺牲阳极牺牲阳极的的阴极保护法阴极保护法示意图示意图 牢记形成原电池的四个条件：牢记形成原电池的四个条件： 必须自发进行氧化还原反应必须自发进行氧化还原反应两个活动性不同的金属或金属和非金属两个活动性不同的金属或金属和非金属（如石墨）做电极。（如石墨）做电极。 电解质溶液。电解质溶液。形成闭合回路形成闭合回路金属的防护金属的防护方方 法：法：1.1.改变金属的内部组织结构（如制不锈钢

10、）改变金属的内部组织结构（如制不锈钢）2.2.在金属表面覆盖保护层：在金属表面覆盖保护层：（1）在表面刷一层油漆；）在表面刷一层油漆；（2）在表面涂上机油；）在表面涂上机油；（3）在表面镀一层其他耐腐蚀金属；）在表面镀一层其他耐腐蚀金属；（4）在表面烧制搪瓷）在表面烧制搪瓷 ；（5）使金属表面形成致密的氧化膜）使金属表面形成致密的氧化膜 。3 3. .电化学保护法电化学保护法 ：（1）牺牲阳极的阴极保护法）牺牲阳极的阴极保护法(原电池原理接原电池原理接一个更活泼的金属一个更活泼的金属) （2）外加电流的阴极保护法（电解池原理）外加电流的阴极保护法（电解池原理） 不纯的金属或合金，在潮湿空气中形

11、成微电池发生电化腐蚀，活泼不纯的金属或合金，在潮湿空气中形成微电池发生电化腐蚀，活泼金属因被腐蚀而损耗，金属腐蚀的快慢与下列二种因素有关：金属因被腐蚀而损耗，金属腐蚀的快慢与下列二种因素有关：1）与构成微电池的材料有关，）与构成微电池的材料有关，两极材料的活动性差别越大，两极材料的活动性差别越大，电动势越大，氧化还原反应的速度越快，活泼金属被腐蚀的速度就电动势越大，氧化还原反应的速度越快，活泼金属被腐蚀的速度就越快；越快；2）与金属所接触的电解质强弱有关，）与金属所接触的电解质强弱有关，活泼金属在电解质溶液活泼金属在电解质溶液中的腐蚀快于在非电解质溶液中的腐蚀，在强电解质溶液中的腐蚀中的腐蚀快

12、于在非电解质溶液中的腐蚀，在强电解质溶液中的腐蚀快于在弱电解质溶液中的腐蚀。快于在弱电解质溶液中的腐蚀。一般说来可用下列原则判断：一般说来可用下列原则判断：（电解原理引起的腐蚀）原电池原理引起的腐蚀（电解原理引起的腐蚀）原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有防腐措施的腐蚀化学腐蚀有防腐措施的腐蚀1.2 腐蚀与防护基本原理选择腐蚀晶间腐蚀缝隙腐蚀小孔腐蚀电偶腐蚀局部腐蚀全面腐蚀按形态分类1.2 腐蚀与防护基本原理1.2 腐蚀与防护基本原理1.2 腐蚀与防护基本原理1.2 腐蚀与防护基本原理1.2 腐蚀与防护基本原理1.2 腐蚀与防护基本原理晶间腐蚀1.2 腐蚀与防护基本原理1.2 腐蚀与防护基本原理1.

13、2 腐蚀与防护基本原理1.2 腐蚀与防护基本原理1.2 腐蚀与防护基本原理1.2 腐蚀与防护基本原理1.2 腐蚀与防护基本原理1.2 腐蚀与防护基本原理1.2 腐蚀与防护基本原理 类型：类型：非电解质溶液和干燥气体的化学作用非电解质溶液和干燥气体的化学作用 引起的腐蚀。引起的腐蚀。电解质溶液产生的电化学作用而引起电解质溶液产生的电化学作用而引起 的腐蚀的腐蚀(最常见最常见)。应力和腐蚀介质联合作用下产生的破应力和腐蚀介质联合作用下产生的破 坏坏(危害很大危害很大)。腐蚀环境腐蚀环境+交变应力，使疲劳强度明交变应力，使疲劳强度明 显低于正常值的现象。显低于正常值的现象。金属由于在腐蚀、酸洗、电镀

14、等过程金属由于在腐蚀、酸洗、电镀等过程中吸收了原子氢而使性质变脆甚至中吸收了原子氢而使性质变脆甚至引发延迟裂纹现象。高强钢、钛合引发延迟裂纹现象。高强钢、钛合金尤为敏感。金尤为敏感。表表12-1 1) 金属材料：金属材料： 钛合金不锈钢低合金钢钛合金不锈钢低合金钢 铸铁铸铁碳钢。碳钢。 铝合金在大气和水中耐蚀。铝合金在大气和水中耐蚀。 青铜黄铜铜（大气和海水中）；青铜尚耐有机酸青铜黄铜铜（大气和海水中）；青铜尚耐有机酸稀溶液腐蚀。稀溶液腐蚀。表表12-22)高分子材料高分子材料 不发生电化学腐蚀；不发生电化学腐蚀； 在介质中发生裂解、溶胀、溶解、银纹和开裂（或称老在介质中发生裂解、溶胀、溶解、

15、银纹和开裂（或称老化）；化）； 在各种酸碱盐中较好耐蚀性，可替代金属作腐蚀严重的在各种酸碱盐中较好耐蚀性，可替代金属作腐蚀严重的化工容器、管道等塑料以及防蚀衬里、弹性材料或密化工容器、管道等塑料以及防蚀衬里、弹性材料或密封材料（橡胶）。封材料（橡胶）。3)无机非金属材料无机非金属材料 具有很好的耐酸、碱、盐腐蚀及耐老化、耐日晒能力，具有很好的耐酸、碱、盐腐蚀及耐老化、耐日晒能力，且耐溶剂及耐油。且耐溶剂及耐油。 耐蚀材料选材因素耐蚀材料选材因素6方面方面：（参见教材：（参见教材12.2.2） 常见介质中最耐蚀的合金：常见介质中最耐蚀的合金：表表 12-3 去除介质中有害成分（去除介质中有害成分

16、（O2、Cl等），如锅炉用水除氧等），如锅炉用水除氧（加热或亚硫酸钠化学除氧）。（加热或亚硫酸钠化学除氧）。 添加缓蚀剂，使电化学反应缓慢，如切削液中加亚硝酸添加缓蚀剂，使电化学反应缓慢，如切削液中加亚硝酸盐、汽车水箱中加重铬酸钾等。盐、汽车水箱中加重铬酸钾等。 阴极保护法和阳极保护法，用于海底电缆、地下输水管阴极保护法和阳极保护法，用于海底电缆、地下输水管及大型金属结构设施。及大型金属结构设施。 阴极保护示意图。阴极保护示意图。图图 12-1 在基体金属表面覆盖一层电位更正的惰性金属层在基体金属表面覆盖一层电位更正的惰性金属层(Au、Ag、Cu、Ni、Sn等等)，起隔离保护作用，起隔离保护作

17、用(阴极覆盖层阴极覆盖层)。 在基体金属表面覆盖一层电位更负的金属在基体金属表面覆盖一层电位更负的金属(为阳极，基为阳极，基体为阴极体为阴极)，通过牺牲阳极覆盖层而保护基体金属。，通过牺牲阳极覆盖层而保护基体金属。 钝性氧化膜覆盖层钝性氧化膜覆盖层(Cr、Al、Ti等等)。 涂料、塑料；搪瓷、玻璃涂料、塑料；搪瓷、玻璃(耐高温、耐腐蚀，但脆耐高温、耐腐蚀，但脆)；非；非金属转化膜金属转化膜(钢铁发兰、磷化，铝的阳极化钢铁发兰、磷化，铝的阳极化)等。等。 返回 返回 返回 返回1.3 管道（设备）腐蚀防护技术1.3 管道（设备）腐蚀防护技术1.3 管道（设备）腐蚀防护技术1.3 管道（设备）腐蚀

18、防护技术1.3 管道（设备）腐蚀防护技术1.3 管道（设备）腐蚀防护技术1.3 管道（设备）腐蚀防护技术1.3 管道（设备）腐蚀防护技术1.3 管道（设备）腐蚀防护技术1.3 管道（设备）腐蚀防护技术1.3 管道（设备）腐蚀防护技术1.3 管道（设备）腐蚀防护技术辅助阳极被保护管道（设备）直流电源腐蚀性介质图 外加电流阴极保护示意图（箭头表示电流方向）1.3 管道（设备）腐蚀防护技术连接螺栓绝热层腐蚀性介质牺牲阳极被保护管道（设备）屏蔽层图 牺牲阳极保护示意图（箭头表示电流方向）1.3 管道（设备）腐蚀防护技术1.3 管道（设备）腐蚀防护技术 FeH2O体系的电位EpH简图 1.3 管道（设备）腐蚀防护技术被保护管道（设备）直流电源辅助阴极腐蚀性介质图 阳极保护示意图（箭头表示电流方向）1.3 管道（设备）腐