材料防腐蚀技术与工程-作业答案

1、牺牲阳极保护方法特点牺牲阳极保护方法特点1)1)不需外加电源不需外加电源，用于无电源和小规模、分散的保护对象。，用于无电源和小规模、分散的保护对象。2)2)驱动电压低驱动电压低，输出功率低，保护电流小且不可调节。阳极，输出功率低，保护电流小且不可调节。阳极 有效保护距离小，使用范围受介质电阻率的限制。有效保护距离小，使用范围受介质电阻率的限制。3)3)阳极数量较多阳极数量较多，电流分布比较均匀。但阳极重量大，会增，电流分布比较均匀。但阳极重量大，会增 加结构重量，且保护时间受牺牲阳极寿命的限制。加结构重量，且保护时间受牺牲阳极寿命的限制。 4) 4) 施工简单，单次投资费用低施工简单，单次投资

2、费用低，不需专人管理。，不需专人管理。 外加电流阴极保护方法特点外加电流阴极保护方法特点1)1)需要外部直流电源需要外部直流电源。 2)2)驱动电压高驱动电压高，输出功率和保护电流大，能人为调节、控制，输出功率和保护电流大，能人为调节、控制 阴极保护电流，阳极有效保护半径大。因此在恶劣的腐蚀阴极保护电流，阳极有效保护半径大。因此在恶劣的腐蚀 条件或高电阻率的环境中也适用。但有可能造成过保护，条件或高电阻率的环境中也适用。但有可能造成过保护， 也可能对附近金属设施造成干扰。也可能对附近金属设施造成干扰。 3)3)阳极数量少阳极数量少，系统重量轻，结构重量增加不多。难溶和不，系统重量轻，结构重量增

3、加不多。难溶和不 溶性辅助阳极消耗低、寿命长，可作长期的阴极保护。溶性辅助阳极消耗低、寿命长，可作长期的阴极保护。4)4)在恶劣环境中，系统易受损伤在恶劣环境中，系统易受损伤。设备安装、施工、维护较。设备安装、施工、维护较 复杂，一次投资费用高。复杂，一次投资费用高。 2.4.2 常用牺牲阳极材料常用牺牲阳极材料 牺牲阳极的性能主要由材料的化学成分和组织结构决牺牲阳极的性能主要由材料的化学成分和组织结构决定。对钢铁结构，能满足以上要求的牺牲阳极材料主要是定。对钢铁结构，能满足以上要求的牺牲阳极材料主要是纯镁及镁合金、纯锌及锌合金和铝合金。纯镁及镁合金、纯锌及锌合金和铝合金。 镁阳极：纯镁、镁阳

4、极：纯镁、Mg-Mn、Mg-Al-Zn-Mn三类。三类。镁阳极化学成分镁阳极化学成分() 种类种类AlZnMnFeNiCuSiMg纯纯 镁镁Mg-MnMg-Al-Zn-Mn0.010.015.3 6.50.030.032.5 3.50.010.05 1.300.15 0.600.0030.0030.0050.0010.0010.0030.0010.020.020.010.0599.95余量余量余量余量镁阳极的优点和缺点镁阳极的优点和缺点优点优点：a. 工作电位很负，可保护钢铁，也可保护铝合金等。工作电位很负，可保护钢铁，也可保护铝合金等。 b. 密度小，单位质量发生电量较锌阳极大。密度小，单位

5、质量发生电量较锌阳极大。 c. 工作电流密度大，可达工作电流密度大，可达1 4mAcm-2。 d.阳极极化率小，溶解比较均匀。阳极极化率小，溶解比较均匀。 e. 可用于电阻率较高介质可用于电阻率较高介质(如土壤和淡水如土壤和淡水)中金属设施中金属设施 的保护。的保护。缺点缺点：a. 镁阳极自腐蚀强，电流效率只有镁阳极自腐蚀强，电流效率只有50左右，消耗快。左右，消耗快。 b. 与钢铁有效电位差大，容易造成过保护。与钢铁有效电位差大，容易造成过保护。 c. 与钢结构撞击时容易诱发火花。与钢结构撞击时容易诱发火花。 d. 使用过程中析出氢气。使用过程中析出氢气。 因此在油轮等有爆炸危险的场合是严禁

6、使用的。因此在油轮等有爆炸危险的场合是严禁使用的。锌合金阳极的优点和缺点锌合金阳极的优点和缺点 锌及锌合金阳极开路电位较正，不会造成过保护锌及锌合金阳极开路电位较正，不会造成过保护。锌阳。锌阳极自腐蚀轻、电流效率高。极自腐蚀轻、电流效率高。 该类阳极与钢铁构件撞击时，没有诱发火花的危险。但该类阳极与钢铁构件撞击时，没有诱发火花的危险。但由于锌及锌合金阳极的有效电位差小，密度大，发生电流量由于锌及锌合金阳极的有效电位差小，密度大，发生电流量小，故实际应用时个数多、分布密、重量大，且不适合于电小，故实际应用时个数多、分布密、重量大，且不适合于电阻较高的土壤和淡水中。阻较高的土壤和淡水中。优点：优点

7、：1)理论发生电量大。可以制造长寿命的阳极。理论发生电量大。可以制造长寿命的阳极。 2)在海水及其他含氯离子环境中，铝合金阳极性能良在海水及其他含氯离子环境中，铝合金阳极性能良 好（溶解均匀）。好（溶解均匀）。 3)铝的资源丰富，铝合金阳极对铝纯度要求不很高。铝的资源丰富，铝合金阳极对铝纯度要求不很高。 4)密度小，安装方便。密度小，安装方便。 缺点：缺点： 1)电流效率比锌阳极低，在污染海水中性能下降。在电流效率比锌阳极低，在污染海水中性能下降。在 高阻介质高阻介质(如土壤如土壤)中阳极效率很低，性能不稳定。中阳极效率很低，性能不稳定。 2)溶解性能差。溶解性能差。 3)与钢结构撞击有诱发火

8、花的可能。与钢结构撞击有诱发火花的可能。 铝合金阳极广泛用于海洋环境和含氯离子的介质中，用铝合金阳极广泛用于海洋环境和含氯离子的介质中，用于保护海上钢铁构筑物及海湾、河口的钢结构。于保护海上钢铁构筑物及海湾、河口的钢结构。 (1) 选择性：选择性： 指某种缓蚀剂只在特定的材料指某种缓蚀剂只在特定的材料-介质体系才具备一定介质体系才具备一定的缓蚀能力。的缓蚀能力。(2) 配伍性：配伍性： 当缓蚀剂和其它药剂共同存在于介质中时，不会产生当缓蚀剂和其它药剂共同存在于介质中时，不会产生沉淀、分层、交联等不利现象，也不降低缓蚀剂和其沉淀、分层、交联等不利现象，也不降低缓蚀剂和其它药剂的效率。它药剂的效率

9、。(3) 协同效应：协同效应： 在腐蚀介质中添加两种或两种以上的缓蚀剂，其缓蚀在腐蚀介质中添加两种或两种以上的缓蚀剂，其缓蚀效果比单独使用时，不仅用量少，而且缓蚀效果更好。效果比单独使用时，不仅用量少，而且缓蚀效果更好。(4) 有效性：有效性： 由于缓蚀剂与金属表面作用需要有一定的作用时间，因由于缓蚀剂与金属表面作用需要有一定的作用时间，因此，对于缓蚀剂来说存在一个此，对于缓蚀剂来说存在一个有效作用时间有效作用时间；缓蚀剂浓度；缓蚀剂浓度不同，缓蚀剂缓蚀率也不同不同，缓蚀剂缓蚀率也不同，要达到一定的缓蚀率，必定要达到一定的缓蚀率，必定存在一个存在一个有效作用浓度有效作用浓度，低于这一浓度，缓蚀

10、率太低，或，低于这一浓度，缓蚀率太低，或有可能加速腐蚀；对于一定量或一定浓度的缓蚀剂来说，有可能加速腐蚀；对于一定量或一定浓度的缓蚀剂来说，它所保护的面积是一定的。面积值过大，缓蚀率降低或达它所保护的面积是一定的。面积值过大，缓蚀率降低或达不到应有的保护。不到应有的保护。(4) 有效性：有效性： 由于缓蚀剂与金属表面作用需要有一定的作用时间，因由于缓蚀剂与金属表面作用需要有一定的作用时间，因此，对于缓蚀剂来说存在一个此，对于缓蚀剂来说存在一个有效作用时间有效作用时间；缓蚀剂浓度；缓蚀剂浓度不同，缓蚀剂缓蚀率也不同不同，缓蚀剂缓蚀率也不同，要达到一定的缓蚀率，必定要达到一定的缓蚀率，必定存在一个

11、存在一个有效作用浓度有效作用浓度，低于这一浓度，缓蚀率太低，或，低于这一浓度，缓蚀率太低，或有可能加速腐蚀；对于一定量或一定浓度的缓蚀剂来说，有可能加速腐蚀；对于一定量或一定浓度的缓蚀剂来说，它所保护的面积是一定的。面积值过大，缓蚀率降低或达它所保护的面积是一定的。面积值过大，缓蚀率降低或达不到应有的保护。不到应有的保护。A 阳极型缓蚀剂阳极型缓蚀剂 能增加阳极极化，使自腐蚀电位正移能增加阳极极化，使自腐蚀电位正移 通常是缓蚀剂在阳极与金属离子作用，生成氧化物通常是缓蚀剂在阳极与金属离子作用，生成氧化物或氢氧化物沉积覆盖在阳极上形成保护膜，使金属或氢氧化物沉积覆盖在阳极上形成保护膜，使金属钝化

12、，是钝化，是“危险性缓蚀剂危险性缓蚀剂”： 使用时用量必须充足，否则不能充分覆盖阳极表面，使用时用量必须充足，否则不能充分覆盖阳极表面，由于暴露在介质中的阳极面积远小于阴极面积，构由于暴露在介质中的阳极面积远小于阴极面积，构成大阴极小阳极的腐蚀电池成大阴极小阳极的腐蚀电池-加剧点蚀加剧点蚀 举例：铬酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐、正磷酸盐、硅举例：铬酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐、正磷酸盐、硅酸盐、苯甲酸盐酸盐、苯甲酸盐金属离子还原的可能性 金属不能在水溶液中沉积金属不能在水溶液中沉积。如。如Na，K，Mg，Ca等标准电极电位比氢负得等标准电极电位比氢负得多，很难沉积；即使在阴极上还原，也会立即与水反应而氧化

13、。多，很难沉积；即使在阴极上还原，也会立即与水反应而氧化。 Mo，W类金属也难从水溶液中单独沉积出来，只能与其它元素形成合金实类金属也难从水溶液中单独沉积出来，只能与其它元素形成合金实现共沉积。现共沉积。 金属能从水溶液中沉积出来金属能从水溶液中沉积出来。愈靠右边的金属，越易还原，而且交换电流。愈靠右边的金属，越易还原，而且交换电流密度较小。密度较小。 要获得质量优良的镀层，还要有合理的镀液组成和合理的工艺控制。要获得质量优良的镀层，还要有合理的镀液组成和合理的工艺控制。v森吉米尔法：本法不采用化学清洗液森吉米尔法：本法不采用化学清洗液，带钢在氧化炉中带钢在氧化炉中用煤气火焰直接加热除油，带钢

14、表面生成一层薄的氧化用煤气火焰直接加热除油，带钢表面生成一层薄的氧化层，还原气氛下退火，把带钢表面的氧化铁还原为海绵层，还原气氛下退火，把带钢表面的氧化铁还原为海绵状纯铁，镀锌层的附着性下降。状纯铁，镀锌层的附着性下降。v带钢通过还原段时，同时进行带钢通过还原段时，同时进行700-800再结晶退火。退火再结晶退火。退火后，在同样的还原气氛中冷却至约后，在同样的还原气氛中冷却至约480，再导入锌锅镀，再导入锌锅镀锌，锌液温度控制在锌，锌液温度控制在450-460。为了抑制锌铁合金层的增。为了抑制锌铁合金层的增长，锌液中应含有长，锌液中应含有0.10-0.15%的铝。镀锌带钢经自然冷却的铝。镀锌带

15、钢经自然冷却后，再在冷却装置内强制冷却到后，再在冷却装置内强制冷却到40以下。以下。为了为了防止冷却防止冷却后的带钢变形和翘曲，需要进行矫直。后的带钢变形和翘曲，需要进行矫直。 v森吉米尔法产量高、镀锌质量较好，此法曾得到广泛应用。森吉米尔法产量高、镀锌质量较好，此法曾得到广泛应用。但也有不足之处。但也有不足之处。 例如：例如：带钢在氧化除油过程中产生较厚氧化层带钢在氧化除油过程中产生较厚氧化层，很不易在很不易在还原炉中还原，影响了锌层的附着性。还原炉中还原，影响了锌层的附着性。 如果要使氧化层充分还原，就得减慢带钢运行速度或增加保护气体如果要使氧化层充分还原，就得减慢带钢运行速度或增加保护气

16、体中氢含量，生产效率下降，操作的危险性增加。中氢含量，生产效率下降，操作的危险性增加。 为了减少氧化层厚度，就要限制带钢在氧化炉中的停留时间和氧化为了减少氧化层厚度，就要限制带钢在氧化炉中的停留时间和氧化温度（温度（300-450）；为了达到钢板的再结晶温度，还要在还原炉中使）；为了达到钢板的再结晶温度，还要在还原炉中使带钢温度继续升高到带钢温度继续升高到700-800，为此就需要增加还原炉长度。，为此就需要增加还原炉长度。v改进的森吉米尔法是改进的森吉米尔法是把氧化炉（预热炉）、还原炉和冷却段把氧化炉（预热炉）、还原炉和冷却段连接起来，构成一个整体连接起来，构成一个整体。为了减少带钢在预热炉内的氧化，。为了减少带钢在预热炉内的氧化，采用不完全燃烧法。将还原炉内保护气氛引入