材料腐蚀及核电站材料腐蚀防护概述

1、材料腐蚀及核电站材料腐蚀防护概述述，并对核电工业对腐蚀防护技术的需求进展了初步介绍。【关键字】金属 非金属 腐蚀 核电工业 防护一、引言对腐蚀防护技术的需求，对我们今后的工作和学习争辩具有肯定的指导意义。术的需求包括了水冷式堆型核电站的腐蚀与防护和特别类型核反响堆的腐蚀问题。二、金属腐蚀1定义与危害生的化学变化，其实就是金属单质被氧化形成化合物。在人类进入21 金属损失量高达全年金属产量的20-40。化学工业、石油化工、原子能等工业中，由于 材料腐蚀造成的跑、冒、滴、漏，不仅造成惊人的经济损失，还可能使很多有害物质甚至放 1.-4.22022年光明日报曾报道了我国每年腐蚀损失是2800亿元，其

2、中石化系统的损失(不含事故损失) 为400亿，依据国民生产总值(2022年GDP18万亿)4的损失量计算，我国每年将有近7 200 亿元腐蚀损失。所以，了解金属的腐蚀具有重要的社会和经济意义。2金属腐蚀的分类高温腐蚀和常温腐蚀；干腐蚀和湿腐蚀等。金属腐蚀的机理过程进展具体说明。化学腐蚀化学腐蚀是指金属在非电化学作用下与接触到的物质直接发生氧化复原反响而被氧化 不普遍、只有在特别条件下才会发生，例如，化工厂里的氯气与铁反响生成氯化亚铁：Cl2 + Fe FeCl2立进展的共轭电化学反响。电化学腐蚀电化学腐蚀是防腐蚀领域中最重要的争辩对象液中的浓度差、温度差、氧浓度差等，都可以产生电位差而导致电位

3、较低的金属腐蚀。以金属铁为例，在酸性溶液中，发生析氢反响：负极(Fe)：Fe 2e = Fe2+正极(杂质如碳或者电位较高的金属)：2H+ 2e = H2电池反响：Fe + 2H+ H2H+消耗完的时候，假设没有氧气的Fe2+的积存而 产生阳极极化。氧气的存在，则会发生吸氧反响：负极(Fe)：Fe 2e = Fe2+正极杂质如碳或者电位较高的金属：O + 2HO + 4e = 4OH22电池反响：2Fe +O + 2HO = 2Fe(OH)222由于吸取氧气，所以也叫吸氧腐蚀。钢铁制品在大气中的腐蚀主要是吸氧腐蚀。析氢腐蚀与吸氧腐蚀生成的Fe(OH)Fe(OH)FeO232 34Fe(OH)

4、+ O + 2HO = 4Fe(OH)22232Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O电化学腐蚀是最常见的腐蚀，在自然条件下，如海水、土壤、地下水、潮湿大气、酸雨 过量电子被溶液中的电子受体或去极化剂所承受而发生复原反响。生物腐蚀变。生物腐蚀过程可分为两类：1、机械的：包括金属被昆虫和啮齿动物啮蚀和穿孔，如电缆、铅管等等遭到损害。建筑物或其他金属构造也可由于植物的根系生长而患病损害。2、化学的：包括同化效应和异化效应。同化效应是指生物将金属作为养分源使用，而异化效应则指生物产生代谢产物，如酸或毒素，可以引起金属腐蚀或使之不能使用。影响金属腐蚀的因素气相对湿度和金属腐蚀的临界相对湿度。75

5、%。SO2，CO2，Cl-，灰尘等，大都是酸性气体。温度的影响：环境温度及其变化影响金属外表水份分散及电化学腐蚀反响速度。酸碱盐的影响：主要表现在影响水膜电解质浓度和H浓度，从而加速腐蚀。生产过程中的一些影响因素：如人汗、金属切削液、洗涤液、油污等均会加速腐蚀。金属腐蚀的类型金属腐蚀依据按金属腐蚀破坏的形态和腐蚀区的分布，主要有全面腐蚀和局部腐蚀。 为主要的耐蚀性能依据，在特别状况下才考虑某些抗局部腐蚀的性能。 腐蚀、晶间腐蚀、外表下腐蚀、孔蚀、膜孔型腐蚀等，虽然重量损失比均匀腐蚀小，但因可导致金属构造的不严密或穿漏现象，故其危急性较大。下面，将对几种典型的腐蚀类型进展具体说明。点蚀点蚀又称坑

6、蚀和小孔腐蚀点蚀经常发生在外表有钝化膜或保护膜的金属上。由于金属材料中存在缺陷如Cl时，这些活性阴离子首先被吸附在金属外表某些点上，从而使金属外表钝化膜发生破 性腐蚀电池，由于阳极面积比阴极面积小得多，阳极电流密度很大，所以腐蚀往深处进展， 金属外表很快就被腐蚀成小孔，这种现象被称为点蚀。20%25%。流淌不畅的含活性阴离子的 PH如Fe3+、 Cu2+、Hg2+等能促进点蚀的产生。但某些含氧阴离子如氢氧化物、铬酸盐、硝酸盐和硫酸盐等能防止点蚀。点蚀虽然失重不大，但由于阳极面积很小，所以腐蚀速率很快，严峻时可造成设备穿孔，使大量的油、水、气泄漏，有时甚至造成火灾、爆炸等严峻事故，危急性 的起源

7、。缝隙腐蚀移动受到了阻滞，形成浓差电池，从而产生局部腐蚀，这种腐蚀被称为缝隙腐蚀。 坏事故。对钛及钛合金来说，缝隙腐蚀是最应关注的腐蚀现象。介质中，氧气浓度增加，缝隙腐蚀量增加；PH 缝隙腐蚀敏感性上升。但是，某些含氧阴离子的增加会减小缝隙腐蚀量。应力腐蚀材料在特定的腐蚀介质中和在静拉伸应力包括外加载荷、热应力、冷加工、热加工、 脆性开裂现象，称为应力腐蚀开裂。最高，可达50%。80%以上，而由工作应力引起的则缺乏20%. 腐蚀介质和金属中拉应力的共同作用下，裂纹扩展；第三阶段中，由于拉应力的局部集中， 裂纹急剧生长导致零件的破坏。以觉察，因此，应力腐蚀是一种格外危急的破坏。晶间腐蚀击便成为粉

8、末。4%9%，主要发生在用轧材 ， 以把握晶界上析出的碳化物及承受适当的热处理制度和适当的加工工艺生。磨损腐蚀冲蚀由磨损和腐蚀联合作用而产生的材料破坏过程叫磨损腐蚀 瓣头和阀座、离心泵的叶轮、风机中的叶片等，在这些部位腐蚀介质的相对流淌速度很 会明显加剧，假设腐蚀介质中存在着固相颗粒，会大大加剧磨损腐蚀。腐蚀疲乏腐蚀疲乏是在腐蚀介质与循环应力的联合作用下产生的力值疲乏极限或称疲乏寿命以上时，才会发生疲乏破坏。而腐蚀疲乏却可能在很低的应力条件下就发生破断，因而它是很危急的。PH低疲乏强度。氢脆 和酸洗外表最难吸氢。钛材在大气中氧化处理能有效防止吸氢。三、非金属材料的腐蚀关于非金属材料的腐蚀问题，

9、本文主要列举了三种：高分子材料，玻璃以及混凝土。1高分子材料高分子材料降解和腐蚀对整个高分子材料起重要作用的差异与作为整个高分子材料的降解时间和应用的时间规定的长短有关准可降解在使用期或使用后马上降解得多。高分子材料的降解高分子材料的降解是腐蚀的关键过程(明胶及胶原) 和聚-羟基酸。假设用适宜的酶，能觉察酶降解高分子材料的具体经过。对于多数可降解高 该反响速度：化学键的类型、pH、共聚物成分及水解吸取。随着生物降解高分子材料的降 解，同时进展诸如齐聚物和单体的结晶作用或pH 转变等化学和物理变化。这些因素中的某 L-乳酸的完全降 可依据高分子材料的类型打算。高分子材料的腐蚀全部可降解高分子材料

10、在降解过程均具有被腐蚀的特性的打算行为的参数，降解高分子材料分为：外表(或非均相的)腐蚀及本体(或均相的)腐蚀。 蚀是抱负状态，大多数高分子材料不能明确地确定是哪一类。齐聚物和单体的集中以及形态学的转变 样，侵蚀对多种高分子材料仍旧是一个特别的过程。2玻璃玻璃腐蚀原理侵蚀玻璃的外界介质。玻璃的化学稳定性取决于组成玻璃的各种成份及其性质。纯硅玻璃是由SiO4-4 玻璃的化学稳定性最高，能耐除氢氟酸以外的其他各种介质的侵蚀。众所周知，光学玻璃除含二氧化硅外，还含有很多其他成份。依据它们单键能的大小， 可分为以下三类：玻璃生成体，它们能够单独生成玻璃，如B、Si、P、Al、Ge 等的氧化物。网络外体

11、，它们主要用来转变玻璃的性质，如Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba等的氧化物。TiBeLaScY 等的氧化物。从分类可以看出，网络外体大都是碱金属氧化物R2O RO。R2O RO在玻璃中呈网络外体存在，中间体能够夺取他们的“游离氧RORO 又有主动给出“游离氧”的本领。当R2O RO 所给的“游离氧”完全满足中间体形成四周体时，剩余的“游离氧”可使硅氧四周体键链发生断裂，形成裂开键，其化学稳定性差，简洁被外界介质所侵蚀。ZF1 玻璃没有中间体的成分，因而网络外体的“游离氧”在玻璃中完全处于过剩，可全部用来破坏SiO4四周体，形成不稳定的玻璃键，因而就更易被腐蚀。ZF1 玻璃中没

12、有带负电的构造成分，所以它对酸的稳定性要比BaK7 好，这种理论分ZF1 1 级。离子交换原理有肯定量的活泼元素，如 K、Na、Ca、Ba 等，它们都会形成裂开键而影响玻璃的化学稳定使被裂开的SiO4四周体的链重连接起来，形成外表结实的、化学稳定性好的构造键。这 样就能大大改善玻璃的稳定性。x x 离子则这两个对逆趋向，直至到达平衡为止。玻璃在含有x 平衡的具体状态。3混凝土 是材料和腐蚀性介质的界面处。在一个腐蚀系统中，对材料行为起打算作用的是化学成分、构造和外表状态。影响混凝土构造的腐蚀性介质 各种介质对材料的腐蚀程度中等腐蚀性、弱腐蚀性、无腐蚀性四个等级。室内外上部建筑构造的构配件。腐蚀

13、性水系指在工业生产过程中受到各种介质污染的工业水 (生产水和废水)或地下3.面、设备根底的地上部位等。面和墙面及室内外上部建筑构造的构配件。污染土系指建筑场地由于生产或自然环境等综合因素造成地基土的污染地下混凝土构筑物。混凝土构造的腐蚀原理 凝土的耐久性缺乏，其本身被破坏，同时也由于钢筋的暴露、腐蚀而导致整个构造的破坏； Fe(OH) ，Fe(OH) ，Fe O ，H O，FeO等，其体积比原金属体积增大2 倍3234234 30MPa(大于混凝土的抗拉极限强度)使混凝土保护层沿着锈蚀的钢筋形成裂缝(俗称顺筋裂缝)。这些裂缝进件丧失承载力量。 高，pH 12 以上。钢筋在高碱度的环境中，外表沉

14、积一层致密的氢氧化铁薄膜，而转入 (俗称碳化作用)，其反响式如下：Ca(OH) +CO22CaCO +H OpH 值为 9，远远小于钢筋保持32211.5 SO ，H S，HCl，NO 2的氢氧化钙作用(称为混凝土的中性作用)但它们对钢筋的腐蚀，除了使钢筋成活化状态外， 还与它们中性化后生成的盐类的性质及种类有关。某些卤离子(如 Cl-，I-，Br-)对钝化膜有特别过程得以进展。氯离子是这一类离子中最常遇到的。氯离子半径很小，穿透力强，很简洁吸极的腐蚀。这种抗蚀或局部腐蚀对构造的危害较大。影响混凝土中性化(包括碳化)速度的因素很多，但主要的因素是混凝土的密实度，即抗 时生成的碱性物质数量不同，

15、使混凝土的中性化速度也就不同了。15%，其碱度比其他品种的水泥高，中性化速度相对要慢。火山灰质硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥， 由于掺合料中的活性氧化硅与水泥熟料中水解时产生的氢氧化钙结合中的液相碱度，加快了碳化或中性化的速度。四、核电工业对腐蚀防护技术的需求水冷式堆型核电站的腐蚀与防护1核燃料元件密封包2反响堆压力容器和封闭的冷却剂回路统称为一回路压力边界壳(核岛厂房)。俗称“核岛”的一回路系统的设备长期在高温、高压及辐照等格外苛刻的条件下运行， 设备材料的腐蚀失效对核电站的长期安全运行设计周期一般为40 年带来极大威逼，腐蚀事故时有发生。因此，核电工业的进展对腐蚀防护技术提出

16、了越来越高的要求。1轻水堆除了燃料元件包壳材料锆合金腐蚀外 大体上可分为 7锈钢配管的SCCSCCIGA、点蚀、耗蚀、凹陷等，其中以SCC 为代表的环境促进开裂EAC和辐照促进应力腐蚀裂开最为突出。涉及的材料包括碳钢和低合金钢、奥氏体不锈钢、镍基合金等。690600600ICG-EAC600学成分、热处理等对其在BWRPWRSCCRRT外，在试验室试验690 合金在模拟一回路水质中肯定条件下也会发生SC一回路水侧SC，缩写为PWSC；并在600和690合金裂纹尖镍基合金并对寿命推测作出重要奉献。2重水堆在实际运行的 CANDU 型核电站中，重水给水管道的腐蚀引起了特别的重视。例如加拿大勒普罗角

17、 CANDU 型核电站的反响堆重水给水管道由于腐蚀严峻减薄，这种意想不到的腐护措施，主要是改进材料。原使用的材料牌号为ASME SA106Grade B，这类碳钢制造的给水管进口侧为. ;给水管出口侧约0蒸汽量，S. 5 11. 5m/sA106B 0. 20 %-0. 40 %Cr，以提高材料抗腐蚀力量。特别类型核反响堆的腐蚀问题快中子增殖反响堆 液态金属钠的作用主要是物理溶解作用 侵蚀作用。因此，快堆中金属材料制成的设备、管道、元件包壳等部件与液态金属钠的相容性问题是打算设备寿命的主要因素之一。在钠冷快堆中选用的主要合金材料为304 型、316 型奥氏体不锈钢及 21/4Cr-1Mo 钢，

18、这些钢铁在不同强度条件下在液态金属钠中的腐蚀问题是重要的争辩课题。快堆燃料包壳材料是打算整个快堆经济上是否可行的关键材料不高，故可使用力学性能较好的不锈钢热堆则必需使用中子吸取截面较小的锆合金。解决包壳材料不锈钢的辐照损伤包括辐照肿胀和辐照腐蚀等也是面临的重要课题之一。高温气冷堆22222物质例如H 、CO 、O 、H O、N 、CH 等气体杂质时，就会发生腐蚀作用。金属材料以及22222五、总结材料的腐蚀是现阶段很多技术无法突破的关键问题，在我们核专业相关的行业尤为如工业对腐蚀防护的需求，对进一步争辩和解决材料腐蚀带来的问题有重要的意义。参考文献：【1】施利炳.金属的腐蚀与防护J.物理测试.2022年第3期：41-43；【2J.湖南有色金属.2022年4 月第