第1篇腐蚀与防腐

湿法冶金设备第1篇腐蚀与防腐材料的损坏或失效种类：最重要、最常见、基本的损坏种类：腐蚀、磨损和断裂，决定了材料的寿命；材料在服役损坏过程中，腐蚀与磨损、腐蚀与断裂往往协同进行，有时三种失效形式同时发生。腐蚀的概述磨损腐蚀、腐蚀疲劳、应力腐蚀等有金属（材料）存在的地方就会有腐蚀问题－悄悄进行的破坏例：油轮钢腐蚀最大均匀腐蚀速率>0.1mm/y最大点蚀速率～4mm/y25℃干湿交替50℃例：油气工业采集和输送过程中使用大量弯头、三通等复杂部件，其多以高温高压流体的冲刷腐蚀失效为主水下油气田生产设施油气田中出现的冲刷腐蚀失效金属腐蚀的灾难事件！！！1992年墨西哥污水爆炸事件：由于污水管道漏水造成位于其下方的汽油的腐蚀，汽油泄漏进入污水管而引发爆炸。美国空军F16战斗机失事：石墨润滑脂的使用，导致异种金属间的电偶腐蚀，控制油路关闭阀的电子连接器的镀金和镀锡钢针腐蚀失控，导致飞机发动机失去燃料供应。Aloha空难：腐蚀疲劳开裂，波音737飞机发生结构失效，致使机身表面分离，客舱中段上方一大块天花板没了，飞机变成“敞篷跑车”。MVKIRKI号货轮失事：压载箱无涂层保护和阴极保护，发生严重腐蚀，疲劳载荷设计也不合理，导致船头与船体的分离失效事故。

2007年8月1日，美国明尼苏达州一座跨越密西西比河的大桥发生坍塌。事故造成6人死亡。腐蚀的定义:——物质在环境介质的作用下引起的变质或破坏。腐蚀可能对生产设备带来难以预防的灾难性破坏。腐蚀与防腐是工业设备设计、制造、使用时应注意的问题。材料的耐腐蚀性是相对的，一定的材料只能适用于一定的环境条件。腐蚀是金属的癌症,腐蚀科学是研究和保护人类物质文明赖以建立和发展的基础设施——金属结构和设备的一门科学。据美国、日本、加拿大等国公布的报告，每年仅因腐蚀所造成的直接经济损失就大约占了国民经济总产值的1％～4％，腐蚀生锈的钢铁约占年产量的20％，每年约有30％的设备因腐蚀而报废。而在我国，每年金属腐蚀造成的经济损失约占国民生产总值的2％～4％，腐蚀损失甚至超过了火灾、风灾和地震造成损失的总和。环境腐蚀是制造业腐锈的直接原因。目前，大气腐蚀量大面广，据不完全统计，在所有的腐蚀当中，大气腐蚀占50%以上。金属材料在酸雨地区腐蚀也非常突出，已涉及到军事装备、光学经纬仪、汽车部件相关领域。

钢铁的70%如大型钢铁桥梁、钢轨、车辆、贮罐、厂房等都是在易于生锈的大气中使用，据估计因大气腐蚀的金属约占总腐蚀损失量的一半以上；大量的油、气、水管、电缆及其它金属构件大量埋入地下，由于土壤造成的腐蚀损失也十分可观，而这些损失是往往在出现漏油、漏气、火灾、爆炸等事故时才被发现；现代海洋工程中金属使用量的80%也是钢铁，而在海洋中的钢铁腐蚀速度约十倍于大气中的腐蚀速度，随着海洋开发，海上交通，港口建设的发展，加强海洋腐蚀与防护问题已成为世界各国面临的重大问题。二氧化硫是大气中主要污染物之一，二氧化硫本身对人体健康和动植物产生危害，也是形成酸雨和细颗粒（粒径为2.5微米）的前载物。工业排放的大量二氧化硫，尤其是燃煤电厂的高烟囱排放，在高空中经过复杂的物理化学反应，形成直径为2.5微米的硫酸盐细颗粒。天空降水时，形成酸雨，造成农作物减产、金属腐蚀、森林生长缓慢甚至死亡、湖泊酸化导致水生物死亡。我国酸雨区面积目前占国土面积的1/3。天空不降水时，硫酸盐细颗粒悬浮在空气中，部分被人体吸收，部分形成灰蒙蒙的天空。硫酸盐和硝酸盐（氮氧化物物理化学转换形成）细颗粒是导致人折寿、呼吸道疾病的罪魁祸首。

二氧化硫气体及其衍生出的硫酸盐细颗粒已经给人类造成重大灾难：１９５２年的伦敦烟雾事件，短短的几天时间里，４０００多人死亡，主要原因是燃煤燃油向空气中排放的大量二氧化硫和颗粒物，在高空高湿度的条件下，反应生成了二次污染物，如硫酸雾和硫酸盐细颗粒。

金属材料，尤其是黑色金属材料（钢铁）是制造冶炼设备的重要结构材料。这些设备因与酸、碱、盐及其它腐蚀介质接触而使设备造成腐蚀破坏，危及正常生产安全。

每年因腐蚀报废的钢铁设备约占当年钢铁产量的30%。

据一些工业国家统计，由于腐蚀造成的直接损失达到国民生产总值（GDP）的2%~4%，最发达的美国高达4%以上。全世界每年因腐蚀损失高于7000亿美元。

2014年全国自然灾害经济损失为3373.8亿元，而腐蚀造成的损失，按照占当年GDP的3%计算，年损失约为两万亿人民币，是各种自然灾害所造成损失总和的数倍。腐蚀问题已经成为影响国民经济和社会可持续发展的重要因素之一。

铁的自然循环

炼钢矿化铁矿石钢铁生锈钢铁热力学－自发过程（热力学第二定律）铁锈金属为何会发生腐蚀？炼铁、炼钢过程腐蚀过程钢铁矿石能级增大放出能量外加热、电能量磁铁矿：Fe3O4赤铁矿：Fe2O3腐蚀是自发进行的现象－向自然界的回归金属腐蚀的本质金属本身失去电子变成阳离子的过程（发生氧化反应）：

M–neˉ===M比如：1、钢铁生锈：铁锈的主要成分：Fe2O3·XH2O2、铜器表面生成铜绿：铜绿的主要成分：Cu2(OH)2CO3n+腐蚀防护意义

－减少损失和降低防腐成本、延长服役寿命

通过普及腐蚀与防护知识，推广应用先进的防腐蚀技术，腐蚀造成的经济损失可减少30％～40％。腐蚀损失和防护费用与防腐蚀程度关系总费用最低：腐蚀损失和防腐成本的最少防腐蚀：成本支出腐蚀：导致设备损失，停工损失等腐蚀防护的基本途径（1）提高金属本身的耐蚀性：如不锈钢、镍基合金从材料的热力学稳定性和控制腐蚀动力学两个角度出发提高材料的抗蚀性。（2）改变环境（介质处理）：降低环境的腐蚀性，如除去大气中的SO2，在水溶液中除O2，改变溶液的pH值，在环境中加入缓蚀剂等。（3）采用覆盖层：采用金属和非金属涂层、改变材料的表面结构，使材料表面具有耐蚀的特性；采用衬里、防锈油、防锈纸等，将材料与腐蚀介质隔开。（4）采用电化学保护（电保护）：对于金属的电化学腐蚀可通过阴极极化降低氧化反应速度，或通过实现阳极钝化来以达到防腐目的。（5）正确选材和合理设计：为了防止腐蚀发生，必须重视正确选材和合理设计，设计时做到材料匹配和结构合理、结构间连接应尽可能防止缝隙产生等。

(6)腐蚀与防护的管理与教育:

主观上重视。加强对腐蚀与防护的管理，提高各类人员对腐蚀与防护的重视，需要建立相应的教育体制，广泛开展腐蚀与防护的教育工作，提高腐蚀与防护的自觉性。GalvanlizedIron-ironwithzinccoating金属材料的腐蚀

金属与周围介质接触时，由于发生化学作用或电化学作用而引起的金属破坏叫做金属腐蚀。按其作用原理可分为化学腐蚀和电化学腐蚀两种。化学腐蚀是指金属表面与非电解质直接发生纯化学作用而引起的破坏。化学腐蚀又可分为气体腐蚀和在非电解质溶液中的腐蚀。特点是在化学作用过程中没有腐蚀电流产生。

电化学腐蚀是指金属与电解质因发生电化学反应而产生破坏的现象。在腐蚀进行过程中有腐蚀电流产生。

化学腐蚀电化学腐蚀局部腐蚀氢腐蚀按腐蚀机理分生物化学腐蚀大气腐蚀水腐蚀土壤腐蚀化学介质腐蚀全面腐蚀按破坏形式分按腐蚀环境分金属腐蚀分类全面腐蚀与局部腐蚀的比较

全面腐蚀与局部腐蚀的比较全面腐蚀危害：

造成金属的大量损失，可以检测和预测腐蚀速率，一般不会造成突然事故。 根据测定和预测的腐蚀速率，在工程设计时可预先考虑应有的腐蚀裕量。局部腐蚀的危害：导致的金属的损失量小，很难检测其腐蚀速率，往往导致突然的腐蚀事故。腐蚀事故中80％以上是由局部腐蚀造成的，难以预测腐蚀速率并预防。

•均匀腐蚀

•不均匀腐蚀局部腐蚀

•点蚀（孔蚀）

•缝隙腐蚀及丝状腐蚀

•电偶腐蚀（接触腐蚀）

•晶间腐蚀

•选择性腐蚀全面腐蚀全面腐蚀•各部位腐蚀速率接近•金属的表面比较均匀地减薄，无明显的腐蚀形态差别•同时允许具有一定程度的不均匀性局部腐蚀•腐蚀的发生在金属的某一特定部位•阳极区和阴极区可以截然分开，其位置可以用肉眼或微观观察加以区分；•同时次生腐蚀产物又可在阴、阳极交界的第三地点形成1.大气腐蚀：金属在大气以及任何潮湿气体中的腐蚀，这是最普遍的腐蚀情况。2.电解质溶液中的腐蚀：天然水及大部分水溶液对金属的腐蚀，如酸、碱、盐水溶液对金属的腐蚀。

3.海水腐蚀：舰船和海洋设施在海水中发生的腐蚀。

4.土壤腐蚀：埋设在地下的金属结构的腐蚀，如地下金属管道及地下电缆的腐蚀。

5.熔盐腐蚀：金属与熔融盐类接触时发生的腐蚀，例如热处理的熔盐对金属的腐蚀。

6.有机气氛腐蚀：金属在某些塑料、橡胶等非金属材料挥发出的有机气氛中的腐蚀，例如锌及镉电镀层在有机羧气氛中的腐蚀。

7.生物腐蚀：某些细菌、海洋生物以及人体对金属的腐蚀。

8.其它特殊环境的腐蚀：金属在高温纯水、宇宙空间等环境下的腐蚀。

按照具体的腐蚀环境分类

非金属材料的腐蚀

非金属材料在冶金设备及生产中作为结构材料和内衬材料使用。在环境的物理、化学及应力作用下在材料表面产生变色、龟裂、松软或脆化，导致腐蚀介质进一步向材料内部渗透、扩散，引起材料膨胀和应力开裂而使材料结构破坏。非金属腐蚀分类银纹与裂纹渗透与扩散微生物腐蚀溶解与膨胀氧化与水解应力开裂银纹：

由于材料本身强度承受不起内在或外加的应力而在材料表面或内部出现的如霜一般的细纹。细纹处密度低于周围材料密度。水解：高分子材料的降解过程。应力开裂：在介质和应力的共同作用下，在低于材料正常断裂应力下所发生的开裂。

有色金属（湿法）冶金设备所处理的物料一般都具有较强的腐（磨）蚀性，设备防腐常成为企业生产上的难题。随着冶炼技术的发展，生产过程的强化，冶炼设备大多在高温、高压和高速环境下运行，生产设备的耐蚀和防腐问题变得更加突出。金属材料的腐蚀程度全面腐蚀—以腐蚀率表示腐蚀重量变化K质量=(g0-g1)／(s0·τ)g·m-2·h-1

腐蚀深度变化K深=K质量×24×365／(d×1000)mm·a-1局部腐蚀—形式很多，难以定量描述。非金属材料的腐蚀程度评定无机非金属材料

抗弯强度降低；质量或尺寸变化；硬度变化；高分子材料

强度变化；质量（体积）变化；外观变化；复合材料及其它金属防腐材料铸铁和不锈钢

铸铁在碱性和中性介质中具有抗蚀性；在酸性介质中被腐蚀；价格低廉；不锈钢耐大气及氧化性酸、碱、盐、有机酸、有机化合物的腐蚀；不耐非氧化性酸（盐酸）的腐蚀；价格昂贵（2万-7万/吨）；金属防腐材料有色金属及其合金

镍可耐高浓度热碱腐蚀；对氧化性酸、含氧化剂介质及熔融金属无抗蚀能力；价格昂贵（7万/吨↑35.7万元/吨）；铜分纯铜、青铜、黄铜；耐碱腐蚀；价格贵（3~8万/吨)；钛及钛合金耐碱及各种氧化性酸腐蚀；不耐还原性酸腐蚀；价格昂贵（海绵钛99.5%，25-30美元/kg）；非金属防腐材有机防腐材料有机材料具有优良的耐腐蚀性能，易加工，强度低，不耐高温。

环氧树脂(<100℃)；呋喃树脂(<200℃)；聚脂树脂；聚丙烯（PP)；聚氯乙烯(PVC)；氯化聚氯乙烯(CPVC)；聚四氟乙烯(PTFE)(<300℃)；ABS塑料；天然橡胶；丁基橡胶；氟橡胶；非金属防腐材料无机非金属防腐材料

无机非金属材料具有优良的耐腐蚀性能，耐酸，但有些不耐碱，硅酸盐物质，性脆，热稳定性低。铸石；陶瓷；玻璃；工业搪瓷；混凝土；石墨

环氧地坪施工现场聚四氟乙烯简称F4（塑料王），如图采用F4衬里湖南郴州化工集团大型盐酸储罐（内衬丁基橡胶、外衬玻璃钢防腐蚀）加衬砖板防腐蚀的酸解锅防腐材料适用范围和选用方法利用材料的腐蚀性能图来选择耐腐蚀材料.材料在硫酸中的耐腐蚀性能图;材料在硫酸-硝酸(混酸)中的耐腐蚀性能图;材料在盐酸中的耐腐蚀性能图;材料在氢氟酸中的耐腐蚀性能图;碳素钢和镍合金在烧碱中的耐腐蚀性能;冶金设备的防腐方法

为防止冶金设备的腐蚀,首先应考虑设备所处的工作环境和条件,从设备选材（结构材料自身防腐）、材料表面衬涂防腐层、电化学防腐等多方面采取措。

结构材料自身防腐是设备防腐蚀的首要考虑手段，可使设备制作简化，无须单独进行防腐处理。

非金属耐腐材料因性脆（无机）或强度低（有机），仅用作部分非反应器类设备的结构材料。反应器类设备一般都用金属材料作为结构材料。按金属（合金）-腐蚀介质组合情况选;按材料-环境体系选用;

1.结构材料自身防腐根据金属（合金）-腐蚀介质组合选择结构材料钢——浓硫酸；铝——非污染大气；铅——稀硫酸钛——热的强氧化性溶液；不锈钢——硝酸；蒙耐尔合金——氢氟酸；镍及镍合金——热的浓碱；按材料-环境体系选用设备结构材料:在还原性环境中选用镍、铜及其合金；对氧化性环境，采用含铬的合金；在氧化性极强的环境中宜选用钛及钛合金。遵循原则：考虑腐蚀介质的性质、温度和压力；考虑设备的类型、结构考虑对产品质量的要求；材料价格及来源；2.结构材料表面衬、涂、镀防腐

在金属结构材料表面衬、涂、镀防腐层,使金属设备与腐蚀介质隔开,是防止金属腐蚀的常用措施之一。采用机械或物理的方法将防腐层贴附于被保护设备的表面上；防腐层耐腐蚀材料分金属和非金属覆盖层。金属覆盖层低熔点金属在钢表面热镀；如镀锌、镀铅。零部件表面渗镀；如渗铝、渗铬。电镀；如镀金、银、铜、镍、铬。喷镀；化学镀；

使耐腐蚀层牢固附着在主体金属表面上，保护主体设备免遭腐蚀破坏。金属保护层镀铬的保险杠镀锌船的外壳上镀有锌跟铝一些活泼金属化学镀：在电解质溶液中，工件表面经催化处理，无外电流作用，在溶液中由于化学物质的还原作用，将某些物质沉积于工件表面而形成镀层的过程，称为化学镀，如化学镀镍、化学镀铜等。渗镀：使一种或多种金属原子渗入金属工件表层内的化学热处理工艺。将金属工件放在含有渗入金属元素的渗剂中,加热到一定温度，保持适当时间后,渗剂热分解所产生的渗入金属元素的活性原子便被吸附到工件表面，并扩散进入工件表层，从而改变工件表层的化学成分、组织和性能。金属元素渗入以后形成的化合物或钝化膜，具有较高的抗高温氧化能力和抗腐蚀能力，能分别适应不同的环境介质。一、电化学方法

利用电极反应，在工件表面形成镀层。主要的方法：

（一）电镀

在电解质溶液中，工件为阴极，在外电流作用下，使其表面形成镀层的过程，称为电镀。镀层可为金属、合金、半导体或含各类固体微粒，如镀铜、镀镍等。

（二）氧化

在电解质溶液中，工件为阳极，在外电流作用下，使其表面形成氧化膜层的过程，称为阳极氧化，如铝合金的阳极氧化。

二、化学方法

这种方法是无电流作用，利用化学物质相互作用，在工件表面形成镀覆层。主要是：

（一）化学转化膜处理

在电解质溶液中，金属工件在无外电流作用，由溶液中化学物质与工件相互作用从而在其表面形成镀层的过程，称为化学转化膜处理。如金属表面的发蓝、磷化、钝化、铬盐处理等。

（二）化学镀

在电解质溶液中，工件表面经催化处理，无外电流作用，在溶液中由于化学物质的还原作用，将某些物质沉积于工件表面而形成镀层的过程，称为化学镀，如化学镀镍、化学镀铜等。表面处理技术分类三、热加工方法

在高温条件下令材料熔融或热扩散，在工件表面形成涂层。主要方法是：

（一）热浸镀

金属工件放入熔融金属中，令其表面形成涂层的过程，称为热浸镀，如热镀锌、热镀铝等。

（二）热喷涂

将熔融金属雾化，喷涂于工件表面，形成涂层的过程，称为热喷涂，如热喷涂锌、热喷涂铝等。

（三）热烫印

将金属箔加温、加压覆盖于工件表面上，形成涂覆层的过程，称为热烫印，如热烫印铝箔等。

（四）化学热处理

工件与化学物质接触、加热，在高温态下令某种元素进入工件表面的过程，称为化学热处理，如渗氮、渗碳等。（五）堆焊

以焊接方式，令熔敷金属堆集于工件表面而形成焊层的过程，称为堆焊，如堆焊耐磨合金等。

四、真空法

在高真空状态下令材料气化或离子化沉积于工件表面而形成镀层的过程。主要是：（一）物理气相沉积

在真空条件下，将金属气化成原子或分子，或者使其离子化成离子，直接沉积到工件表面，形成涂层的过程，称为物理气相沉积，其沉积粒子束来源于非化学因素，如蒸发镀、溅射镀、离子镀等。（二）离子注入

高电压下将不同离子注入工件表面令其表面改性的过程，称为离子注入，如注硼等。（三）化学气相沉积

低压（有时也在常压）下，气态物质在工件表面因化学反应而生成固态沉积层的过程，称为化学气相镀，如气相沉积氧化硅、氮化硅等。

五、其它方法

主要是机械的、化学的、电化学的、物理的方法。其中的主要方法是。

（一）涂装

闲喷涂或刷涂方法，将涂料（有机或无机）涂覆于工件表面而形成涂层的过程，称为涂装，如喷漆、刷漆等。

（二）冲击镀

用机械冲击作用在工件表面形成涂覆层的过程，称为冲击镀，如冲击镀锌等。

（三）激光面表处理

用激光对工件表面照射，令其结构改变的过程，称为激光表面处理，如激光淬火、激光重熔等。

（四）超硬膜技术

以物理或化学方法在工件表面制备超硬膜的技术，称为超硬膜技术。如金刚石薄

膜，立方氮化硼薄膜等。

（五）电泳及静电喷涂

电泳

工件作为一个电极放入导电的水溶性或水乳化的涂料中，与涂料中另一电极构成电

解电路。在电场作用下，涂料溶液中已离解成带电的树脂离子，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动。这些带电荷的树脂离子，连同被吸附的颜料粒子一起电泳到工件表面，形成涂层，这一过程称为电泳。

静电喷涂

在直流高电压电场作用，雾化的带负电的油漆粒子定向飞往接正电的工件上，从而获得漆膜的过程，称为静喷涂。非金属覆盖层非金属涂层保护；衬里保护；

非金属覆盖层具有优良的防腐蚀能力，在冶炼设备的防腐中占有重要的地位。非金属涂层应满足：非金属涂层材料在腐蚀介质中非常稳定；涂层应完整无孔，不能透过介质；涂层与主体金属应粘结牢固，具有一定的机械强度和适当的硬度与弹性。

健身器材刷油漆以防锈衣架和电线的外面包上一层塑料层非金属衬里保护非金属衬里保护是应用最广和最重要的防腐方法。衬里材料包括塑料板（硬、软聚氯乙烯，聚四氟乙烯）、橡胶板、瓷板（砖）、陶板、石墨板、玻璃钢等。3.电化学防腐

根据金属电化学腐蚀机理发展的防止金属腐蚀的方法。阴极保护—利用外接电源或活泼金属，往金属设备上输送电子，使腐蚀电池的阳极转变为阴极或阴、阳极电位差为零；阳极保护—利用外电源使金属设备变为阳极，金属表面形成耐腐蚀薄膜而钝化，降低腐蚀速度。阴极保护—可以用来防止各种水溶液及土壤对钢、铁、铅与黄铜等金属的腐蚀，防止各种不锈钢或铝等可钝化金属的点腐蚀，防止黄铜、低碳钢的应力腐蚀开裂，防止金属的交变应力腐蚀；阳极保护—可以用来保护阳极化后容易钝化的金属和合金（碳钢和不锈钢），但不能保护锌、镁、隔、银、铜或铜基合金。阴极保护原理

阴极保护的原理：是给金属补充大量的电子，使被保护金属整体处于电子过剩的状态，使金属表面各点达到同一负电位，金属原子不容易失去电子而变成离子溶入溶液。腐蚀极化图（阴极保护极化图）阴极保护原理阳极极化曲线阴极极化曲线阴极保护的主要参数最小保护电流密度—使金属腐蚀达到最低程度时所需要的保护电流密度的最小值。其大小与被保护金属的种类、腐蚀介质的成分、温度、流速等因素有关。最小保护电位—使金属腐蚀达到最低程度使的电位最小值。其值比自然腐蚀电位负0.2~0.3V。阴极保护方法1牺牲阳极法

在被保护金属构筑物上联结一个电位更负的金属或合金作阳极,依靠它不断溶解所产生的阴极流对金属进行阴极极化。2外加电流法

外加电流法又称强制电流法。它是由外加的直流电源(整流器或恒电位仪)直接向被保护金属构筑物施加阴极电流使其发生阴极极化。它由辅助阳极,参比电极,直流电源和相关的连接电缆所组成。

方法优点缺点外加电流1．输出电流、电压连续可调2．保护范围大3．不受环境电阻率限制4．工程规模越大越经济5．保护装置寿命长1．需要外部电源2．对邻近金属构筑物干扰大3．维护管理工作量大

牺牲阳极1．不需要外部电源2．对邻近金属构筑物无干扰或很小3．投产调试后可不需管理4．工程规模越小越经济5．保护电流分布均匀、利用率高1．高电阻率环境不宜使用2．保护电流几乎不可调3．覆盖层质量必须好4．投产调试工作复杂5．消耗有色金属

两种方法的对比应用范围船舶船壳、推进器、海水压载舱、船用冷凝器、舵板、海底门、声纳、机舱积水等2)港工设施和海洋设施护岸、栈桥、钢板桩码头、海上石油钻井平台、导管架、海底管线、水鼓、浮标、闸门、滑道、过海隧道等。3)陆上金属设施化工、发电、炼油、石化、制碱等工业系统中的海水冷却器、冷凝器、热交换器、海水泵、贮水罐、循环管路★土壤电解质中的金属设施煤气管线、天然气管线、液化气管线、上下水管线、输油管线、通讯管线、储罐的内外罐底。▲厂区地下管网市区、厂区和生活区地下各类金属管网、接地网、电讯网等复杂的地下金属构件■建筑桩基：陆地上建筑物的钢质桩基、钢筋混凝土基础等金属构件的防腐蚀码头钢柱的阴极保护举例：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，长度75km，材质为普通碳钢，压力等级为0．32(最低)～1．6MPa(最高)，规格为p377X7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，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113．8万元，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。

在采用阴极保护时应注意以下内容①腐蚀介质必须是导电的。如气体介质则不能采用此法。②金属材料在所处介质中易极化，从而避免耗电量过大。③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④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，不宜采用阴极保护我国的许多重大建设项目如：三峡工程、西气东输、南水北调等都遇到了金属材料和结构设计设备的防腐蚀问题。我国“西气东输”工程（压力10～12兆帕，管径1219毫米，西一线4000公里、西二线4895千米）的埋地管道建设，采用了国际先进的三层聚乙烯涂层和阴极保护的联合保护技术，结合我国的工程实践，该项技术的应用可使从采用一般防腐蚀措施的20年寿命延长到50年以上。

阴极保护

－－经济效益非常显著:

◆海船--涂装费占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100～200万元。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0.3％～0.6％，就可大大延长使用寿命。

阳极保护的原理阳极极化曲线i致钝i维钝E钝化E保护E过钝化A．活化区(曲线中ab段)

施加阳极电流时，金属在此区处于活性溶解状态，且电位越大，电流密度越大，电流密度的大小反应出腐蚀的快慢。当电流密度超过峰值点后(图中b点)，电流急剧下降，这个峰值点对应的i致钝称为致钝电流密度，对应的电位称为“致钝电位”。B．活化——钝化区(bc段)

金属处于由活化状态向钝化状态的突变过程中，金属开始钝化，电流急剧下降，在金属表面可能生成二价到三价的不稳定氧化物。此区域阳极反应中活化溶解与钝化过程同时共同存在。C．稳定钝化区(cd段)

金属元素发生氧化反应，生成高价氧化物(膜)，这种氧化物溶解量很小，即腐蚀速率很低，这正是阳极保护所需要的电位控制区，称之为“钝化”。表现出随着电位的变化对应的电流变化很小的特征。对应的电流密度称为“维钝电流密度”，可控制仪器的输出电流反应出来。D．过钝化区(de段)

当电位高于稳定钝化区，电流又出现增大现象，钝化膜转化成可溶性的氧化物而遭受破坏，金属腐蚀重新加剧，这个区域称为过钝化区。致钝电流密度—使金属在给定环境条件下发生钝化所需要的最小电流密度。维钝电流密度—使金属在给定环境条件下维持钝态所需要的电流密度。影响因素有金属材料、腐蚀介质的性质和维钝时间。钝化区电位范围—钝化过渡区与钝化稳定区之间的电位范围。影响因素有金属材料、腐蚀介质的性质。其值应大于50mV。阳极保护的主要参数阳极保护系统阳极保护系统设计测绘阳极极化曲线—凡是阳极极化曲线上有活性—钝性转变、致钝电流密度不太大、钝化区电位范围足够大的就可以进行阳极保护。确定阳极保护参数—根据阳极极化曲线确定保护电位范围、致钝电流密度和维钝电流密度。阴极保护与阳极保护的比较

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（精确）6投资较少高金属防腐方法一般有以下三种选择：1.采用耐腐蚀的各种涂层或转化层等的表面的工程防护法2.设法改造腐蚀环境，其中主要是采用各种防腐剂3.施行电化学保护注：这些防护方法可以单独使用也可联合使用。究竟使用那种方法可以达到良好防护效果，必须了解具体过程的控制因素，还要了解各种防护方法的控制原理。只有这样才能根据具体的被保护对象提出可行性而有效地防护方法。具体的措施如下：一、提高金属材料内在耐蚀性能

采用不易与周围介质发生反应的金属及合金材料来加工产品，是有效的防腐办法。例如，有些金属及合金在空气里不易氧化，或能生成致密的钝化薄膜，可以抵抗酸、碱、盐腐蚀，如不锈钢，就是在钢中加入定量的铬、镍、钛等元素，当铬元素含量超过12％时，就可以起到不锈的作用．有些在高温高压时性能稳定，如耐热不起皮钢；有些在空气中不易腐蚀，如铝、锌等。获得这种金属材料的途径主要是采用冶炼方法来改变金属的化学成分，例如在碳钢中加入镍、铬、硅、锰、钒等元素炼成耐蚀合金钢。不锈钢就是含有较多铬、镍、钛等元素的高合金钢。耐蚀低合金钢就是在钢中加入微量的钒、钛、稀土等元素炼成的低合金耐蚀钢。此外，对于某些金属材料，还可以通过热处理方法，改变金属的金相组织，提高耐蚀性能。二、涂、镀非金属和金属保护层在金属表面上制成保护层，借以隔开金属与腐蚀介质的接触，从而减少腐蚀。

根据构成保护层的物质，可以分为以下几类。(1)非金属保护层把有机和无机化合物涂覆在金属表面，如油漆、塑料、玻璃钢、橡胶、沥青、搪瓷、混凝土、珐琅、防锈油等。在金属表面涂覆非金属保护层，用得最广泛的是油漆和塑料涂层。油漆是千百年来的传统方法，但油漆在造漆和涂装过程中有环境污染现象，正在变革工艺，向水溶性方向发展。塑料涂层是近几十年来发展最快的防腐方法，尤其是把有机树脂做成粉末涂料，采用各种方法在金属表面形成优良的涂层，获得了空前的发展。本书将重点阐述这方面的工艺和技术。(2)金属保护层在金属表面镀上一种金属或合金，作为保护层，以减慢腐蚀速度。用作保护层的金属通常有锌、锡、铝、镍、铬、铜、镉、钛、铅、金、银、钯、铑及各种合金等。获得金属镀层的方法也有许多。①电镀用电沉积的方法在金属表面上镀上层金属或合金。镀层金属有N、Cr、Cu、Sn、Zn、Cd等单金属镀层：也有Zn—Ni、Cd—Ti、Cu—Zn、Cu—Sn等合金镀层。电镀金属保护层除了具有防腐功能外，还有装饰、耐热、耐磨等功能。

②热镀也叫热浸镀，是将被保护的金属材料或制品浸渍在熔融的金属中，使其表面形成一层保护性金属覆盖层。能形成液态的金属般是相对低熔点、耐蚀、耐热的金属，如Al、Zn、Sn、Pb等。热镀锌的温度在450℃左右，热镀锡的温度在310～330℃。与电镀相比，金属热镀层较厚，在相同环境下，其寿命较长。例如高速公路两侧的波形板一般用热镀锌，而不用电镀锌。③喷镀将粉末金属放入喷枪中，通入高压空气或保护气体，粉末金属被火焰或电弧熔化后成雾状喷涂到金属表面，形成均匀的覆盖层。喷镀常用作金属部件的修复，常用的金属喷料有A1、Zn、Sn、Pb、不锈钢、NAl、N3Al等。④渗镀利用金属原子在高温下的扩散作用，在被保护金属表面形成合金扩散层。渗镀层均匀，无孔隙，热稳定性好，用于改善材料的物理化学性能。常见的渗镀材料有Si、Cr、Al、Ti、B、W、Mo等。⑥机械镀机械镀是把冲击料(如玻璃球)、表面处理剂、镀覆促进剂、金属粉和被镀金属件起

放入滚筒内，通过滚筒滚动的动能，把金属粉冷压到工件的表面上形成镀层。机械镀层均匀，无氢脆、耗能少，成本低，但仅限于体积较小的工件，如标准件螺丝等。⑦包镀将耐蚀金属碾压到被保护的金属或合金上，形成包覆层或双金属层。如在高强度铝合金表面覆盖纯铝层等。

⑧真空镀真空镀有真空蒸镀、溅射镀和离子镀，都是在真空中镀覆要求的金属。真空镀层均匀，无氢脆，但镀层薄、设备贵、镀件尺寸受限，多数用于装饰性镀层。(3)化学保护层化学保护层也称化学转化膜。采用化学或电化学方法使金属表面形成稳定的化合物膜层。根据成膜时所采用的介质，可将化学转化膜分为氧化物膜、磷酸盐膜、铬酸盐膜等。①氧化膜在一定温度下把钢铁件放人含有氧化剂的溶液中，处理形成致密的氧化膜。例如钢铁的“发蓝”或“发黑”处理。②磷化膜把金属放八含有锌、锰、铁等的磷酸盐溶液中进行化学处理，可以在金属表面生成一层难溶于水的磷酸盐保护膜。磷化膜呈微孔结构，与基体结合牢固，具有良好的吸附性、润滑性、耐蚀性。③铬酸盐钝化膜把金属或金属镀层放入含有某些添加剂的铬酸或铬酸盐溶液中，可以生成铬酸盐钝化膜，铬酸盐膜与基体结合牢固，结构比较紧密，具有良好的化学稳定性、耐蚀性，对基体金属有较好的保护作用。(4)复合保护层为了进一步提高金属的耐腐蚀性能，近些年来，人们把金属保护层、非金属保护层以及化学保护层结合起来，综合利用，达到更好的防腐效果。例如“达克罗”技术，就是把钢铁件表面先除锈，并经铬酸盐处理，而后浸入一种混有片状锌或铝的有机树脂中，涂覆后再经烘烤，形成很薄的层复合涂层，其耐蚀性远比单纯镀锌或镀铝性能强。达克罗实际是锌铬和有机树脂涂层，用于标准件可以达到防腐和自润滑的效果。三、处理腐蚀介质就是改变腐蚀介质的性质，降低或消除介质中的有害成分以防止腐蚀。

这种方法只能在腐蚀介质数量有限的条件下进行，对于充满空间的大气当然无法处理。处理腐蚀介质般分以下两类。一类是去掉介质中有害成分，改善介质性质。例如在热处理炉中通入保护气体以防止氧化，在酸性土壤中掺八石灰进行中和，防止土壤腐