中科大金属腐蚀课件04腐蚀控制

第四部分腐蚀的控制方法：腐蚀的破坏形式很多，在不同的情况下引起金属腐蚀的原因也不尽相同，因此根据不同的情况采用的防护技术也应该是多种多样的。它涉及范围极广，内容十分丰富。在生产中大致有如下几种:1合理选材：合理的选材是保证设备长期安全运转的最首要的一环。它是一项细致而又复杂的技术，要全面考察工艺条件及生产过程中的可能变化，同时还要考虑材料的结构、性质及使用中可能的变化。选材的原则是：(1)根据设备的工作条件及材料的性能。同时还要考虑材料的价格与来源，要有经济头脑。如硝酸介质，应选用在氧化介质中易形成良好氧化膜的材料，如不锈钢、铝、钛等金属材料；而盐酸介质选用非金属材料者有其独特的优点。再比如常温下碳钢耐蚀，但深度冷冻装置中，一般选用铜、铝、不锈钢材料，因为低温时碳钢有冷脆问题。(2)考虑设备的类型与结构选材时要考虑设备的用途、工艺过程及其结构设计特点。如换热器，除了要求材料有良好的耐蚀性外，还要求有良好的导热性及表面光滑不易在其上面生成坚实的垢层。2、 阴极保护:利用金属的电化学腐蚀原理，将保护金属进行外加阴极极化而减少或防止金属腐蚀称为阴极保护法。极化：由于通过电流而引起原电池两极间的电位差减小而引起电池工作电流强度降低的现象，称为原电池的极化作用。它的基本原理可以从Fe——H2O的

——pH图加以说明。(1)将被保护金属与直流电源的负极相连，(2)利用外加阴极电流进行极化。这种方法叫做外加电流阴极保护法。如图：工作站点+被保护设备辅助阳极（废铁）腐蚀介质电流方向外加电流阴极保护示意图Fe-—2e-=Fe2+（3） 牺牲阳极保护法在被保护的设备上连接一个电位更负的金属作阳极（例如钢件镀锌），它与保护金属在电解质溶液中形成大电池，而使设备进行阴极极化，所示一般为Zn、Mg等。阴极保护的优点是：效果好、简单易行。是地下输油、输气管道、地下电缆、舰船、海上采油平台、水闸、码头等广泛应用，是石油、化生产最常用的防腐蚀的方法之一。一般来说，金属结构进行阴极保护时应注意考虑以下几点：腐蚀介质必须能导电，并且要有足够的量以便能建立连续的电路，如中性盐溶液、土壤、海水、江水、酸、碱溶液等。气体介质及其它不导电介质不能用阴极保护法。金属材料在所处介质中要容易进行阴极极化，否则耗电量太大，不易于进行阴极保护；另如果金属在介质中原来处于钝态而外加阴极有可能使之活化，产生负保护效应。被保护设备、结构不要太复杂。否则会使金属表面电流分布不均匀。造成有些地方达不到保护电位，另一些地方由于电流集中而造成“过保护”。实际上，上述两种方法各有优缺点，一般都采用联合保护法。3、 介质处理处理介质的目的是改变介质的腐蚀性，以降低介质对金属的腐蚀作用。一般有以下几种方法除去介质中的有害成分、调节介质的pH值、降低气体介质中的水分等。例如：给锅炉水除氧。水中的有害物质物质之一，是溶解水中的氧，它会引起氧去极化的腐蚀过程，从锅炉水中排出氧，是防止锅炉腐蚀的有效措施，常用的方法有热力除氧和化学除氧等。除氧方法：热力除氧电厂时将给水加热至沸腾以除去水分中的溶解氧，这是常用的方法。因他不用加试剂，不会带来水汽质量污染问题。热力法不仅可以除氧还可以除去水中溶解的其它气体，如CO2等。化学除氧：用药品除去溶解氧的方法。用来化学除氧的药品，必须具备能迅速地和氧完全反应，反应物本身对设备不影响等。电厂中常用的物质是联氨和亚硫酸盐。N2H4+O2

→N2+2H2O2Na2SO3+O2

→2Na2SO44、 缓蚀剂法(重点介绍）

在腐蚀环境中，通过添加少量能阻碍或减缓金属腐蚀速度的物质以保护金属的方法，称为缓蚀剂法。这一方法的特点是使用方便、投资少、收效快、不用另加设备、保护面广等（如管道、阀门、螺母、仪表等），这是其他防护措施都不可比拟的。因此被广泛应用于石油、化工、机械、动力和运输等部门。

缓蚀剂应用广泛，种类繁多、机理复杂。常见的分类方法有以下几种：

常见的分类方法有以下几种：1、按缓蚀机理：阳极型缓蚀剂：抑制阳极过程，增加阳极极化。通常是缓蚀剂的阴离子移向阳极表面时金属钝化，如CrO42-、NO2-、PO43-、SiO32-等盐类，用量不足时会产生副作用。阴极型缓蚀剂：它们能使阴极过程减慢。阴极型缓蚀剂通常是阳离子移向阴极表面，并形成化学的或电化学的沉淀保护膜。如Ca(HCO3)2、ZnSO4等，它们能与阴极过程中生成的氢氧根离子反应，生成微溶性的CaCO3和Zn(OH)2沉淀膜，用量不足时不会加速腐蚀。混合型缓蚀剂：同时对阴极过程和阳极过程同时起抑制作用。2、按缓蚀剂形成的保护膜特征：可以分为三类：氧化膜、沉淀膜、吸附膜。abc机体机体机体氧化膜沉淀膜吸附膜铬酸盐→Fe2O3

↓↓钝化剂钝化膜ZnSO4→Zn(OH)2↓其他分类方法：冷却水缓蚀剂、油气井缓蚀剂、酸洗缓蚀剂、气相缓蚀剂、锅炉缓蚀剂等。无机缓蚀剂、有机缓蚀剂等。缓蚀剂的使用缓蚀剂的保护效果与金属材料、介质条件以及缓蚀剂的种类、使用剂量等有密切关系，因此缓蚀剂的应用有严格的选择性的，随各种条件的不同而不同，一般浓度是从几——几百PPM数量级。举例说明：1、一般油、气井中都存在CO2、H2S等腐蚀性介质，H2S腐蚀性非常强，所以，油气井用的缓蚀剂常以抑制H2S腐蚀为主。我国早期使用的抗H2S腐蚀的缓蚀剂有：7701——氯化苄与吡啶类化合物形成的季铵盐；若丁A——硫脲衍生物；乌洛托品；Cu2+；醋酸；烷基磺酸等。使用温度高达80~110℃，有的达150℃，用量2%~4%，缓蚀效率90%左右。由于三次采油的出现，石油工业的缓蚀剂应用越来越广泛，《石油炼制》、《油田化学》等杂志中，有很多缓蚀剂的产品广告足以说明这一点。2、炼油工业的应用：原油中含有无机盐、硫化物、环烷酸等杂质，会对常、减压及其附属设备（油罐、管线等）产生严重的腐蚀作用，炼油装置的腐蚀，主要起因于HCl-H2S-H2O的联合腐蚀。采用的缓蚀剂为胺类等，一般采用一脱四注法。3、酸洗过程：酸浸是轧制过程中除去“氧化铁磷”以及锅炉和热交换器的酸洗除锈、去垢等操作，对金属有全面腐蚀作用，常加缓蚀剂抑制腐蚀，如我国最早生产使用的天津若丁（1953年），其主要成分是1，3-二邻甲苯硫脲。在酸浸过程中添加缓蚀剂，有其重要的经济与环保价值，因为高效缓蚀剂的添加，不但金属的腐蚀速度能降低99%以上，而且还可以大大减少酸的消耗量（可减少4~5倍，并减少车间的酸雾和金属的氢脆。4、循环冷却水：工业中有大量的循环水，分为敞开式和完全循环式两种。由于腐蚀性都很强，再加上结垢、生物污染等，使工业循环水体系的腐蚀成为最受关注的领域之一。通过加入缓蚀剂、消垢剂、杀菌剂、灭藻剂等大量的化学试剂（水稳定剂）来防止设备的腐蚀、结构、生物菌藻的生长，以保证设备长期安全运转，这是一项综合性技术。水质量的好坏，直接影响到设备的的使用、开工周期。常用的水处理的缓蚀剂有：铬酸盐、硅酸盐、锌盐、多聚磷酸盐、有机磷酸盐、含硫、含氮有机化合物等。5、化学工业的应用例1：烧碱生产中的铸铁熬碱锅腐蚀严重，并可能引起危险的碱脆现象，一般是加入硝酸钠缓蚀剂。作用有二，其一是延长了设备的使用寿命；其二是减少脚碱量和烧碱内铁离子含量。即增加了产量，有提高了质量。实践证明：加0.03%左右的NaNO3后，铸铁锅的腐蚀深度从每年的几个毫米降低到每年的一个毫米以内，缓蚀率达80%~90%。例2：碳酸氢铵生产中碳化塔塔体及冷却水箱的腐蚀，某厂采用3%硫化钠溶液进行缓蚀，效果良好。例3：醋酸蒸发器中加入1%水可使设备腐蚀大大降低。在饱和二氧化碳的40~50%碳酸钾溶液中加入0.2%的铬酸钾可抑制碳钢腐蚀及碳钢-不锈钢偶联的电偶腐蚀。化学工业的腐蚀情况非常复杂，适用的缓蚀剂种类也特别多，同时有时使用的缓蚀剂还不仅仅是一种，需要多种化学试剂共同作用。（协同作用）缓蚀剂的评价如何评价缓蚀剂的性能，是一个很重要的内容，其主要内容有：缓蚀率及剂量、使用温度范围、缓蚀剂的后效性能。有时还要考虑缓蚀剂对孔蚀、氢渗透、应力腐蚀、腐蚀疲劳的影响。同时还考察影响使用的其他因素：溶解性能、密度、发泡性、表面活性、毒性、对其它处理机的负作用、价格等。另外，与其他物质是否有协同作用等。筛选缓蚀剂的方法：静态试验和动态试验。动态试验又分为实验室动态试验和现场动态试验。实验室动态试验在缓蚀剂试验中占有很重要的地位，可以进行缓蚀剂的筛选和评定，有时也常在实验室内模拟现场条件（如温度、压力、流速、充气等），但工作量很大。实验的几种方法：1）失重法：在相同条件下分别测定试样在加与不加缓蚀剂的介质中腐蚀前后的重量变化，求出缓蚀速度，再按公式I%=(V0－V）/V0计算缓蚀效率。适用于均匀腐蚀。2）容量法：当金属在非氧化性酸中腐蚀时，可通过测量单位时间内加与不加缓蚀剂时所放出的氢气体积来计算缓蚀效率。这种方法有局限性。3）电化学方法（1）极化曲线法根据加与不加缓蚀剂时的极化曲线，可以测得各自的腐蚀速度。再利用公式计算缓蚀效率。同时，可以通过极化曲线来研究缓蚀剂作用的机理，及判断缓蚀剂抑制的是阳极过程还是阴极作用，或者同时抑制了两个过程。（2）线性极化法用于导电性介质且腐蚀机理相似的体系进行相对比较。4）介质中金属溶解量法。5）电阻探针法。还有许多其它方法。特别要注意仔细观察和测定孔蚀情况。6、金属表面覆盖层用耐蚀性金属或非金属来覆盖耐蚀性较弱的金属，将主体金属与腐蚀介质隔离开来，以达到防腐蚀的目的。表面覆盖层分为金属覆盖层和非金属覆盖层两种。衬里—橡胶、塑料、玻璃钢、耐酸瓷板等非金属涂料—各种漆类、环氧树脂涂料、塑料涂料等覆盖层电镀—镀锌、镀铜、镀镍等喷镀化学镀—镀镍、镀铬等金属扩散渗透法热敷法碾压法衬里—Pb衬这项工作工艺复杂，不同的腐蚀要采取不同的方法，具体情况具体研究。7、金属的氧化和磷化处理1）氧化处理：采用人工的方法将金属进行化学氧化或电化学氧化，可以在金属表面获得比天然氧化膜厚得多的氧化膜。它的作用为防止金属腐蚀和机械磨损、作为装饰性加工，铝及铝合金的氧化膜具有良好的吸附性能，可以作为涂漆和染色的底层。钢铁的氧化处理在工业上称为“发蓝”或“煮黑”，因为这一氧化膜主要是由磁性氧化铁组成，一般呈黑色或深蓝色。常用的处