材料设备的腐蚀防护与保温课件

材料設備的腐蝕防護與保溫

§2.1材料設備的腐蝕與防護一、概述腐蝕是材料與它所處環境介質之間發生作用而引起材料的變質和破壞。1、腐蝕的危害腐蝕所造成的危害非常嚴重：腐蝕不僅會帶來巨大的經濟損失、造成資源和能源的嚴重浪費，而且還會污染人類生存的環境、引發災難性事故。（1）經濟損失巨大（2）資源和能源浪費嚴重（3）引發災難性事故（4）造成環境污染2、腐蝕與防護科學的發展（1）遠在5000年前我們的祖先就採用火漆作為木、竹器的防腐塗層。出土的春秋戰國時期的武器，有的至今毫無銹蝕，原因是其表面有一層緻密的含鉻的黑色氧化物保護層。如勾踐劍。§2.1材料設備的腐蝕與防護（2）18世紀下半葉開始的工業革命，促進了腐蝕與防護科學理論研究的發展。（3）近30多年來，隨著核能技術、海洋工程、航空航太、環境科學與工程技術等現代工業的崛起以及設備運行向高速、高溫、高壓方向的發展，使原來大量使用著的不銹鋼和高強度合金構件不斷出現嚴重的腐蝕問題，從而促使許多相關學科展開了對腐蝕問題的綜合研究，使今日的腐蝕與防護科學發展成為一門融合了多種學科的新興邊緣學科，並形成了包含腐蝕電化學、腐蝕金屬學、環境敏感斷裂力學、生物腐蝕學和防護系統工程學等許多學科分支。（4）現在電化學保護技術已在我國的海洋開發，石油化學工業，地下結構和裝置等方面獲得了極廣泛的應用，並逐步走向規範化、法令化階段；緩蝕劑的理論研究與實際應用，正在建立我國自己的體系；各種耐蝕材料和表面保護技術的開發及推廣應用獲得了很大的發展；防腐蝕設計和防腐蝕技術管理日益受到普遍的重視。§2.1材料設備的腐蝕與防護二、腐蝕與防護基本原理1、金屬的化學腐蝕金屬的化學腐蝕是指金屬與環境介質發生化學作用，生成金屬化合物並使材料性能退化的現象。（1）金屬氧化及其氧化膜自然界中除金、鉑等金屬在一般情況下不氧化而呈單質形式外，大多數金屬都以氧化物（礦石）形式存在。除少數金屬（如鉬、鎢）高溫氧化所生成的氧化物具有揮發性外，大多數金屬氧化的結果都是在其表面上形成一層氧化物固相膜。金屬表面上的氧化膜阻隔了金屬與介質之間的物質傳遞，將減慢金屬繼續氧化的速度。但金屬氧化膜要對金屬起到良好的保護作用，還必須滿足以下條件：§2.1材料設備的腐蝕與防護①生成的金屬膜必須緻密、完整，能把金屬表面全部遮蓋住。②金屬氧化物本身是穩定、難熔和不揮發的，不易與介質作用而被破壞。③氧化膜與基體結合良好，有相近的熱脹係數，不會自行或受外界作用而剝離脫落。④氧化膜有足夠的強度、塑性，足以經受一定的應力、應變的作用。（2）鋼鐵的氣體腐蝕①高溫氧化：鋼鐵在空氣中加熱，在較低溫度（200~300℃）表面便出現可見的氧化膜。在570℃以下時，生成的氧化物為結構緻密、保護作用較好的Fe3O4和Fe2O3；溫度超過570℃時，在氧化膜內層生成FeO。FeO的結構疏鬆，晶格缺陷密度高，金屬離子和氧離子容易遷移，氧化速度急劇增大。溫度高於800℃，表面上就開始形成多孔、疏鬆的“氧化皮”。②脫碳：脫碳是指在腐蝕過程中，除了生成氧化皮層外，與氧化皮層相連的內層滲碳體Fe3C與介質中的氧、氫、二氧化碳、水等作用(見P48頁），生成的氣體降低了膜的保護作用。防止：增加氣體介質中CO和CH4的含量或在鋼中添加鋁和鎢。§2.1材料設備的腐蝕與防護③氫蝕:

溫度超過200~300℃，壓力高於30.4MPa時，氫將對鋼產生顯著作用，使鋼劇烈脆化，造成氫蝕。氫蝕包括可逆氫脆和氫蝕兩個階段。在第一階段是可逆氫脆，氫被鋼的表面所吸收，並以原子狀態沿晶界向鋼的內部擴散。雖然這些氫原子並未與鋼的組分起化學反應，也未改變其組織，但卻降低了鋼的韌性，使鋼變脆。在一定條件下韌性又可以部分或全部恢復。第二階段是氫蝕階段。在該階段，侵入並擴散到鋼中的氫與不穩定化合物發生反應防止：降低含碳量、加合金元素④鑄鐵的腫脹：鑄鐵的腫脹實際上是一種晶間氣體腐蝕。腐蝕性氣體沿晶界、石墨夾雜物和細微裂縫滲入到鑄鐵內部，發生氧化作用。由於氧化物的生成，鑄鐵體積變大，產生腫脹，其強度大大降低。防止：見適量矽（5%—10%）§2.1材料設備的腐蝕與防護（3）防止鋼鐵氣體腐蝕的方法a.合金化:元素Cr、Al、Si等改善鋼鐵材料抗氧化性能最有效的合金元素，與氧的親和力比鐵強，在氧化性介質中首先與氧結合形成極穩定的Cr2O3、Al2O3、SiO2，這些氧化物結構緻密，能夠牢固地與金屬基體結合，形成有效的保護層。b.改善介質:通過設法改善介質成分，可以減輕乃至消除某些特定環境條件下的腐蝕危害。c.

應用保護性覆蓋層：利用金屬或非金屬塗層將金屬和氣體介質隔離開來，是防止氣體腐蝕的有效途徑。實質是抗氧化合金元素的表面合金化。d.耐高溫氧化的陶瓷覆蓋層：採用熱噴塗或等離子噴塗的方法，可以將耐熱氧化物噴塗在金屬表面形成耐高溫氧化的陶瓷覆蓋層，達到抗高溫氧化的目的。2、金屬的電化學腐蝕金屬在電解質介質中所發生的腐蝕，稱為電化學腐蝕。§2.1材料設備的腐蝕與防護（1）金屬的電化學腐蝕及發生條件金屬的電化學腐蝕原理在本質上與熟知的銅－鋅原電池是一樣的，這種引起金屬腐蝕的短路原電池，叫做腐蝕原電池。金屬或合金常常是化學成分不均一，含有各種雜質和合金元素存在組織結構不均一物理狀態不均一表面氧化（保護）膜不完整引起金屬表面的電極電位不同，在電解質溶液中就形成了腐蝕原電池。根據化學熱力學原理，可以將金屬、金屬離子及金屬氧化物或氫氧化物在水中的氧化-還原電位（E）與溶液的pH值構成電位(E)－pH圖，來表示金屬與水的電化學反應和化學反應平衡關係的圖式，以此判斷金屬在水溶液中的腐蝕傾向、腐蝕產物以及指示防止腐蝕的可能途徑。要避免鐵的腐蝕，其狀態點就不能落入腐蝕區，可採取以下幾種措施①將鐵的電極電位降至非腐蝕區。這就要對鐵施行陰極保護。②將鐵的電極電位升高，進入鈍化區。這可使用陽極保護法或在溶液中添加陽極型緩蝕劑來實現。③調整溶液pH值範圍使pH＝8~13，可使鐵進入鈍化區。§2.1材料設備的腐蝕與防護（2）極化極化是指原電池由於電流通過，使其陰極和陽極的電極電位偏離其起始電位值的現象。電流流過陰極使陰極電位降低的現象，稱為陰極極化。電流流過陽極使陽極電位升高的現象，稱為陽極極化。顯然，極化減小了電池兩極之間的電位差，導致金屬腐蝕速度的降低。通常可以將極化的機理分為活化極化（電化學極化）、濃差極化和電阻極化。①活化極化：當電流通過電極時，因電化學反應遲緩，而造成電極電位偏離平衡電位的現象稱為活化極化或電化學極化。②濃差極化：當電流流過電極時，因電極反應物（或反應生成物）輸運遲緩，而造成電極電位偏離平衡電位的現象稱為濃差極化。③電阻極化：電阻極化是由於在電極表面上生成了具有保護作用的氧化膜或不溶性的腐蝕產物等引起的。§2.1材料設備的腐蝕與防護（3）鈍化鈍化就是金屬與介質作用後，失去其化學活性，變得更為穩定的現象。使金屬發生鈍化的物質稱為鈍化劑。①成相膜理論認為，當金屬溶解時，可在金屬表面生成一層緻密的、覆蓋性良好的固體產物。這些產物作為一個獨立的相存在，把金屬和溶液機械地隔離開來，從而使金屬的溶解速度大大降低，使金屬轉入鈍態。②吸附理論吸附理論認為，引起金屬鈍化並不一定要形成固相膜，而只要在金屬表面或部分表面上形成氧或含氧粒子的吸附層。這種吸附層改變了金屬/溶液表面的結構，使金屬反應的活化能顯著升高，故金屬同腐蝕介質的化學反應速度將顯著減小。§2.1材料設備的腐蝕與防護（4）氫去極化和氧去極化腐蝕電化學腐蝕中金屬的陽極溶解與介質中氧化劑的還原是一對共軛反應。促進或抑制陰極過程，便可以促進或抑制金屬的陽極溶解。①氫去極化腐蝕：以氫離子還原反應為陰極過程的腐蝕稱為氫去極化腐蝕，簡稱析氫腐蝕。顯然，只有當金屬的電極電位較氫電極的平衡電位為負時，才有可能發生析氫腐蝕。氫去極化過程包括以下幾個步驟：a.水化氫離子脫水H＋·nH2O→H＋＋nH2Ob.形成吸附氫原子H＋＋M(e)→MH（電化學步驟）c.吸附氫原子脫附MH＋MH→H2＋2M（脫附步驟）d.氫分子形成氣泡，從表面逸出。遲緩放電理論認為控制反應速度的步驟是放電，而複合理論認為，放電速度很快，控制反應的速度地複合成氫分子的這一步。§2.1材料設備的腐蝕與防護影響氫去極化腐蝕的主要因素金屬材料的性狀：金屬材料的本質、表面狀態及金屬陰極相雜質都會影響到金屬的氫去極化腐蝕。材料與表面狀態不同其氫過電位值不同，氫過電位值愈大，氫去極化腐蝕速度愈小，反之亦然。若雜質相的氫過電位很小，就會加速金屬的腐蝕。pH值減小，氫離子濃度增大，氫電極電位變得更正，加速金屬的腐蝕陰極區的面積增加，氫過電位減小，陰極極化率降低，析氫反應加快，從而導致腐蝕速度增大。溫度升高也使氫過電位減小，而且溫度升高，陽極反應和陰極反應都將加快，所以腐蝕速度隨溫度的升高而增大。§2.1材料設備的腐蝕與防護②氧去極化腐蝕:

在中性和鹼性溶液中，由於氫離子的濃度較低，析氫反應的電位較負，一般金屬腐蝕過程的陰極反應往往不是析氫反應，而是溶液中的氧的還原反應，此時腐蝕去極化劑是氧分子。這類腐蝕稱為氧去極化腐蝕，簡稱吸氧腐蝕。只有當金屬的電極電位較氧電極的平衡電位為負時，才有可能發生吸氧腐蝕。氧去極化過程有以下幾個步驟組成：a.氧通過氣/液介面傳質，由空氣進入溶液；b.溶解氧通過對流擴散均布在溶液中；c.氧以擴散方式通過電極表面的擴散層，到達金屬的表面；d.氧在金屬表面進行還原反應。§2.1材料設備的腐蝕與防護影響氧去極化腐蝕的主要因素：陽極材料電極電位降低則氧去極化腐蝕的速度增大。溶解氧濃度增大，氧去極化腐蝕速度隨之增大。但當溶解氧濃度提高到使腐蝕電流密度達到該金屬的臨界鈍化電流密度時，金屬將由活化溶解態向鈍化態轉化，其腐蝕速度就會顯著降低。溶液流速越大，腐蝕速度也就越大。但當流速增大到氧的還原反應不再受濃差極化控制時，腐蝕速度便與流速無關。對於可鈍化金屬，金屬便轉入鈍態。鹽濃度的增大，溶液的電導率增大，腐蝕速度將有所提高。但當鹽濃度高到一定程度後，腐蝕速度反而會隨鹽濃度的提高而減慢。溫度升高氧的擴散和電極反應速度加快，因此在一定溫度範圍內，隨溫度升高腐蝕速度加快。但溫度升高又會降低氧的溶解度（敞口系統），使金屬的腐蝕速度減小。§2.1材料設備的腐蝕與防護3、金屬腐蝕破壞的形態（1）全面腐蝕腐蝕分佈在整個金屬表面，結果使金屬構件截面尺寸減小，直至完全破壞。純金屬及成分組織均勻的合金在均勻的介質環境中表現出該類腐蝕形態。（2）局部腐蝕腐蝕集中在金屬表面局部地區，而其他大部分表面幾乎不腐蝕，稱為局部腐蝕。§2.1材料設備的腐蝕與防護①電偶腐蝕兩種金屬在同一介質中接觸，由於腐蝕電位不相等，因而它們之間便有電偶電流流動，使電位較低的金屬溶解速度增加，造成接觸處的局部腐蝕；而電位較高的金屬，溶解速度反而減小，這就是電偶腐蝕，亦稱接觸腐蝕或雙金屬腐蝕。要避免電偶腐蝕首先要正確選取材料，並盡可能消除面積效應，添加環緩蝕劑。正確選材：電偶腐蝕的推動力是互相接觸的金屬之間存在電位差。顯然這種電位差越大，電偶腐蝕就越嚴重。因此，設備設計時應儘量避免異種合金互相接觸。難以避免接觸時，應盡可能選取電偶序中相距較近的合金，或者對相異合金施以相同的鍍層。此外，採用絕緣性的表面保護層以及絕緣材料墊圈等都是防止電偶腐蝕的有效方法。消除面積效應：電偶對中陰極金屬與陽極金屬面積比，對電偶腐蝕影響極大，大陰極、小陽極的電偶，將使陰極電流密度劇增，造成嚴重腐蝕添加適當的緩蝕劑，也可以有效地控制電偶腐蝕。§2.1材料設備的腐蝕與防護②小孔腐蝕在金屬表面局部地區出現向深處發展的腐蝕小孔，而其餘地區不被腐蝕或者只有很輕微的腐蝕，這種腐蝕形態稱為小孔腐蝕，簡稱孔蝕或點蝕。孔蝕的影響因素及其控制主要包括以下幾方面的內容：合金的成分和組織：孔蝕的敏感性與合金的成分、組織以及冶金品質有密切的關係。介質的組成和狀況：大多數的孔蝕是在含有鹵族元素化合物的介質中發生的，因此，為預防孔蝕應儘量降低介質中鹵素。此外，對溶液進行攪拌、迴圈或通氣也有利於預防和減輕孔蝕。緩蝕劑：硝酸鹽、鉻酸鹽、硫酸鹽及堿等能增加鈍化膜的穩定性或有利於受損的鈍化膜的再鈍化，因而都是有效防止孔蝕的緩蝕劑。陰極保護：利用陰極保護法，使金屬的電極電位控制在孔蝕保護電位以下，就可以抑制孔蝕。§2.1材料設備的腐蝕與防護③縫隙腐蝕

金屬部件在介質中，由於金屬與金屬或金屬與非金屬之間形成特別小的縫隙(一般在0.025~0.1mm之間)，使縫隙內介質處於滯流狀態，引起縫內金屬的加速腐蝕，這種局部腐蝕稱為縫隙腐蝕。縫隙腐蝕的機理與孔蝕很相似，其區別主要在於腐蝕的初始段。孔蝕起源於自己開掘的蝕孔內，而縫隙腐蝕則發生在金屬表面既存的縫隙中。在腐蝕形態上，孔蝕的蝕孔窄而深，而縫隙腐蝕的蝕坑則相對地廣而淺。縫隙腐蝕的影響因素與孔蝕的相似：控制縫隙腐蝕除可以採取防止孔蝕的相似措施外，設計中還應儘量注意結構的合理性，盡可能避免形成縫隙和積液的死角。對不可避免的縫隙，要採取相應的保護措施。另外，儘量控制介質中溶解氧的濃度，使溶氧濃度低於5×10－6，這樣在縫隙處就很難形成氧濃差電池，縫隙腐蝕則難以啟動。§2.1材料設備的腐蝕與防護④晶間腐蝕

腐蝕沿著金屬或合金的晶粒邊界區域發展，而晶粒本體的腐蝕很輕微，稱為晶間腐蝕。是一種由材料微觀組織電化學性質不均勻引發的局部腐蝕。貧化理論認為晶界與晶內的電極電位的形成，形成一晶界區為陽極，晶粒本體為陰極的微觀腐蝕電池。晶間腐蝕的控制應著眼於材料本身的成分和組織。以奧氏體不銹鋼敏化型晶間腐蝕為例：降低鋼的含碳量穩定化處理重新固溶處理⑤選擇性腐蝕多元合金在電解質溶液中由於組元之間化學性質的不均雲，構成腐蝕電池。§2.1材料設備的腐蝕與防護（3）應力作用下的腐蝕結構和零件的受力狀態是多種多樣的，如拉伸應力、交變應力、衝擊力、振動力等。不同應力狀態與介質協同作用所造成的環境敏感斷裂形式各不相同。①

應力腐蝕開裂:材料在靜應力和腐蝕介質共同作用下發生的脆性開裂破壞現象稱為應力腐蝕開裂，簡稱應力腐蝕。應力腐蝕是危害最大的腐蝕形態之一。應力腐蝕應是電化學腐蝕和應力機械破壞互相促進裂紋的生成和擴展的過程。敏感的合金、特定的介質和一定的靜應力是發生應力腐蝕的三個必要條件。對於一定的材料，其應力腐蝕只在特定的介質中發生。這種材料與敏感介質的組合關係，稱為應力腐蝕體系。應力腐蝕的機理分為陽極溶解和氫脆機理兩種。§2.1材料設備的腐蝕與防護陽極溶解機理:

該機理認為應力腐蝕裂紋的形成與擴展是陽極通道的形成與其延伸的過程。氫脆機理:認為陰極析氫反應在金屬表面形成的吸附氫原子滲入內部引起氫脆，是導致應力腐蝕的主要原因。要避免應力腐蝕或對應力腐蝕加以控制，應主要考慮以下幾方面的措施：正確選材:

根據介質情況正確選材，避免構成應力腐蝕體系，或者減輕材料對應力腐蝕的敏感性。合理設計、改進製造工藝：結構設計應儘量減小應力集中效應，製造工藝應避免造成殘餘拉應力，採取表面強化方法，使零件表面產生殘餘壓應力，以期抵消或削弱拉應力的作用。改善環境介質：一方面設法消除或減少介質中促進應力腐蝕的有害物質；另一方面可以向介質中加入適當的緩蝕劑。電化學保護：外加電流極化，使金屬的電位遠離應力腐蝕敏感區。但對氫脆敏感的材料則不能採取陰極保護。§2.1材料設備的腐蝕與防護②腐蝕疲勞:

腐蝕介質和交變應力協同作用所引起的材料破壞的現象，稱為腐蝕疲勞。同應力腐蝕和機械疲勞相比，腐蝕疲勞的特點主要表現在：a.腐蝕疲勞沒有真實的疲勞極限。b.腐蝕疲勞在任何腐蝕介質中都可能發生，但必須交變應力和腐蝕介質同時作用條件下，才能產生腐蝕疲勞。c.腐蝕疲勞性能與載荷頻率、應力以及載荷波形有密切關係。d.腐蝕疲勞裂紋往往是多源的；與應力腐蝕相比，腐蝕疲勞裂紋的擴展很少有分叉的情況。腐蝕疲勞的控制主要採取以下幾方面的措施。正確選材：一般地講，耐孔蝕的材料腐蝕疲勞性能好；對應力腐蝕敏感的材料，其腐蝕疲勞性能則較差合理設計、改進製造工藝結構設計應避免應力集中。表面強化處理和表面合金化可以顯著提高腐蝕疲勞性能§2.1材料設備的腐蝕與防護改善介質條件:

如封閉體系中水中的除氧，以及水中添加鉻酸鹽等緩蝕劑均可延長鋼材的腐蝕疲勞壽命。電化學保護：陰極保護常用於海洋環境金屬結構的腐蝕疲勞控制，效果良好。③磨損腐蝕：流體介質與金屬之間或金屬零件間的相對運動，引起金屬局部區域加速腐蝕破壞的現象稱為磨損腐蝕，簡稱磨蝕。磨蝕又可分為湍流腐蝕、空泡腐蝕和摩振腐蝕。A)湍流腐蝕：在設備或部件的某些特定部位，介質流速急劇增大形成湍流，由此造成的腐蝕稱為湍流腐蝕。湍流一方面加速了陰極去極化劑的供應量，同時也增加了流體對金屬表面的切應力，若流體中含有固體顆粒，則金屬表面的磨損腐蝕將更加嚴重。湍流腐蝕的控制可採取合理選材、改善設計、降低流速、去除介質中的有害成分、覆蓋防護層和電化學保護等多種方法。冷凝管內壁湍流腐蝕示意圖空泡腐蝕示意圖§2.1材料設備的腐蝕與防護B)空泡腐蝕：流體與金屬構件作高速相對運動，在金屬表面局部區域產生湍流，且伴隨有氣泡在金屬表面生成和破滅，使金屬呈現與孔蝕類似的破壞特徵，這種腐蝕稱為孔泡腐蝕，也稱氣蝕。控制空泡腐蝕的有效方法首先是合理選材；或在構件上塗加保護層；減弱或吸收氣泡破裂時的高壓衝擊波；提高構件表面的光潔度；在構件設計時應根據水力學原理，盡可能避免造成壓力突變區，防止氣泡的生成。C)摩振腐蝕：摩振腐蝕是指在加有荷載的互相緊密接觸的兩構件表面之間，由於微小振動和滑動，使接觸面出現麻點或溝紋，並在其周圍存在著損傷微粒（腐蝕產物）的腐蝕破壞現象。摩振腐蝕也叫微動腐蝕、磨損氧化。摩振腐蝕的機理主要有磨損-氧化和氧化-磨損兩種理論。減少或抑制摩振腐蝕，可採取以下幾方面的措施：阻止接觸面的相對微動在構件設計時通過增大接觸面的法向應力，可阻止相對微動，並添加墊圈以吸收振動。另外在安裝與檢修時，要儘量緊固相接觸的工件。§2.1材料設備的腐蝕與防護使用潤滑劑:通過潤滑作用減小摩擦係數，減少磨損。表面電鍍:在金屬表面電鍍鎘、鋅等低熔點金屬，能減小摩擦係數；若電鍍鉻等高熔點金屬，則不易發生冷焊。提高接觸金屬的硬度:通過合理選材、表面氮化、表層冷變形強化等措施，均可提高接觸面的硬度，從而減輕摩振腐蝕。（4）微生物腐蝕由於介質中存在著某些微生物而使金屬的腐蝕過程加速的現象，稱之為微生物腐蝕，也簡稱為細菌腐蝕。並非微生物本身對金屬的腐蝕，而是它們生命活動的結果直接或間接地對金屬腐蝕過程產生影響。1）微生物對金屬腐蝕過程的影響主要體現在以下幾個方面：①代謝產物具有腐蝕作用。如硫酸、有機酸和硫化物。

②改變環境介質條件。如：pH值、溶解氧等。③影響電極極化過程。④破壞非金屬保護覆蓋層或緩蝕劑的穩定性。§2.1材料設備的腐蝕與防護2）常見的細菌腐蝕：①厭氧性細菌腐蝕:影響地下鋼鐵設備、構件腐蝕性最為重要的厭氧菌是硫酸鹽還原菌（SRB）。這種菌能使硫酸鹽還原成硫化物，而硫化物與介質中的碳酸等物質作用生成硫化氫，進而與鐵反應形成硫化鐵，加速了鋼鐵的腐蝕。②好氧性細菌的腐蝕:指適於並僅能在含有游離氧的環境中繁殖生存的一類微生物，如硫氧化菌、鐵細菌、硫代硫酸鹽氧化菌等。以硫氧化菌為例，它可將元素硫和含硫化合物氧化成硫酸，造成腐蝕性極強的環境，導致材料的快速腐蝕。③厭氧與好氧聯合作用下的腐蝕：在實際環境中，由於好氧菌的腐蝕往往會造成厭氧的局部環境，使厭氧菌也得到繁殖，這樣兩類細菌的腐蝕與繁衍相輔相成，更加速了金屬的腐蝕。細菌聯合作用腐蝕的情況很普遍。§2.1材料設備的腐蝕與防護3）細菌腐蝕的控制：原則上凡能夠抑制細菌繁殖或電化學腐蝕的措施，都有助於防止或削弱金屬的細菌腐蝕。採取的措施主要包括：使用殺菌劑或抑菌劑：根據細菌種類及介質選擇高效、低毒和無腐蝕性的藥劑。改變環境條件：提高介質的pH值及溫度（pH>9.0，溫度T>50℃）、排泄積水、改善通氣條件、減少有機物營養源等。覆蓋防護層：採用塗覆非金屬覆蓋層或金屬鍍層使構件表面光滑、在有機塗層中加入適量殺菌劑等方法，可避免細菌的附著，減少細菌成垢機會，防止真菌對塗層的破壞。陰極保護：陰極保護使構件表面附近形成鹼性環境，抑制細菌活動。§2.1材料設備的腐蝕與防護4、非金屬材料的腐蝕非金屬材料與環境介質作用，性能發生蛻化，甚至完全喪失使用功能的現象，稱為非金屬材料的腐蝕。非金屬材料的組成和結構與金屬完全不同，兩者的腐蝕原理也有著本質的區別。除石墨外，非金屬材料的導電性很差或完全不導電，所以即使將其置於電解質溶液中，也不會發生電化學腐蝕。非金屬材料的腐蝕主要是由物理作用和化學作用引起的。（1）非金屬無機材料的腐蝕設備腐蝕防護方面涉及的耐蝕非金屬無機材料，大多屬於矽酸鹽材料。。矽酸鹽搪瓷的腐蝕實質上是搪瓷釉的腐蝕。矽酸鹽搪瓷釉的主要成分為SiO2，並含有多種鹼金屬或鹼土金屬氧化物。它具有很好的耐酸性，而耐鹼性相對較差。§2.1材料設備的腐蝕與防護（2）非金屬有機材料的腐蝕

非金屬有機材料的腐蝕與金屬的腐蝕完全不同，其腐蝕過程主要是物理的或化學的作用，而不是電化學過程。①物理腐蝕:高分子材料的物理腐蝕就是其在介質中的溶解。整個溶解過程分為溶脹和溶解兩個階段。非晶態：線型結構溶脹後能溶解，體型結構只能溶脹晶態：難溶脹和溶解。防止措施：針對具體的介質條件選材極性原則：非極性的高分子材料不易溶於極性溶劑中；極性高分子材料易溶於非極性溶劑中。溶解度參數原則：溶解度參數是一個近似描述溶劑分子之間或高分子材料大分子鏈間作用力大小的參數。當溶劑溶解度參數比高分子材料溶解度參數的差值小於1.7時為不耐溶劑腐蝕；大於2.5為耐溶劑腐蝕；1.7~2.5為有條件的耐溶劑腐蝕。§2.1材料設備的腐蝕與防護②化學腐蝕:高分子材料的大分子中總含有一些具有一定活性的極性基團。這些極性基團與特定的介質發生化學反應，導致了材料性能的改變，從而造成了材料的老化或者裂解破壞，即為高分子材料的化學腐蝕。水解反應：高分子鏈中O、N、Si等原子能與碳原子構成極性健，這些極性健能與水發生水解。氧化反應：大分子鏈上存在以被氧化的薄弱環節，能與氧等作用而發生講解。取代反應：碳鏈中的氫原子被其他原子或原子團所取代。交聯反應：使高分子化合物成為網狀，交聯度的大小會影響性能。③微生物腐蝕：微生物（包括真菌、黴菌及細菌）作用引起的腐蝕。許多高分子材料，如天然橡膠、大部分的含有增塑劑的熱固性塑膠和熱塑性塑膠等都含有微生物所必需的養分，因此只要有合適的溫度和濕度，微生物便會在這些材料上生活與繁殖，導致設備的腐蝕§2.1材料設備的腐蝕與防護④應力腐蝕:

高分子材料的應力腐蝕是高分子材料在受力狀態下所發生的物理或化學腐蝕，並使材料在低於正常斷裂應力下產生銀紋、裂紋、直至斷裂的現象。應力腐蝕不僅與介質有關，也與高分子材料的性質有關。三、設備腐蝕防護技術1、腐蝕防護設計腐蝕防護設計除正確選材外，具體還包括防蝕方法的選擇、防蝕結構設計、防蝕強度設計以及滿足防蝕要求的加工方法。（1）防蝕結構設計在設備的結構設計中，應同時考慮腐蝕防護方面的要求，包括下述原則：①構件形狀儘量簡單、合理簡單的結構件易於採取防腐措施、排除故障，便於維修、保養和檢查。§2.1材料設備的腐蝕與防護②避免殘留液和沉積物造成腐蝕設備、容器出口管及底部的結構設計，應力求將其內部的液體排淨，避免滯留的液體、沉積物造成濃差腐蝕或沉積物腐蝕。構件佈置要合理，避免水分積存，且要易於油漆和維修。在可能的情況下，貯液容器內部應儘量設計成流線型。§2.1材料設備的腐蝕與防護③防止電偶腐蝕在同一結構中應儘量採用相同的材料；在必須採用不同金屬組成同一設備時，選用在電偶序中相近的材料。不同金屬連接時，應儘量採用大陽極小陰極的有利結合，避免大陰極小陽極的危險連接.§2.1材料設備的腐蝕與防護④防止縫隙腐蝕在設備裝置上總是有各種各樣部件的連接，除焊接外還有鉚接、銷釘連接、螺栓連接、法蘭連接等等。這些連接都帶來了大量的縫隙，這些縫隙的存在，對構件的防蝕不利。§2.1材料設備的腐蝕與防護為了防止縫隙腐蝕，可採用如下措施：a.盡可能以焊接代替鉚接。b.改善鉚接狀況，在鉚縫中可填入一層不吸潮的墊片。c.容器底部的處置。容器底部不要直接與多孔基礎（如土壤）接觸，要用支座等與之隔離開。d.法蘭連接處墊片不宜過長，儘量採用不吸濕的材料作墊片。e.避免加料時溶液飛濺到器壁，引起沉積物下的縫隙腐蝕。因此加料口應儘量接近容器內的液面。⑤防止液體的湍流腐蝕

設計時應注意避免過度的湍流、渦流。a.設計外形和形狀的突變會引起超流速與湍流的發生，設計中應盡避免。b.管線的彎曲半徑應盡可能大，儘量避免直角彎曲。c.在高流速接頭部位，不要採用T型分叉結構，應採用曲線逐漸過渡結構§2.1材料設備的腐蝕與防護⑥避免應力過分集中a.零件在改變形狀或尺寸時，不應有尖角而應以圓角過渡；當設備的筒體與容器底的厚度不等而施焊時，應當把焊口加工成相同的厚度。b.設備上儘量減少聚集的、交叉的和閉合的焊縫，以減少殘餘應力。施焊時應保證被焊接金屬結構能自由伸縮。c.熱交換管的管子與花板的連接採用內孔焊接法比漲管法好，這樣既減少縫隙，又減小應力腐蝕破裂的危險性。⑦設備和構築物的位置要合理

a.設備裝置的佈置應儘量避免相互之間可能產生的不利或有害影響，如貯液設備、液體輸送設備或排泄設備應與電控設備留有一定的安全距離。b.電氣控制等設備應盡可能避開具有腐蝕性的環境，如在含有或可能洩漏Cl2、HCl、H2S等腐蝕性和有毒性氣體的局部環境中，要儘量避免佈置電氣設備或未做防腐處理的其他設備。§2.1材料設備的腐蝕與防護（2）防蝕強度設計防蝕強度設計中主要應考慮到材料的腐蝕裕量、局部腐蝕強度以及材料腐蝕強度變化等3個方面的因素。①腐蝕裕量的選擇:對於全面腐蝕的情況，在未考慮環境腐蝕算出構件材料尺寸時，應根據這種材料在使用的介質中的腐蝕速度留取恰當的裕量，這樣就可以保證原設計的壽命要求。腐蝕裕量的考慮要根據構件使用部位的重要性及使用年限來決定。②局部腐蝕的強度設計:對於晶間腐蝕、孔蝕、縫隙腐蝕等只有採取正確選材或控制環境介質，注意結構設計等措施來防止。對於應力腐蝕斷裂、腐蝕疲勞，如果材料的數據資料齊全，就有可能做出合適可靠的設計。③材料耐蝕強度特性的變化：在加工及施工處理時，可能會引起材料耐蝕強度特性的變化，應加以注意。如某些不銹鋼在焊接時，由於敏化溫度影響而造成晶間腐蝕，使材料強度下降，可能會在使用中造成斷裂事故。§2.1材料設備的腐蝕與防護（3）其他防蝕設計在設計中，除上述幾方面應當考慮外，在選用材料時從經濟考慮常常推薦各種防蝕保護措施，如使用防蝕塗料、電化學保護、緩蝕劑或電鍍、化學鍍、化學轉化膜等其他工藝性防腐蝕措施等。2、設備的電化學保護電化學保護是根據金屬電化學腐蝕原理對金屬設備進行保護的一種有效方法。按照作用原理不同，電化學保護分為陰極保護和陽極保護兩類。（1）陰極保護用一定的方法使被保護的金屬設備發生陰極極化以減小或防止其腐蝕的方法稱為陰極保護。實現陰極保護的方法通常有兩種：①外加電流的陰極保護：將被保護的金屬設備與直流電源的負極相接，進行陰極極化。優點是可以調節電流和電壓，適用範圍廣，可用在要求大保護電流的條件下，當使用不溶性陽極時，其裝置耐用。缺點是必須要進行經常維護、檢修，要配備直流電源設備；附近有其他金屬設備時可能產生干擾腐蝕，需要經常的操作費用。§2.1材料設備的腐蝕與防護②犧牲陽極的陰極保護:在被保護的金屬設備上連接一個電位更負（相對於被保護的金屬設備而言）的金屬（如鋼鐵設備上連接鋅等），使被保護金屬設備發生陰極極化，這種方法稱為犧牲陽極的陰極保護（也稱犧牲陽極保護）。優點是不用外加電流；施工簡單，管理方便，對附近設備沒有干擾，因此，適用於安裝電源困難、需要局部保護的場合。缺點是能產生的有效電位差及輸出電流量都是有限的，只適於需要小保護電流的場合。且電流調節困難，陽極消耗大，需定期更換。使用陰極保護時應考慮以下幾方面的問題：a.腐蝕介質必須是電解質溶液，能夠離子導電。b.被保護設備在其腐蝕介質中要易於陰極極化.c.鈍態金屬設備不宜採用陰極保護。d.結構、形狀複雜的金屬設備不宜採用陰極保護。e.由氫脆敏感性材料製作的金屬設備不宜採用陰極保護。§2.1材料設備的腐蝕與防護（2）陽極保護將被保護的金屬設備進行陽極極化，使其由活化態轉入鈍化態，從而減輕或防止金屬設備腐蝕的方法稱陽極保護。陽極保護適用於那些電位正移時，金屬設備在所處的介質中有鈍化行為的金屬-介質體系。否則陽極極化不但不能防止腐蝕，反而會加速腐蝕。陽極保護的適用條件與特點：a.某些活性陰離子含量高的介質中不宜採用陽極保護。因為這些活性離子如Cl－在高濃度下能局部地破壞鈍化膜並造成孔蝕。b.與陰極保護一樣，陽極保護也存在遮蔽效應。若陰、陽極佈局不合理，可能造成有的地方已鈍化，有的地方過鈍化，有的地方尚處在活化態。c.與陰極保護相比，成本高、工藝複雜。因為陽極保護需要輔助陰極、直流電源、測量及控制保護電位的設備。（3）陰極保護與陽極保護的比較陰極保護和陽極保護都屬於電化學保護，適用於保護處於電解質溶液中的金屬設備，但它們又有各自的特點。①從原理上講，任何金屬都可實施陰極保護（有負保護效應者除外）。陽極保護則是有條件的，它只適用於金屬－介質體系具有鈍化行為的金屬設備的保護，否則會加速腐蝕。②陰極保護時，保護效果取決於陰極極化的程度，極化電流不代表腐蝕速度的大小。陽極保護時，必須通過陽極極化建立鈍態，極化電流的大小能反映腐蝕速度的快慢。③陰極保護時，電位的偏移只會影響保護效果，不會造成腐蝕速度的顯著變化（自鈍化金屬除外）。陽極保護時，電位的偏離可能造成腐蝕速度加快。④當介質具有強氧化性時，採用陰極保護需要大電流陰極極化。採用陽極保護時，由於鈍化膜建立容易，易於進行陽極保護，且效果較好。⑤陰極保護時析氫反應對具有氫脆敏感性的設備有造成氫脆的可能性。陽極保護時，析氫發生在輔助陰極上，被保護設備不會有產生氫脆的可能性。⑥陰極保護時，輔助電極是陽極，在強氧化性介質中容易腐蝕，選擇合適的陽極材料是一大難事。陽極保護時，輔助電極是陰極，其本身就處於被保護狀態。§2.1材料設備的腐蝕與防護（3）陰極保護與陽極保護的比較陰極保護和陽極保護都屬於電化學保護，適用於保護處於電解質溶液中的金屬設備，但它們又有各自的特點。①從原理上講，任何金屬都可實施陰極保護（有負保護效應者除外）。陽極保護則是有條件的，它只適用於金屬－介質體系具有鈍化行為的金屬設備的保護，否則會加速腐蝕。②陰極保護時，保護效果取決於陰極極化的程度，極化電流不代表腐蝕速度的大小。陽極保護時，必須通過陽極極化建立鈍態，極化電流的大小能反映腐蝕速度的快慢。③陰極保護時，電位的偏移只會影響保護效果，不會造成腐蝕速度的顯著變化（自鈍化金屬除外）。陽極保護時，電位的偏離可能造成腐蝕速度加快。§2.1材料設備的腐蝕與防護④當介質具有強氧化性時，採用陰極保護需要大電流陰極極化。採用陽極保護時，由於鈍化膜建立容易，易於進行陽極保護，且效果較好。⑤陰極保護時析氫反應對具有氫脆敏感性的設備有造成氫脆的可能性。陽極保護時，析氫發生在輔助陰極上，被保護設備不會有產生氫脆的可能性。⑥陰極保護時，輔助電極是陽極，在強氧化性介質中容易腐蝕，選擇合適的陽極材料是一大難事。陽極保護時，輔助電極是陰極，其本身就處於被保護狀態。§2.1材料設備的腐蝕與防護3、設備環境介質的控制對介質的特性進行人為控制，能有效地減輕介質對設備的腐蝕程度。改變介質的腐蝕特性一般有兩種途徑：（1）控制環境介質中的有害成分控制環境介質成分的方法主要有以下幾種：①除去介質中的有害成分據電化學腐蝕原理，凡能抑制腐蝕原電池陰、陽極過程的措施都能達到防蝕的目的。除氧是改善金屬耐蝕性的有效途徑。除氧的方法主要有加熱除氧法和化學除氧法。加熱除氧法就是將水加熱至沸點溫度以除去溶解在水中的氧。化學除氧法是往水中加入化學藥品，消耗掉水中溶解氧，達到除氧的目的。常用的化學除氧劑主要有聯氨、亞硫酸鈉等。§2.1材料設備的腐蝕與防護②控制介質的pH值設備中常用金屬的腐蝕速度與介質pH值有關。要減輕腐蝕，應控制介質的pH值在適宜的範圍。控制介質pH值的方法是向介質中加入鹼性或酸性化學藥劑。③

降低氣體介質的濕度當氣體介質中濕度過高時，其凝結水就會在材料表面上形成水膜，加速材料的腐蝕。因此降低氣體的濕度是減緩金屬腐蝕的有效措施之一。降低濕度的方法包括用乾燥劑吸收水分、採用冷凝法除去水分或提高溫度降低濕度，使水蒸氣無法凝結。（2）緩蝕劑緩蝕劑是一種在很低的濃度下，能阻止或減緩金屬在腐蝕性介質中腐蝕速度的化學物質或複合物。作為緩蝕劑必須具備的條件是用量極少（千分之幾至百分之幾）、有較好的防蝕效果和不改變介質的其他化學性質。§2.1材料設備的腐蝕與防護①分類常用的有兩種方法，即化學組成分類法和影響電極過程分類法。按化學組成可分為無機緩蝕劑（硝酸鹽、鉻酸鹽、碳酸鹽、鉬酸鹽等）和有機緩蝕劑（醛類、胺類、雜環化合物等）。按對電極過程的影響可分為陽極緩蝕劑（鉻酸鹽、矽酸鈉、苯甲酸鈉等）、陰極緩蝕劑（SbCl3、AsCl3、鋅鹽、聚磷酸鹽及多數有機緩蝕劑）、混合型緩蝕劑（瓊脂、生物鹼、亞硝酸二環己胺等）。②

緩蝕機理根據緩蝕劑的不同作用特點，可分為以下幾種作用機理：吸附理論認為，介質中緩蝕劑的極性基團定向吸附排列在金屬的表面，形成連續吸附層，從而排除了水分子或氫離子等腐蝕介質的侵入或者使金屬與腐蝕介質隔離，使介質的分子或離子很難接近金屬表面，起到緩蝕作用。§2.1材料設備的腐蝕與防護成膜理論認為，緩蝕劑的分子能與金屬或腐蝕性介質的離子發生化學作用，在金屬表面生成具有保護作用的、不溶或難溶的化合物膜層，使金屬不能接觸到腐蝕性介質，從而起到緩蝕的作用。電極過程抑制理論認為，緩蝕劑的加入能夠抑制金屬在介質中形成的腐蝕電池的陽極過程、陰極過程或同時抑制這兩個過程，從而使腐蝕速度減慢，亦即起到了緩蝕的作用。③

影響緩蝕作用的因素及緩蝕劑的應用不同的緩蝕劑只對特定的金屬在特定的腐蝕介質中具有緩蝕作用。且緩蝕劑的緩蝕作用又受緩蝕劑濃度、溫度、介質流速及pH值等因素的影響。水溶性緩蝕劑具有多種用途，可作為酸、堿、鹽及中性水溶液介質的緩蝕劑。油溶性緩蝕劑最主要和最廣泛的用途就是溶解在油、脂中製成各種防銹油、防銹脂。氣相緩蝕劑是能夠不斷地自動揮發，從而能充滿需要緩蝕的空間而起到緩蝕作用的一類緩蝕劑。它主要是用作密閉包裝中的緩蝕劑。§2.1材料設備的腐蝕與防護4、電鍍、化學鍍、化學轉化膜防護（1）電鍍電鍍是使電解液中的金屬離子在直流電作用下，於陰極（待鍍零件）表面沉積出金屬而成為鍍層的工藝過程。（2）化學鍍化學鍍是利用一種合適的還原劑，使溶液中的金屬離子還原並沉積在基體表面的過程，它也被稱為自催化鍍或無電電鍍。化學鍍與電鍍不同，它不需要通以直流電，而將鍍件直接浸入化學鍍液即可。化學鍍可以在金屬、半導體、非導體材料上直接進行；由於不存在電流分佈問題，所以在深孔、盲孔和複雜內腔的內表面上可以獲得均勻鍍層；化學鍍得到的鍍層孔隙少、緻密，具有很好的耐磨性，很高的硬度。化學鍍的缺點是鍍液本身不穩定，因而對鍍液的維護要求較高，通常需加熱設備；另外化學鍍成本高，鍍層有較大脆性。§2.1材料設備的腐蝕與防護（3）化學轉化膜金屬表面的原子層與某些特定介質的陰離子反應後，在金屬表面生成的膜層稱為轉化膜。轉化膜可分為電化學轉化膜和化學轉化膜兩大類。其中化學轉化膜還包括化學氧化膜、鉻酸鹽膜和磷酸鹽膜。電化學轉化膜的形成是將待處理的金屬作為陽極，在酸性或鹼性電解液中採用控制陽極電流或電壓的方法進行陽極氧化來獲得膜層的。化學轉化膜是將待處理的金屬在適宜的金屬鹽溶液中，通過簡單的浸漬，在金屬表面生成的膜層。對鋁、鋅、鐵、銅等金屬均可採用。§2.1材料設備的腐蝕與防護5、浸鍍、滲鍍、包鍍及熱噴塗防護（1）浸鍍浸鍍（熱鍍）就是把金屬製件浸入熔融金屬液中形成鍍層的方法。因此，鍍層金屬的熔點必須比被鍍基體金屬的熔點低得多。（2）滲鍍滲鍍是採用擴散處理方法，將一種或幾種元素從表面擴散到基體金屬中去，形成滲層，以改變表面層的化學成分及組織，從而改善金屬材料表面性能。這種方法也稱為表面合金化。（3）包鍍將被保護金屬坯料放在保護金屬板中間，加以熱軋，靠機械力、熱擴散使保護金屬與被保護金屬粘合在一起稱為包鍍。（4）熱噴塗熱噴塗也叫熱噴鍍。它是利用高溫熱源，通過特殊設備-噴槍，將塗層材料加熱至熔融或接近熔融狀態，高速噴至工件表面，並形成防護層的過程。§2.1材料設備的腐蝕與防護6、襯裏防護技術根據襯裏材料的性質和施工方法的不同可將襯裏防腐技術分為玻璃鋼襯裏和橡膠襯裏。（1）玻璃鋼襯裏玻璃鋼是利用玻璃纖維的增強作用和粘合樹脂的耐蝕作用使玻璃鋼成為一種既易於增加塗層厚度又可增加塗層機械性能的覆蓋層。玻璃鋼襯裏內由於玻璃纖維的增強作用，襯裏一般都具有較高的機械強度和整體性，即使受到機械衝擊也不易出現損傷；又由於襯裏是多層結構，塗層的孔隙率低，腐蝕介質很難滲入，所以耐蝕性高。（2）橡膠襯裏橡膠襯裏具有良好的物理、機械、耐蝕和耐磨性能。作為襯裏層，具有與基體粘附力強、施工容易、檢修方便、襯後設備增重少等特點。在襯裏用橡膠中，天然橡膠的使用量占70%。隨著合成橡膠工業的發展，合成橡膠在襯裏中的應用越來越多，常用的合成橡膠多為丁苯橡膠、氯丁橡膠、丁腈橡膠、丁基橡膠和磺化聚乙烯橡膠等。

§2.1材料設備的腐蝕與防護7、有機塗料防護塗料防護是通過手工刷塗或機械噴塗等方法，在設備的內外表面上粘合一層有機塗料覆蓋層，將腐蝕介質與基體表面隔離開來的一種防護技術。常用的耐蝕材料有醇酸樹脂塗料，酚醛樹脂防腐塗料，呋喃樹脂防腐塗料，環氧樹脂防腐塗料，瀝青防腐塗料，乙烯樹脂防腐塗料，橡膠防腐塗料，有機矽耐熱防腐塗料，富鋅防腐塗料，塑膠防腐塗料等。§2.1材料設備的腐蝕與防護四、材料的選用正確合理地選取材料是保證設備正常、高效和長期運行的重要環節，選材過程是一個調查研究、綜合分析與比較鑒別的複雜而細緻的過程。1、材料選取的基本原則材料的選取除了根據不同設備在功能、工藝要求、工作環境條件等方面的特殊要求進行針對性選取外，還應遵循如下幾條基本原則：（1）材料的耐蝕性能要滿足要求根據設備所處的環境條件，選擇耐蝕性能好、能滿足生產要求的材料。（2）材料的物理、機械和加工工藝性能要滿足要求作為整體的工程結構材料，在具有一定耐蝕性的前提下，一般還要有一定的強度、抗衝擊韌性、彈性和塑性，即所選材料的物理、機械和加工工藝性能要滿足設備設計與加工製造的要求。（3）要力求最好的經濟效益要優先選用國產、便宜的材料。，§2.1材料設備的腐蝕與防護2、選材時應考慮的因素（1）設備或構件的工作環境是選材必須明確的條件，使用者與設計者應密切配合，詳細列出環境介質參數。（2）參考已有的腐蝕數據資料，選出在相應腐蝕環境下的耐蝕材料。（3）從事故調查的分析記錄中吸取教益。（4）腐蝕試驗。（5）經濟與耐用的綜合考慮。（6）在選材同時，還應考慮與之相適應的防護措施。（7）材料最後的選定，還應考慮其加工性能、焊接性能，加工後是否會降低其耐蝕性能，否則會前功盡棄。§2.2設備的保溫一、保溫