材料设备的腐蚀与防护课件

材料設備的腐蝕防護與保溫2024-4-21一、概述什麼是腐蝕？定義：金屬材料和周圍環境發生化學或電化學作用而破壞。

工程材料和周圍環境發生相互作用而破壞。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。三個基本要素：腐蝕的對象腐蝕的性質腐蝕的後果2.1材料設備的腐蝕與防護2024-4-21耐蝕性指材料抵抗環境介質腐蝕的能力腐蝕性指環境介質腐蝕材料的強弱程度腐蝕過程的本質金屬→金屬化合物

△G﹤0，自發過程不可逆過程2024-4-211、腐蝕的危害經濟損失巨大資源和能源浪費嚴重引發災難性事故造成環境污染2.1材料設備的腐蝕與防護2024-4-21經濟損失包括直接損失和間接損失直接損失：指採用防護技術的費用和發生腐蝕破壞以後的維修、更換費用和勞務費用。間接損失：指設備發生腐蝕破壞造成停工、停產；跑、冒、滴、漏造成物料流失；腐蝕使產品污染，品質下降，設備效率降低，能耗增加；在計算壁厚時需增加腐蝕裕度，造成鋼材浪費等。2024-4-21舉例1975年美國芝加哥一個大的煉油廠一根15cm的不銹鋼彎管破裂引起爆炸和火災，停車6周，這次腐蝕事故總維修費50萬美元，停車造成的稅收損失高達500萬美元。美國：1949年55億美元

1960～1969年150～200億美元

1975年700億美元

1982年1269億美元

1995年8000億美元英國：1969年13.65億英鎊（27.3億美元）2024-4-212、腐蝕與防護科學的發展（1）遠在5000年前採用火漆作為木、竹器的防腐塗層。（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，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2.1材料設備的腐蝕與防護2024-4-21設備材料腐蝕圖片

2024-4-21設備材料腐蝕圖片

2024-4-21腐蝕的分類按環境分類：大氣腐蝕土壤腐蝕海水腐蝕高溫氣體腐蝕化工介質腐蝕按形態分類：局部腐蝕全面腐蝕按相互作用的性質：電化學腐蝕物理腐蝕2024-4-211、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。（2）鋼鐵的氣體腐蝕高溫氧化：鋼鐵在空氣中加熱，溫度高於800℃，表面上就開始形成多孔、疏鬆的“氧化鐵皮”。二、腐蝕與防護基本原理2024-4-21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，導致氫脆、脫碳、CH4生成，鋼劇烈脆化，造成氫蝕。鑄鐵的腫脹：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，鑄鐵體積變大，產生腫脹，其強度大大降低。脫碳：脫碳是指在腐蝕過程中，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、水等作用使滲碳體減少，生成的氣體降低了膜的保護作用；材料性能降低。1、金屬的化學腐蝕2024-4-21（3）防止鋼鐵氣體腐蝕的方法合金化：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，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。

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。1、金屬的化學腐蝕2024-4-21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。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。1、金屬的化學腐蝕2024-4-21（1）金屬的電化學腐蝕及發生條件原理：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原電池，叫做腐蝕原電池。發生條件：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。2、金屬的電化學腐蝕2024-4-21腐蝕原電池原理2024-4-21金屬的電化學腐蝕銅板上的鐵鉚釘為什麼特別容易生銹？

帶有鐵鉚釘的銅板若暴露在空氣中，表面被潮濕空氣或雨水浸潤，空氣中的二氧化碳、二氧化硫和海邊空氣中的NaCl溶解其中，形成電解質溶液，這樣組成了原電池，銅作陰極，鐵作陽極，所以鐵很快腐蝕形成鐵銹。2024-4-21金屬的電化學腐蝕2024-4-21（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。活化極化：電化學反應遲緩造成；濃差極化：電極反應物（或反應生成物）輸運遲緩造成；電阻極化：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、金屬的電化學腐蝕2024-4-21（3）鈍化鈍化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。成相膜理論：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。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。2、金屬的電化學腐蝕2024-4-21（4）氫去極化和氧去極化腐蝕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。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)d.氫分子形成氣泡，從表面逸出。2、金屬的電化學腐蝕2024-4-21影響氫去極化腐蝕的主要因素金屬材料性狀：金屬材料性質、表面狀態及金屬陰極相雜質pH值：低pH值，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面積：面積增大，氫過電位減小，陰極極化率降低，析氫反應加快，腐蝕速度增大溫度：溫度升高，氫過電位減小，而且陽極反應和陰極反應速度都將加快，導致腐蝕速度隨溫度的升高而增大2、金屬的電化學腐蝕2024-4-21②氧去極化腐蝕：在中性和鹼性溶液中，氫離子的濃度較低，析氫反應電位較負，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。氧去極化腐蝕發生條件：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：2、金屬的電化學腐蝕2024-4-21a.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、金屬的電化學腐蝕2024-4-21影響氧去極化腐蝕的主要因素：陽極材料電極電位：電位降低則氧去極化腐蝕的速度增大溶解氧濃度：DO濃度提高，氧去極化腐蝕速度隨之增大溶液流速：流速越大，腐蝕速度越大鹽濃度：濃度的增大，溶液的電導率增大，腐蝕速度將有所提高溫度：升高氧的擴散和電極反應速度加快2、金屬的電化學腐蝕2024-4-21（1）全面腐蝕

全面腐蝕的特徵：腐蝕分佈在整個金屬表面，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。全面腐蝕的控制：合理選材、留有裕量施加保護性覆蓋層緩蝕劑電化學保護3、金屬腐蝕破壞的形態2024-4-21（2）局部腐蝕腐蝕集中在金屬表面局部區域，而其他大部分表面幾乎不腐蝕。局部腐蝕特徵：明晰固定的腐蝕電池陽極陰極區面積相對較小的陽極區電化學過程具有自催化性

腐蝕事例中局部腐蝕占80%以上。3、金屬腐蝕破壞的形態2024-4-21兩種金屬在同一介質中接觸，腐蝕電位不等使它們之間有電偶電流流動，使位較低的金屬溶解速度增加，造成接觸處的局部腐蝕，電偶腐蝕亦稱接觸腐蝕或雙金屬腐蝕。要避免電偶腐蝕需考慮如下三個方面：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，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消除面積效應：避免大陰極、小陽極的電偶添加適當的緩蝕劑：緩飾劑可以有效地控制電偶腐蝕①電偶腐蝕2024-4-21在金屬表面局部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：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：孔蝕大多在含有鹵族元素化合物的介質中發生，降低介質中鹵素可預防孔蝕。此外，加強溶液攪拌、迴圈或通氣也有利於預防和減輕孔蝕②小孔腐蝕2024-4-21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。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。②小孔腐蝕——影響因素及控制2024-4-21Fe2+Ｆｅｃｌ２ＨｃｌＨ２Ｓ間或有ＦｅCｌ２．４Ｈ２Ｏ結晶含Ｈ２Ｓ的酸性氯化物溶液ＭｎＳ＋２Ｈ＋

Ｍ２＋ｎ＋Ｈ２ＳｅＣｌ－Ｃｌ－ｅＦｅＦｅ２＋＋２ｅＦｅ２＋＋Ｈ２ＯＦｅＯＨ＋＋Ｈ＋２Ｈ＋＋２ｅＨ２ｅＦｅ（ＯＨ）３多孔鏽層Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ４０Ｈ－Ｏ２Ｏ２中性充氣氯化鈉溶液Ｏ２Ｏ２Ｏ２Ｏ２Ｏ２Ｏ２因杵氫偶而將鏽層衝破Ｈ２Ｏ２Ｏ２ＯＨ＋Ｈ２Ｏ＋Ｆｅ３Ｏ４←３ＦｅＯＯＨ＋ｅ起源於硫化物夾雜的碳鋼孔蝕機理示意圖

根據Ｗｒａｎｇｌｅｎ2024-4-21金屬部件在介質中，金屬與金屬或金屬與非金屬之間形成特別小的縫隙(0.025~0.1mm)，縫隙內介質處於滯流狀態，引起縫內金屬腐蝕加速——縫隙腐蝕。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，還應考慮：設計中注意結構的合理性，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儘量控制介質中溶解氧的濃度，DO低於5×10－6，使縫隙處難以形成氧濃差電池，縫隙腐蝕難以啟動。③縫隙腐蝕2024-4-21eeeeeeeeo2OH-OH-M+M+o2Na+Na+Na+Cl-M+o2OH-o2OH-M+o2OH-M+Cl-Na+eeeo2OH-OH-o2M(OH)2M+M+M+M+M+M+Cl-M+M+Cl-M