材料的腐蚀与防腐.ppt

1、腐蚀（corrosion）,“腐蚀是从绘图板开始的”，这句话是强调没计防腐蚀是化工生产的根本性防腐蚀方法，也是化工设备设计的一项重要内容。选材是化工设备设计中的重要环节，材料性能的鉴别和评定是选材的两个主要问题。重点介绍电化学腐蚀和局部腐蚀的基本概念和载荷与温度对腐蚀的影响；设备腐蚀概况、特点、影响因素和防护措施。对不同类型化工设备具体选材方案的了解，可供类似工况下的设备选材借鉴，这既是对腐蚀基础知识的具体应用，也是对化工装置选用材料的指导。,腐蚀的定义,金属腐蚀是指金属与其周围介质发生化学或电化学作用而产生的破坏现象。,腐蚀的危害,金属腐蚀造成的损失是巨大的。据统计，全球每年因腐蚀而造成的经

2、济损失约为7000亿美元，占各国国民生产总值（GDP）的2一4。腐蚀损失为自然灾害（地震、风灾、水灾，火灾等）损失总和的6倍。中国1997年统计，腐蚀经济损失高达2800亿人民币，约占国民生产总值的4以上。据统计，因腐蚀每年约30的钢铁产品报废，10的钢铁将全部变为铁锈。以此计算我国每年因腐蚀损失的钢铁约为1000万吨。在化工、石油、轻工、能源等行业中，约60的装备失效与腐蚀有关。实际上，由于材料腐蚀引起的工厂停产、设备更新、能源浪费等间接损失，其价值远比金属材料的价值大得多。 腐蚀是不可避免的，但腐蚀是可以控制和尽可能减缓的。根据最新的调查，若充分应用现有防腐蚀技术和腐蚀科学知识，腐蚀损失至

3、少可以挽回l/4，这相当于将现阶段我国国民生产总值（GDP）提高一个百分点。所以，在化工设备设计中应对金属腐蚀问题予以充分的重视。,腐蚀的分类,化学腐蚀 电化学腐蚀 应力腐蚀 晶间腐蚀 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 这是两种性质不同的腐蚀。,corrosion categories：,The conditions that cause corrosion can arise in a variety of ways. For this brief discussion on the selection of materials it is convenient to classify corrosion

4、 into the following categories： 1. General wastage of material-uniform corrosion. 2. Galvanic corrosion dissimilar metals in contact. 3. Pitting-localised attack. 4. Intergranular corrosion. 5. Stress corrosion. 6. Erosion-corrosion. 7. Corrosion fatigue. 8. High temperature oxidation. 9. Hydrogen e

5、mbrittlement.,析氢腐蚀,对于酸性溶液通常是氢离子的还原，腐蚀反应的原电池模型中可以表示为： 2H2e H2 此时，因有氢气析出，又称析氢反应。这种由于氢离子的还原而使金属受到腐蚀，并伴随氢气析出的腐蚀作用叫做析氢腐蚀，又称氢去极化腐蚀。析氢腐蚀是一切活泼金属在非氧化性酸中的基本腐蚀形式。,吸氧腐蚀,对于中性溶液，通常是溶液中的氧还原为氢氧离子： O22H2O4e一 4OH 此时，因吸收了氧，又称吸氧反应，这种由于氧的还原而引起的金属腐蚀叫做吸氧腐蚀，又称耗氧腐蚀。 多数的金属在海水、淡水、土壤和弱碱性的水溶液中，由于氢离子的浓度小，不足以腐蚀金属，这时，少量溶解氧就充当了氧化剂。

6、,应力腐蚀,应力腐蚀破裂是指金属在固定拉应力和特定介质的共同作用下所引起的破裂。这里所说的应力，其来源可以是构件在制造(如焊接)或装配过程中的残余内应力，也可以是设备、构件在使用过程中所承受的各种应力。实验证明，只有拉应力才能引起应力腐蚀，压应力不会产生应力腐蚀。 使某一材料发生应力腐蚀的介质是特定的介质，不是任意介质。例如在氯化物溶液中，奥氏体不锈钢在固定的拉应力作用下容易产生应力腐蚀，但在含氨的蒸汽中则不会产生应力腐蚀。可是对黄铜来说，在含氨的蒸汽中却容易产生应力腐蚀，而在氯化物溶液中反倒不发生应力腐蚀。这表明，构成一个应力腐蚀的体系要求一定的材料与一定介质的相互组合。,晶间腐蚀的原因,由

7、于晶界处某些合金成分比晶粒少，使晶界的电位低于晶粒的电位，或晶界的极化性能不如晶粒的极化性能，从而造成晶间有更大的腐蚀敏感性。 例如，不锈钢的晶间贫铬，铝铜合金的晶间贫铜，镍铬铝合金的晶间缺钼等，都会引起晶间腐蚀。这种晶界某些成分的贫化现象，常常是在热处理时产生的。 由于晶界存在易溶解的杂质，这些杂质在某些介质中优先溶解，引起晶间腐蚀。 当晶粒与晶界的应力状态不同时，也会引起晶粒与晶间的电位差，导致晶间腐蚀。,不锈钢晶间腐蚀,奥氏体不锈钢晶间腐蚀的机理是贫铬理论：不锈钢因含铬而有很高的耐蚀性，其铬含量必须要超过12.5，否则其耐蚀性能和普通碳钢差不多。不锈钢在敏化温度范围内（450-850），

8、奥氏体中过饱和固溶的碳将和铬化合成Cr23C6，沿晶界沉淀析出。由于奥氏体中铬的扩散速度比碳慢，这样，生成Cr23C6所需的铬必然从晶界附近获取，从而造成晶界附近区域贫铬。如果铬含量降到12.5%以下，则贫铬区处于活化状态，作为阳极，它和晶粒之间构成腐蚀原电池，贫铬区是阳极，面积小，晶粒是阴极，面积大，从而造成晶界附近贫铬区的严重腐蚀。,避免应力集中的设计,避免应力集中的设计,金属或合金发生应力腐蚀破裂时，大部分表面实际并未遭受腐蚀，只是在局部地区出现一些由表及里的细裂纹，这些裂纹可能是穿过晶粒的，也可能是沿晶界延伸的，裂纹的主干与最大拉应力垂直。随着裂纹的扩展，材料的受力截面减小，在应力腐蚀

9、后期，材料截面缩小到使其应力值达到或超过材料的强度极限时，金属或合金即迅速发生了机械断裂。 控制应力腐蚀破裂应从合理选材、控制应力、减弱介质的浸蚀性等方面着手解决。例如消除焊件的残余应力，避免应力集中的设计。,腐蚀的破坏形式,局部腐蚀： 电偶腐蚀（galvanic corrosion）又称“接触腐蚀” 缝隙腐蚀（crevice corrosion） 孔蚀（pitting） 晶间腐蚀（inter-granular corrosion） 选择性腐蚀（selective corrosion） 应力腐蚀开裂（stress corrosion cracking） 腐蚀疲劳（corrosion fatig

10、ue） 冲刷腐蚀（erosion corrosion）,腐蚀的各种破坏形式,均匀腐蚀 电偶腐蚀 缝隙腐蚀,孔蚀 晶间腐蚀 应力腐蚀,腐蚀疲劳 氢鼓泡 磨损腐蚀,缝隙腐蚀crevice corrosion,金属部件在介质中，如若金属与金属或金属与非金属之间存在特别小的缝隙，使缝隙内的介质处于滞流状态，从而引起缝内金属的加速腐蚀，那么这种局部腐蚀就称为缝隙腐蚀。例如在法兰的连接面间、螺母或铆钉头的底面、焊缝的气孔内及锈层的缝隙间都有可能由于积存少量静止的腐蚀介质而产生缝隙腐蚀。此外，砂泥、积垢、杂屑等沉积在金属表面上也会形成缝隙引起缝隙腐蚀。 几乎所有的金属和合金都会产生缝隙腐蚀，只是对腐蚀的敏感

11、性有所不同，不锈钢的敏感性比碳钢高。几乎所有的介质，包括中性，接近中性以及酸性的介质都会引起缝隙腐蚀。 为了防止缝隙腐蚀，在设备、部件的结构设计上，应尽量避免形成缝隙，采用对焊比采用铆接、螺栓连接或搭焊要好。为了避免容器底部与多孔性基础之间产生缝隙腐蚀，罐体不要直接座在多孔性基础上，宜加支座为好。,孔蚀（pitting）,在金属表面的局部地区出现向深处发展的腐蚀小孔，这些小孔有的孤立存在，有些则紧凑在一起，看上去象一片粗糙的表面，这种腐蚀形态称为小孔腐蚀，简称孔蚀或点蚀。 它不是按照腐蚀后的重量损失来评定的，一般是用单位面积上的腐蚀坑数量及最大深度来评定腐蚀倾向大小的。 从实践的观点来看，容易

12、钝化的金属或合金，如不锈钢、铝和铝合金、钛和钛合金等在含有氯离子的介质中经常发生孔蚀。 总的来说，普通钢比不锈钢耐孔蚀能力高，例如用海水作冷却介质的冷凝器管子，如果用碳钢代替不锈钢，虽然碳钢的全面腐蚀较不锈钢大得多，但却不会发生由孔蚀引起的迅速穿孔。 实践还表明，孔蚀通常发生在静滞的凉体中，提高流速会使孔蚀减轻。例如，一台打海水的不锈钢泵如连续运转，使用很好，但如停用一段时间，就会产生孔蚀。,钝化现象,室温条件下，把一铁片放置在稀硝酸溶液中，铁片将被溶解，其溶解速度随硝酸浓度增加而迅速增大。当硝酸浓度达到3040时，溶解速度达到最大值。如果再增加硝酸浓度（40），铁的溶解速度急剧降低，仅为最大

13、值的万分之一左右。这表明铁片的表面已由活性溶解状态转变为非常耐蚀的状态。这种金属表面状态的突然变化过程称为钝化。金属表面钝化后所处的状态称为钝态。,钝化,目前被大多数人所接受的理论有薄膜理论（成相膜理论）；吸附理论和电子排列理论。 薄膜理论认为：钝化的原因是由于在金属材料的表面形成了一层起保护作用的薄膜（厚度为几纳米），它阻滞了阳极反应的进行。使电位升高很多。一般来说，金属材料的钝化现象发生在氧化性介质中，钝化膜就是一种氧化膜或氧化物所形成的盐类膜，这种保护膜对阳极过程的屏盖作用，使之钝化。,吸附理论,吸附理论认为：当金属材料的表面吸附了氧、氧化剂或其他物质时，也可以产生钝化现象。吸附理论又分为两种说法。化学吸附，材料表面吸附了氧原子，当氧原子吸附层完全充满表面时，就出现了钝化现象。也有人认为，只要氧吸附在电化学