金属腐蚀与防护_精品文档.ppt

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五、金属腐蚀的防护1.概述腐蚀破坏的形式是很多的，在不同的条件下引起的金属腐蚀的原因是各不相同的，而且影响因素也非常复杂，因此，根据不同的条件采用的防护技术也是多种多样的。

在实践中常用的是以下几类防腐技术：

合理选材：

根据不同介质和使用条件，选用合适的金属材料和非金属材料；介质处理：

包括除去介质中促进腐蚀的有害部分（例如锅炉给水的除氧）、调节介质的pH值及改变介质的程度等；,阴极保护：

利用电化学原理，将被保护的金属设备进行外加阴极极化降低或防止腐蚀；阳极保护：

对于钝化溶液和易钝化的金属组成的腐蚀体系，可采用外加阳极电流的方法，使被保护金属设备进行阳极钝化以降低金属的腐蚀；添加缓蚀剂：

向介质中添加少量能阻止或减慢金属腐蚀的物质以保护金属；,金属表面覆盖层：

在金属表面喷、衬、镀、涂上一层耐蚀性较好的金属或非金属物质以及将金属进行磷化、氧化处理，使被保护金属表面与介质机械隔离而降低金属腐蚀；合理的防腐设计及改进生产工艺流程，以减轻或防止金属腐蚀。

2.合理选材为了保证设备的长期安全运转，合理选材、正确设计、精心制造及良好的维护管理等几个方面的工作密切结合，是十分重要的。

而材料选择是其中最重要的一环。

在选材时首先考虑介质的性质、温度、压力。

介质的性质是氧化性还是还原性，其浓度如何；含不含杂质，杂质的性质如何，杂质是减缓腐蚀的还是加速腐蚀的，如果是加速腐蚀的，其加速的原因是什么。

此外，对介质的导电性、pH值及生成腐蚀产物的性质等，都要了解清楚。

材料加工工艺性能的好坏往往是决定该材料能否用于生产的关键。

例如，高硅铸铁在很多介质中耐蚀性能很好。

但因其又硬又脆，切削加工困难，只能采用铸造工艺，而且成品率较低，使设备成本费增高，限制了它的应用。

此外在选材时还要考虑材料的价格和来源，要有经济观点。

具有一定耐腐蚀的金属材料有很多，包括各种合金钢如铬钢（铬的质量分数大于0.12）和铬镍钢（一般铬和镍的质量分数分别为0.18和0.08）、铝合金如铝硅合金、铝镁合金、铝镁铜合金和钛合金如钛铝钼合金等。

根据不同腐蚀介质和不同机械性能的要求，应选用不同的耐腐蚀金属。

不锈钢以铁碳合金为主体，在冶炼过程中加入其它合金元素而得的合金钢。

一般泛指的不锈钢包括：

不锈钢、耐酸钢及耐热钢的通称。

严格说来，不锈钢是指在空气中能抵抗腐蚀的钢；耐酸钢是指在某些化学介质中能抵抗腐蚀的钢；耐热钢则是指在高温下能抗氧化、抗蠕变并耐一定介质腐蚀的钢。

这里只讨论耐酸不锈钢。

奥氏体不锈钢在常温下具有奥氏体组织的不锈钢。

奥氏体是C溶于-Fe中所形成的间隙固溶体，具有面心立方晶体结构，用字母A或者表示。

奥氏体不锈钢无磁性，具有高韧性和塑性，但强度较低，不可能通过相变使之强化，仅能通过冷加工进行强化。

如加入S，Ca，Se，Te等元素，则具有良好的易切削性。

此类钢除耐氧化性酸介质腐蚀外，如果含有Mo、Cu等元素还能耐硫酸、磷酸以及甲酸、醋酸、尿素等的腐蚀。

铁素体不锈钢铁素体也是一种铬镍钢，它是C溶于-Fe中所形成的间隙固溶体,具有体心立方晶体结构,用字母F或者表示。

它的铬质量分数在11.5%32.0%范围内。

随着铬含量的提高，其耐酸性能也提高，加入钼（Mo）后，则可提高耐酸腐蚀性和抗应力腐蚀的能力。

马氏体不锈钢用M表示，是指碳在-Fe中的过饱和固溶体。

这类钢中铬的质量分数为11.5%18.0%，但碳的质量分数最高可达0.6%。

碳含量的增高，提高了钢的强度和硬度。

在这类钢中加入的少量镍可以促使生成马氏体，同时又能提高其耐蚀性。

在这些耐腐蚀的金属材质做成的钢管中，防腐性能较好的是13Cr油管。

这种钢管是由日本川琦制铁株式会社生产，其主要指标和特性如下：

化学成份：

Cr为13%、C为0.2%、S为0.001%；温度与腐蚀速度：

试验表明，13Cr钢管在50250范围内、CO2分压高达3MPa、NaCl溶液为3.5%的水溶液中，其最大腐蚀速度为1mm.a-1，在温度小于50，其腐蚀极低；,CO2分压与腐蚀速度：

通过试验证明，在温度为80、CO2分压对13Cr钢材的腐蚀速度影响不大。

在二氧化碳分压（Pco2）为1MPa时，腐蚀速度仅为0.5mm.a-1。

抗硫化氢应力腐蚀性能：

在温度80时，13Cr钢材抗硫化氢应力腐蚀能力非常强。

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。

通常采用除去介质中有害成分、调节介质的pH值、降低气体介质中的水分等方法进行介质处理。

去除介质中的有害成分热力法除氧这种方法的原理主要是提高温度以减小氧的溶解度，其次是把水蒸气通进水面上气体所占空间用以减小氧的分压。

温度越高，加热时间越长，加热蒸气中游离的C02浓度越低，则重碳酸根的分解率越高，其出水的pH值也就越高。

化学除氧：

化学除氧是往水中加入化学药品以除去水中的氧。

用来进行给水化学除氧的药品，必须具备能迅速地和氧完全反应、反应产物和药品本身对锅炉的运行无害等条件。

常用化学除氧药品有联氨、亚硫酸钠等。

气提脱氧：

气提法通常在装有填料或有孔塔板的气提塔中进行，水由塔顶进入，气提用的气体由塔底导入，气体成为气泡通过水层、填料或塔板使水和气很好接触。

采用的气体通常是天然气或内燃机废气，即要求其中不含氧。

它的除氧原理是用气提的气体稀释被水带入的气体，以减小其中氧的浓度，使混合气体中氧的分压降低，从而使氧从水中逸出。

真空脱氧：

真空脱氧的原理是减小混合气体压力Pr，从而减小氧的分压。

调节介质的pH值锅炉给水以及工业用冷却水，如果含有酸性物质，使其pH值偏低（pH7），则可能产生氢去极化腐蚀。

而钢材在酸性介质中不易生成表面保护膜，故这时必须提高其pH值，以防止氢去极化腐蚀或金属表面保护膜的破坏。

提高水的pH值的方法，一般是加氨或胺。

降低介质中的水分气体介质中含水分较多时，就有可能在金属表面上形成冷凝水膜，而使金属遭受腐蚀。

例如湿的大气比干的大气腐蚀严重，湿氯气、湿硫化氢比干的氯气、干硫化氢对金属的腐蚀严重的多，而且腐蚀率通常随着气体湿度的增加而增加。

因而降低气体介质中的水分是减缓腐蚀的有效措施之一。

降低气体水分的方法有以下几种：

采用干燥剂吸收气体中的水分；采用冷凝的方法从气体中除去水分或用提高气体温度的方法降低气体中的相对湿度，使水气不致冷凝。

4.阴极保护阴极保护原理阴极保护的机理可以从两个方面来理解。

首先从金属腐蚀的机理来分析：

从腐蚀反应式可以看出：

要防止金属腐蚀，可以采取两个措施：

通过外界引入一个高于金属腐蚀产生的电流，使环境介质与外加电流作用，阻止金属失去电子，达到防止金属腐蚀的目的；寻找一种比铁更为活泼的金属，这样，当该金属与铁同时与环境介质作用时，该金属首先失去电子，直到这种金属完全消耗后，铁才会失去电子。

那么在该金属未消耗完之前，就保护了铁！

为了使金属得到完全保护，需进一步将阴极极化到使总电位降至等于阳极的初始电位EA0，此时外加的保护电流值为IP。

从图上可以看出，要达到完全保护，外加的保护电流要比原来的腐蚀电流大得多。

阴极保护的方法实现阴极保护的方法通常有牺牲阳极法和强制电流法。

由于杂散电流排除过程中，在管道上保留有一定的负电位，使管道得到了阴极保护，所以排流保护也是一种限定条件下的阴极保护方法。

牺牲阳极法在腐蚀电池中，阳极腐蚀，阴极不腐蚀。

利用这一原理，以牺牲阳极优先溶解，使金属构筑物成为阴极而实现保护的方法称为牺牲阳极法。

为了达到有效保护，牺牲阳极不仅在开路状态（牺牲阳极与被保护金属之间的电路末接通）有足够负的开路电位（即自然腐蚀电位），而且在闭路状态（电路接通后）有足够的闭路电位（即工作电位）。

这样，在工作时可保持足够的驱动电压。

作为牺牲阳极材料，必须具有下列条件：

要有足够的负电位，且很稳定；工作中阳极极化要小，溶解均匀，产物易脱落；阳极必须有高的电流效率，即实际电容量和理论电容量之比的百分数要大；电化当量高，即单位重量的电容量要大；腐蚀产物无毒，不污染环境；材料来源广，加工容易，价格便宜。

【阳极材料】：

在土壤环境中常用的阳极材料有镁和镁合金、锌和锌合金；在海洋环境中还有使用铝合金。

这三类牺牲阳极材料已在世界范围内广泛应用。

强制电流法根据阴极保护的原理，用外部的直流电源作阴极保护的极化电源，将电源的负极接管道（被保护构筑物），将电源的正极接至辅助阳极（由阳极材料制成），在电流的作用下，使管道发生阴极极化，实现阴极保护。

强制电流法的电源常用的有整流器，还有太阳能电池、热电发生器、风力发电机等。

辅助阳极的常用材料有高硅铸铁、石墨、磁性氧化铁及废钢铁等。

强制电流法是目前长距离管道最主要的保护方法。

表阴极保护与排流保护的比较,5涂层防腐概述定义涂料：

借助于特定的施工方法，涂覆在物品表面上，经固化后形成连续性涂膜的材料，并以此对被涂物品进行保护、装饰和其它特殊作用。

油漆：

用油制成的涂料。

涂料的组成虽然组成涂料的物质有很多，但是归纳起来有四大类：

成膜物质：

由动植物的油脂、天然树脂和合成树脂组成，是形成涂膜的主体，是决定涂料主要性能的成份，又称为基料、漆料等。

颜料：

在涂料中使用的颜料包括着色颜料和体质颜料。

溶剂与稀料：

使涂料成为一粘度适当的流体，便于涂覆以及渗透到被涂物质裂缝中去的物质。

常见的稀料：

水、苯、甲苯、二甲苯、氯苯、环戊二烯、石油醚、汽油、低级醇、乙酸乙酯、丙酮、环己酮等。

助剂：

催干剂、增塑剂、增稠剂、防流褂剂、防沉降剂、润湿剂、防霉剂、紫外线吸收剂、防结皮剂、流平剂、防擦伤剂、导电剂等。

涂料的分类涂料的分类方法很多，常见的分类方法有：

根据涂料的用途进行分类：

建筑涂料、船舶用涂料、电气绝缘用涂料、汽车用涂料等。

根据施工方法的不同进行分类：

刷用涂料、喷漆、烘漆、电泳漆、流态床涂装用漆等；,根据涂料的作用进行分类：

包括打底漆、防锈漆、防腐漆、防火漆、耐高温漆、头度漆、二度漆等；根据漆膜外观进行分类：

大红漆、有光漆、半光漆、无光漆、皱纹漆等等。

根据成膜物质的来源进行分类：

无机涂料、有机涂料、金属涂料。

涂层防腐的优点选择范围广：

可根据设备中的腐蚀介质的性质、浓度、温度和施工条件等合理选择涂料；适应性强：

被涂物不论形状、大小均可涂敷，同时不受设备材质的限制；使用方便：

施工工艺简单，只要将物体表面处理干净后，就可以根据已具备的条件选择施工方案；成本低：

大多数涂料来源广、价格低。

涂料选用原则根据被涂物件的使用条件选择涂料；根据被涂物件表面性质选择涂料；根据现有施工条件选用涂料；根据经济效果选用涂料。

常见的防腐涂料种类有机涂料：

醇酸树脂漆、丙烯酸涂料、沥青涂料、纤维素涂料、环氧树脂涂料等。

天然及防锈漆油漆：

以天然动植物油为主体原料的涂料，其附着力、耐候持久性较好，价格低。

生漆（大漆）：

属于我国特产，来源于漆树分泌的天然树脂，主要成分为漆酚。

涂料耐酸、水、油，其耐溶性、耐磨性。

耐土壤腐蚀性较好。

防锈漆：

有可抑制金属腐蚀的碱性颜料和涂料组成，具有耐酸、耐碱、防腐等功能。

富锌漆：

由锌粉和有机或无机涂料调制而成。

该涂料不仅具有一般涂料的功能，而且可在涂层损坏处有阴极保护的功能。

涂料的施工方法脱脂除锈除尘或水洗干燥涂敷固化质量检查除油脂：

【目的】：

清除工件表面的油脂、油污。

【分类】包括机械法、化学法两类。

机械法：

手工擦刷、喷砂抛丸、火焰灼烧等。

化学法：

溶剂清洗、酸性清洗剂清洗、强碱液清洗，低碱性清洗剂清洗。

除锈【目的】：

清除工件表面的腐蚀产物，改善表面粗糙度。

【分类】包括机械法、化学法两类。

化学法：

酸液除锈等。

机械法：

适用于管道外表面除锈，即采用动力或手工工具除锈，主要有喷、（抛）射磨料和手工机具。

钢丝轮直径较大（300mm以上），在电动机的带动下以1000rmin以上的速度旋转。

钢管通过螺旋传动器的传动，在钢丝轮上面螺旋前进。

在钢丝轮高速磨刷的作用下，管子表面的锈层与污物被清理干净，陈锈效率较高。

喷（抛）射磨料除锈：

用压缩空气将磨料高速喷射到金属表面，依靠磨料的冲击和研磨作用，将金属表面的铁锈和其他污物清除的工艺。

喷砂设备主要由压风机、油水分离器、除水器、喷砂机等组成。

抛丸法除锈：

利用高速旋转的叶