腐蚀及防护第6章课件.ppt

第六章 材料防护 对于金属材料要防止腐蚀主要从材料环境、本质和界面三方面来考虑6.1 6.1 金属的缓蚀金属的缓蚀6.1.16.1.1缓蚀剂缓蚀剂 缓蚀剂缓蚀剂称腐蚀抑制剂或阻抑剂称腐蚀抑制剂或阻抑剂特点： 不改变金属构件性质和工艺 用量少，在0.1%-1%之间 方法简单，不需要任何设备缺点：防大气和自然介质等开放系统腐蚀困防大气和自然介质等开放系统腐蚀困难难采用缓蚀剂保护时，其保护效率由下式给出； Vo未加缓蚀剂时金属的腐蚀速度； V加缓蚀剂时金属的腐蚀速度从上式可以看出： Z愈大，说明缓蚀剂效果愈好6.1.6.1.2 2 缓蚀剂缓蚀机理缓蚀剂缓蚀机理 在电化学腐蚀过程中，缓蚀剂作用机理有三种类型：1 1、阳极型缓蚀剂：、阳极型缓蚀剂： 增大阳极极化的物质： 例： H2O2重铬酸盐、亚硝酸钠、硅酸钠等2 2、阴极型缓蚀剂、阴极型缓蚀剂 增大阴极极化，抑制阳极过程的物质：As、 Sb、 Hg盐，在阴极上析出As、 Sb、 Hg ，增加了金属的析氢弹过电位，从而提高合金耐蚀性3 3、混合型缓蚀剂、混合型缓蚀剂即增大阳极极化，又增大阴极极化例：含 N及含S的有机化合物、琼脂、生物碱等 缓蚀剂按形成保护膜特征分类有三：1 1、氧化膜型缓氧化膜型缓蚀剂：蚀剂： 能使金属表面生成致密而附着力好的氧化物膜,从而抑制金属的腐蚀.故又称为钝化型缓蚀剂,或直接称为钝化剂.钢在中性介质中常用的缓缓蚀剂蚀剂有有NaNa2 2CrOCrO4 4NaNONaNO2 2 NaMoO NaMoO4 4等等氧化膜型缓蚀作用原理图氧化膜型缓蚀作用原理图加入加入K2CrO4K2CrO4对钢在对钢在1mol/L1mol/L硫酸钠硫酸钠溶液中的钝化曲线的影响。

溶液中的钝化曲线的影响1-0.01mol/L;2-1-0.01mol/L;2-没有缓蚀剂没有缓蚀剂2 2、沉淀型缓沉淀型缓蚀剂：蚀剂： 这类缓缓蚀剂蚀剂本身无氧化性，但它们本身无氧化性，但它们能与金属的腐蚀产物（如能与金属的腐蚀产物（如Fe2+Fe2+、Fe3+Fe3+）生成沉定，能够有效地修被金属氧化膜生成沉定，能够有效地修被金属氧化膜的破损处，起到缓的破损处，起到缓蚀蚀作用例如中性水作用例如中性水溶液中常用的硅酸钠（水解产生溶液中常用的硅酸钠（水解产生SiO2SiO2胶胶凝物）锌盐（与凝物）锌盐（与OH-OH-产生产生Zn(OH)2Zn(OH)2沉淀膜沉淀膜) )3 3、吸附型缓吸附型缓蚀剂蚀剂 这类缓缓蚀剂蚀剂能吸附在金属能吸附在金属/ /介质界面介质界面上形成致密的吸附层，阻挡水分和侵蚀上形成致密的吸附层，阻挡水分和侵蚀性物质接近金属，起到性物质接近金属，起到缓缓蚀蚀作用这类作用这类缓缓蚀蚀剂大多含有剂大多含有O O、N N、S S、P P的极性基团的极性基团或不饱和键的有机化合物，如钢在酸中或不饱和键的有机化合物，如钢在酸中常用硫脲、喹啉、炔醇等类的衍生物常用硫脲、喹啉、炔醇等类的衍生物。

缓蚀剂按物理性质分类：1 1、水溶性缓水溶性缓蚀剂：蚀剂： 它们可溶于水溶液中，通常作为酸、盐水溶液及冷却水中的缓蚀剂2 2、油溶性缓油溶性缓蚀剂：蚀剂： 这类这类缓蚀剂可溶于矿物油中，作为缓蚀剂可溶于矿物油中，作为防锈油的主要添中剂，它们大多是有机防锈油的主要添中剂，它们大多是有机缓蚀剂3 3、气相缓气相缓蚀剂：蚀剂： 这是在常温下能挥发成气体的金这是在常温下能挥发成气体的金属缓属缓蚀剂蚀剂若是固体，必须能升华，若是固体，必须能升华，若是液体，必须具有足够大的蒸气压若是液体，必须具有足够大的蒸气压这类这类缓蚀剂必须在有限的空间内使用，缓蚀剂必须在有限的空间内使用，如用密封包装袋如用密封包装袋6.1.3 6.1.3 缓蚀剂的应用缓蚀剂的应用 在油井、油罐、输油管道等化工、炼油、钢铁等工业应用占80%以上6.2防腐蚀结构设计（1）构件形状力求简单、合理简单的结构易于采取防腐蚀措施，便于检查和排除故障，有利于维修、保养和检查2）防止积水或积尘设备或容器出口及底部设计，应力求将其内部的液体排净，避免积液、沉积物造成浓差腐蚀在可能的条件下，贮液容器内尽量设计成流线型为了使溶液中各部分浓度和充气情况趋向均匀，在往容器加入浓液时，加入管应尽量安装在容器中心。

3）防止电偶腐蚀在同一结构中应采用同种材料；在必须采用不同材料时，应选用电偶序相近的材料，不同金属接触时，应尽量避免大阴极小阳极的危险连接部（4）防止缝隙腐蚀缝隙里的介质可引起缝隙腐蚀，为了防止缝隙腐蚀，可采用以下措施：（a）尽量采用焊接代替铆接b）改善铆接状况，在铆缝间填入一层不吸潮的垫片c)容器底部的处理容器底部不宜与多孔基础相接触，如土壤等，要用支座与之隔离5)防止液体的湍流腐蚀（1）管线的弯曲半径应尽量大尽量避免直角弯曲2）在高流速接头部分，不要采用T型分叉结构，应采用曲线逐渐过渡结构3）管道系统中流动截面积不要突变，以避免扰动流动状态4）减少气体或蒸气中的液滴，或除去液流中的固体沉积物，可以大大减少液流和气流对设备的磨损6）设备和建筑物的位置要合理（a）设备装置的布置尽量避免相互之间可能产生的不利或有害影响，如贮液设备、液体输送设备或排泄设备应与电控设备留有一定的安全距离b)电气控制等设备尽可能避开具有腐蚀性的环境，如含有或可能泄漏氯气、HCl、H2S等腐蚀性气体6.3 6.3 电化学保护电化学保护 电化学保护通过施加外加电动势，将被保护金属的电位移向免蚀区或钝化区，以减小或防止金属腐蚀的方法。

6.3.16.3.1阴极保护阴极保护阴极保护将被保护金属作为阴极，进行外加阴极极化以降低或防止金属腐蚀的方法阴极保护可通过外加电流法和牺牲阳极法来实现1 1、外加电流法、外加电流法被保护金属设备作阴极；与辅助电极（不溶性阳极）作阳极，构成一个回路利用外加阴极电流进行阴极极化的方法P161图6-4)2 2、牺牲阳极法、牺牲阳极法在被保护金属设备上联系一个电位更负的金属或合金作阳极，依靠它不断溶解所产生的阴极电流对金属进行阴极极化的方法例如：钢闸门的保护，有的就应用这种方法它是一种比较更为活泼的金属，如锌等，连接在钢闸门上这样，当发生电化腐蚀时，被腐蚀的是那种比铁更活泼的金属，而铁被保护了通常在轮船的尾部和在船壳的水线以下部分，装上一定数量的锌块，来防止船壳等的腐蚀，就是应用的这种方法目前，电化学保护发出应用除海水或河道中钢铁设备的保护外，还应用于防止电缆、石油管道、地下设备和化工设备等的腐蚀牺牲阳极材料作为牺牲阳极材料，应该具备下列条件：（1）阳极电位要负，即它与被保护金属之间的有效电位差（驱动电位）要大；电位比铁负而适合做牺牲阳极材料的有锌基（包括纯锌和锌合金）、铝基及镁基三大类合金2）在使用过程中电位要稳定，阳极极化要小，表面不产生高电阻的硬壳，溶解均匀。

3）阳极的自溶量小，电流效率高由于阳本身的局部腐蚀，产生电流并不能全部用于经保护作用，有效电量在理论发生电量中所占的百分数称为电流效率，三种牺牲阳极材料电流效率为：镁50-55%,铝80-85%,锌90-95%（4）价格低，来源充分，无公害，加工方便6.2.1.1 6.2.1.1 阴极保护原理阴极保护原理 外加电流阴极保护法和牺牲阳极保护法的原理是相同的原理将处于腐蚀区的金属进行阴极极化，使其电位向负移到稳定区，则金属可由腐蚀状态进入热力学稳定状态，使金属腐蚀停止而得到保护 或者将处于过钝化区的金属进行阴极极化，使其电位向负移至钝化区，则金属可由过钝化状态进入钝化状态而得到保护 1 1、不加外加电流时；腐蚀金属微、不加外加电流时；腐蚀金属微电池的阳极极化曲线电池的阳极极化曲线f f与阴极极化与阴极极化曲线曲线D D相交于相交于B B点（忽略溶液电阻）点（忽略溶液电阻） 在图中在图中B B点对应的电位为点对应的电位为E Ecorrcorr，对，对应的电流为应的电流为I Icorrcorr2、通以外加阴极电流时；外加一个阴极电流时，阴 极电位极化至E1,总的阴极电流为：式中： 外加阴极电流；ia被保护金属的微阳极电流；ic被保护金属的阴极电流。

因为：ia icorr，说明金属腐蚀速度降低了，得到了保护如果当阴极极化电位达到电池阳极的起始电位Ea时（即图中g点）；icorr = 0，此时，阳极电位称为最小保护电位6.2.1.26.2.1.2阴极保护的基本参数阴极保护的基本参数1 1、最小保护电位（、最小保护电位（E Ea a） 要使金属达到完全保护，必须将金属进行阴极极化，使它的总电位达到腐蚀微电池的平衡电位最小保护电位的数值与金属的种类、介质的条件（成分、浓度等）有关，一般通过经验数据或通过实验来确定，对于钢铁，通常采用比腐蚀电位负0.2-0.3V.如钢质船舶在海水中的保护电位范围为-0.750.95V(钢铁在海水中的腐蚀电位大约为-0.50V)2 2、最小保护电流密度（、最小保护电流密度（i ig g）使金属得到完全保护时所需的电流密度称为最小保护电流密度此时，外加电流.6.2.1.2 阴极保护基本参数的测定和分析阴极保护基本参数的测定和分析在海水和土壤等介质中，由于国内外已有多年的阴极保护实践经验，保护参数可根据经验数据选取在其它方面，腐蚀介质的种类繁多，积累的经验较少，在进行阴极保护之前，要先进行实验，求出保护参数的范围，根据保护效果、电能消耗及“过保护”情况进行综合分析。

1）测定阴极极化曲线求得保护参数范围各种金属在不同的电解质溶液中，其阴极极化性能是不同的，通过测定阴极极化曲线，可知金属在该介质的阴极极化性能，并提供保护电位和保护电流的参考数据，极化曲线的测定可用恒电位法或恒电流法碳钢在联碱盐析出结晶溶液中的阴极极化曲线（1）开始时，极化程度较大；（2）当电位到-900-950mV时，极化程度最大；（3）电位大于-950mV时，极化程度变小4）电位大于-1000mV时，电极表面有大量氢气泡放出由极化曲线的初步分析，碳钢在联碱盐析出结晶溶液中进行阴极保护时，其保护电位应尽量在-900至-1000mV范围内，如果太小，达不到保护效果，如果超过-1000mV，电流消耗大大，而且金属表面有氢气析出，使金属表面的表面膜破坏，甚至使金属有发生氢脆的危险2）选取合理的保护电位（a）有一定的保护效果如果保护效果太小，被保护的金属仍以一定的速度腐蚀，这样实施阴极保护意义不大保护效果可用实验法测定，最常用的方法是：在阴极极化电位恒定的条件下，用失重法测定金属材料的腐蚀率，计算阴极的保效果（保护度）保护度可用下式计算：Vo未进行阴极保护前金属的腐蚀速度；V阴极保护后金属的腐蚀速度。

从上式可以看出：愈大，说明保护效果越好2）从日常电流消耗要小，从理论上讲，保护电位越负，保护效果越好，但这样保护电流会很大如下表：保护电位（mV）(SCE)-850-900-950-1000-1050保护电流度（A.m-2）00.3160.3180.551.273.2腐蚀率（mm.a-1）1.8040.2070.04040.02710.01700.0165保护度080.996.59798.498.5(3)要防止过保护的产生，如果保护电位太负，金属表面会有大量氢气析出，使碳钢表面因“氢脆”而遭受破坏保护电位确定后，由阴极极化曲线可得出保护电流密度6.3.26.3.2阳极保护阳极保护 阳极保护将被保护设备与外加直流电源的正极相连，在一定的电解溶液中将金属进行阳极极化至一定电位，如果在此电位下金属能建立起钝态并维持钝态，使阳极过程受到抑制，而使金属腐蚀速度显著降低的方法称为阳极保护6.2.2.16.2.2.1阳极保护原理阳极保护原理基本原理： 将金属进行阳极极化，使其进入钝态区（P-D）而得到保护 致钝电流密度维钝电流密度6.3.2.26.3.2.2阳极保护的主要参数阳极保护的主要参数（1）致钝电流密度 ic愈小愈好，这样可选用小容量的电源设备，。