腐蚀防护第十讲.ppt

过程装备腐蚀与控制第十讲高海涛影响腐蚀的结构因素力学因素表面状态与几何因素异种金属组合因素焊接因素金属在某些环境中的腐蚀第一节 在高温气体中的腐 蚀第二节 在大气中的腐蚀特 点第三节 在土壤中的腐蚀特 点第四节 在海水中的腐蚀特 点金属结构材料的耐蚀特性第一节 金属耐蚀合金化原理第二节 常用结构材料的耐蚀性第三节 结构材料的选择原则金属的热力学稳定性 判断依据：标准电位值酸性溶液中EH = 0V中性溶液中EH = -0.414V中性溶液中EO2 = 0.805V当金属的电极电位小于以上值时，即发生腐 蚀一、纯金属的耐蚀特性金属的钝化 热力学不稳定的金属在氧化性介质中容易 钝 化可钝化的金属有锆、钽、铌、铝、铬、铍钼镁、镍、钴、 铁这些金属大多在氧化性介质中易钝化在Cl- 、Br-、F-，离子作用下钝态易破坏 易钝化的金属可作为合金元素加入合金中 使合金获得耐蚀性 腐蚀产物膜（机械钝态膜）的保护性能1、提高金属的热力学稳定性 （贵金属，成本高，难以推广 ）2、减弱合金的阴极活性l减小金属或合金中的活性阴极面积；通 过热处理的方法形成稳定的固溶体l加入析氢超电压高的合金元素（增大合 金阴极析氢反应的阻力）二、金属耐蚀合金化的途径3、减弱合金的阳极活性（是最有效、 应用最广泛的方法）l减少阳极相的面积 l加入易钝化的合金元素 l加入阴极合金元素促进阳极钝化4、使合金表面生成电阻大的腐蚀产物 膜铬（Cr）：l 是不锈钢的基本合金元素；热力学不稳定l 与铁基合金组成固溶体时，合金呈现不同程度的类似铬的耐蚀特性l 在具备钝化的条件下，含量越高，耐蚀性越好l 在不能实现钝化的条件下，随着含量的增高，腐蚀速率反而加大三、主要合金元素对耐蚀性的影响镍（Ni)：l热力学不够稳定l与Fe-Ni合金在硫酸、盐酸和硝酸中的腐蚀速率都随着镍的含量的增加而减小；l镍在铁的基体中的耐蚀性不是钝化作用，而是使合金的热力学稳定性提高l在氧化性介质和还原性介质中均有效l优势：与铬配合加入铁中获得不锈钢；综合了铬镍的优势，耐氧化性介质腐蚀也耐还原性介质腐蚀；形成奥氏体，具有良好的热加工性、冷变形能力、可焊性、良好的低温韧性。

l不利之处：增加不锈钢的晶间腐蚀倾向钼（Mo)：l使合金耐还原性介质的腐蚀和抗氯离子等引起的孔蚀l含量较小时，使钢对氯化物腐蚀破裂敏感，而当钼含量大于4%时，钢的耐应力腐蚀破裂性能提高l钝化膜厚度随着钢中钼含量增高而增厚，而膜厚度的增加通常会延长蚀孔形成的孕育期，提高耐孔蚀性能硅（Si)：l 在相应的合金中具有耐氯化物腐蚀破裂、耐孔蚀、耐浓热硝酸、抗氧化、耐海水腐蚀等作用l 不锈钢随硅含量的增加，耐应力腐蚀破裂性能显著改善（依靠加硅形成富硅保护膜）l 耐氯离子腐蚀（耐氯化物应力腐蚀破裂）l 改善耐孔蚀性能（提高了钢的钝态稳定性）l 耐强氧化物腐蚀：形成富集Si, Cr, O的表面膜l Si与Cr, Mo与Cu配合，可以得到各种耐海水钢铜（Cu)： l是低合金钢、不锈钢、镍基合金、铸铁中常用的耐蚀合金元素之一；l耐大气腐蚀：铜在低合金钢大气腐蚀过程中起着活性阴极的作用，在一定条件下可以促使钢产生阳极钝化，从而降低腐蚀速率；l钝化膜易被活性氯离子破坏，所以铜钢只在较纯净的空气中具有较好的耐蚀性；l可提高钢对H2SO4的耐蚀性：提高了合金的热力学稳定性；l可减弱钢在海水中的缝隙腐蚀：加入Cu后，钢的阳极过程受到阻滞，使钝化临界电流密度减小。

常用结构材料的耐蚀性能主要有不锈钢、铝及铝合金、钛及钛合金、硅铸铁等1、18-8不锈钢（Cr18%, Ni8%-9% ;n=2)l 在空气、水、中性溶液和各种氧化性介质中十分稳定l 在酸性介质中（氧化性酸或非氧化性酸，以及氧化性的强弱有关）l 不锈钢设备的腐蚀多是局部腐蚀破坏：晶间腐蚀、孔蚀、应力腐蚀一、依靠钝化获得耐蚀能力的金属l铝的耐蚀能力主要取决于在给定环境中铝表面 的保护膜的稳定性； l在中性和近中性以及大气中具有很高的稳定性 ；在氧化性的酸或盐溶液中也十分稳定 l常用于浓硝酸的生产中 l在含卤素离子的中性溶液中易发生小孔腐蚀2、铝与铝合金l 在大多数有机介质中有很好的耐蚀性l 对硫和硫化物有很好的耐蚀性 l 加入Cu, Mg,Mn等使铝强化，提高纯铝的强度l 耐蚀铝合金主要有Al-Mn, Al-Mn-Mg, Al-Mg-Si, Al-Mgl 氧化性介质；沸水和过热蒸汽；沸腾铬酸、浓硝酸、浓硝酸的 混酸、高温高浓度的硝酸 l 在中性和弱酸性氯化物溶液中有良好的耐蚀性 l 在含有少量氧化剂或添加高价重金属离子，或与铂、钯等相接 触，抑制钛的腐蚀（可以促使阳极钝化）l 在稀碱溶液中耐蚀 l 在一定条件下，发生激烈的发火反应；l 主要品种有：Ti-Pd, Ti-Ni, Ti-Mo, Ti-Ni-Mo合金 l 容易发生氢脆情况 l 应力腐蚀破裂3、钛及钛合金l 含14.5-18%硅的铁硅合金称为高硅铸铁l n=2 l 表面钝化形成SiO2保护膜 l 在碱，氢氟酸，氟化物，卤素，亚硫酸等环境中 不耐蚀 l 抗热冲击能力差4、高硅铸铁结构材料的选择原则1、介质的特性与温度、压力2、工艺条件对材料的限制3、设备的功能和结构4、运转及开停车的条件一、根据工艺条件分析对设备材料的要求首先了解各种材料的共性，然后分析某些材料的特殊性质，全面掌握各种材料的基本特性二、掌握材料的基本特性三、材料选择的基本要点耐蚀性力学物理特性加工成型工艺性能材料价格与来源第五章 非金属结构材料的耐蚀特性第一节 高分子材料的腐蚀性和影响因素第二节 耐腐蚀高分子材料第三节 耐腐蚀无机非金属材料第四节 碳-石墨第五节 树脂基复合材料-玻璃钢的耐蚀性高分子材料的腐蚀特性和影响因素渗透：高分子材料处于环境中，腐蚀性介质通过材 料 表面渗入内部，同时，材料的可溶成分及腐 蚀 产物逆向扩散进入介质。

溶胀：相当数量的介质小分子渗入高聚物内部，引 起 高分子材料宏观上的体积和重量的增加溶解：如果大分子间无交联键，溶胀可以一直进行 下去，大分子充分溶剂化后会缓慢的向溶剂中 扩散，形成均一的溶液一、溶胀、溶解与渗透二、化学腐蚀--氧化聚二烯烃 > 聚丙烯 > 低密度聚乙烯 > 高密度聚乙烯• 加聚反应合成的产物的主链“C—C”共价键不易水解• 杂链高聚物易水解，杂原子与碳原子键的极性越大，越易水解• 高分子材料的水解基团在酸碱介质中的水解活化能越高，越不易水解耐酸性介质水解的能力：醚键 > 酰胺键或酰亚胺键 > 酯键 > 硅氧键耐碱性介质水解的能力：酰胺键或酰亚胺键 > 酯键三、化学腐蚀--水解影响高分子材料老化的因素：阳光温度湿度其他作用五、老化（耐侯性）紫外线红外线水分、 雨雪第二节 耐腐蚀的高分子材料一、硬聚氯乙烯塑料：nCH2﹦ ﹦ CHCl→〔CH2—CH·Cl〕n材料的溶 解性和渗 透性增加聚合物裂解 交联氧化产物降解 交联（老化）硬聚氯乙烯塑料：nCH2﹦ ﹦ CHCl→〔CH2—CH·Cl〕n常用耐腐蚀部件和设备：贮槽、塔设备、电除雾器、离心泵、风机、管道 、管件及阀门等研制开发改性的聚氯乙烯：n FR-PVCn C-PVCn 玻璃钢增强PVCPVC使用实例见P104二、其他塑料1、聚丙烯塑料（PP）具有良好的耐蚀性、耐溶剂性、耐热性（>PVC）可以采用热塑性塑料的加工方法、可以焊接常用于制作化工管道、贮槽、衬里等石墨改性PP，可做PP换热器线膨胀系数PP =3 线膨胀系数PVC杨氏模量PP=1/8 杨氏模量PVC热膨胀和 刚性问题2、 氟塑料：含 F 原子的塑料的总称。

具有耐蚀、耐热、自润滑性Ø 聚四氟乙烯（PTFE，F - 4）Ø 聚三氟氯乙烯（PCTFE， F – 3）Ø 聚全氟乙丙烯（FEP，F – 46）3、氯化聚醚塑料结晶大分子结构中存在醚键具有较高的耐蚀性热塑性塑料加工成型用做涂层和衬里 4、聚苯硫醚塑料PPS耐热 机械性能高 热塑性塑料加工成型 用做耐蚀和耐热的阀门 、泵、密封环 主要用于防腐涂层第三节 耐腐蚀的无机非金属材料一、 陶瓷1、陶瓷的耐蚀性的影响因素：Ø 材料的化学成分Ø 矿物学组成Ø 孔隙Ø 结构类型Ø 高温下材料性质的变异Ø 腐蚀介质的性质SiO2↑, Al2O3 耐酸↑CaO, MgO 耐 碱陶瓷的化学 组分为各类 硅酸盐2、陶瓷材料的特性指标： ØØ 孔隙率和吸水率孔隙率和吸水率ØØ 不渗透性不渗透性ØØ 耐热冲击性能耐热冲击性能ØØ 耐酸度耐酸度无定形碳和 石墨的成品 统称为碳素 材料第四节 碳 - 石墨碳素材料是一种重要的工碳素材料是一种重要的工 程材料程材料耐磨、耐蚀的特点；耐磨、耐蚀的特点；应用：冶金、机电、化工应用：冶金、机电、化工 、原子能和航空等、原子能和航空等一、碳-石墨制品的制造填塞孔隙 合成树脂、水玻 璃、低熔点金属无烟煤、焦 炭、石油焦浇铸石墨压制石墨第五节树脂基复合材料-玻璃钢的耐蚀性玻璃钢：玻璃纤维（或玻璃纤维布）与热固性树脂组成的 树脂基复合材料称为玻璃纤维热固性增强塑料，俗称 玻璃钢。

具有高强度、耐腐蚀、成型 加工性好等特点 性能与玻璃纤维及树脂的种 类、组成相的比例、组成相 之间的结合强度有关玻璃钢制品环氧基一、 化工玻璃钢常用树脂的耐蚀特性1、环氧树脂 凡分子结构中含有环氧基团 的高分子化合物统称为环氧 树脂 • 粘接性能优异• 环氧固化物具有优良的化学稳定性• 固化收缩率小（一般环氧树脂 和聚酯树脂，不耐碱腐蚀马丁耐热度为120℃，最高为150 ℃（不受力）Ø 具有较大的收缩率和气孔率Ø 环氧-酚醛树脂使材料的耐酸、碱，耐热以及收缩率 、粘结性等性能得到综合提高3、呋喃树脂分子中含有呋喃环的高聚物称为呋喃树脂具有良好的耐酸、耐碱性能可在酸碱交替的环境中使用不耐氧化性酸和其他氧化性介质的腐蚀耐溶剂性和耐热性较好塑性差易脆裂与金属的粘结能力差4、聚酯树脂聚酯：多元醇与多元酸形成的缩聚物的总称不耐氧化性介质、易老化在碱和热酸的作用下，发生水解成型工艺性能良好制品致密性好制造玻璃钢主要用不饱和聚酯二、玻璃钢的耐蚀特性1、玻璃钢的强度和使用温度 Ø 力学性能的最大特点：比强度高相对密度是碳钢的1/3~1/4， 比强度是碳钢的2~3倍Ø 玻璃钢的导热系数仅为钢的1/100~2/1000不适合做传热设备Ø 热膨胀系数较树脂大为减小固化成型后尺寸比较稳定，不会因温度变化发生较 大的形变2、玻璃钢的耐化学腐蚀特性 玻璃钢的耐蚀性主要取决于树脂腐蚀过程是腐蚀介质或溶剂的渗透引起树脂溶胀 、溶解、水解、或受热氧化降解及热分解作用而导致 的树脂结构的破坏3、玻璃钢的耐老化性能酚醛树脂老化最严重；防腐用的玻璃钢在自然环境中可使用5-7年老化对机械强度影响较小，弹性模量缓慢降低三、玻璃钢设备的结构设计特点1、层间结构：内层: 耐腐蚀层厚度：0.5~1.5mm；树脂：90%过渡层: 中间防渗层厚度：2~2.5mm；胶量：50~70%增强层: 承载设备负荷，厚度 依设计强度；玻纤维：70%外层：提高防老化性能，外表美观厚度1~2mm；含胶量：80~90%第六章 防腐方法目前工程中用得最多的防腐方法：Ø 金属或非金属材料覆盖层金属覆盖层：金属衬里；金属镀层；复合金属板等非金属覆盖层：衬里；搪瓷；搪玻璃；涂料；联合覆盖层Ø 电化学保护 包括阴极保护；阳极保护 Ø 防腐结构设计Ø 介质处理从防腐效果、施工难易 、经济成本等方面综合 考虑选取防腐方法第一节 电化学保护法电化学保护是根据金属电化学腐蚀原理对金属设备进 行保护的方法。

分为阴极保护和阳极保护（一）阴极保护一 、阴极保护电保护和护屏保护的原理完全相同；腐蚀着的金属看作是双电极腐蚀厚电池1、原理Ø 最小保护电流密度Ø 最小保护电位2、阴极保护的基本参数阴极保护的基本参数都通过实验确定； 与被保护金属的种类，表面状态，以及。