【正文】 屬腐蝕的概念 第一節(jié) 電化學(xué)概念 當(dāng)鋅放入稀鹽酸時(shí)，會(huì)發(fā)生劇烈反應(yīng)；產(chǎn)生氫氣，鋅 被溶解并產(chǎn)生氯化鋅溶液。 第一章：金屬腐蝕的概念 化學(xué)腐蝕：不需要電解質(zhì)，反應(yīng)過程中沒有電子 轉(zhuǎn)移，反應(yīng)過程不能用兩個(gè)或兩個(gè)以上的方程式表 示。水對(duì)鋼的腐蝕。冶金過程消耗了能量，也可以說金屬本身儲(chǔ)存了能量，釋放和降低能量是金屬的客觀要求，只要外界條件（介質(zhì)）合適，它就會(huì)由原子態(tài)變成化合態(tài)。 高溫、高壓通常會(huì)造成更加苛刻的腐蝕條件。多數(shù)鐵礦石含有鐵的氧化物，鋼被水和氧腐蝕就生成氧化鐵，即鐵礦石的主要成分。 前 言 第一章：金屬腐蝕的概念 腐蝕的基本概念 腐蝕的定義： 1）由于材料與環(huán)境反應(yīng)而引起的材料的破壞或變質(zhì)。在國(guó)外，統(tǒng)稱為腐蝕工程師。 腐蝕研究的是腐蝕的動(dòng)力哪里來？腐蝕的原因何在？為何同樣條件有的材料就腐蝕，有的材料就不腐蝕？即發(fā)生腐蝕的內(nèi)因和外因。原因：有技術(shù)因素，人的因素更為重要。 世界就會(huì)更加色彩斑斕，環(huán)境會(huì)更加美好，生產(chǎn)上事故會(huì)減少。 前 言 腐蝕無處不在，地上地下，水上水下，家庭內(nèi)外，凡是人類所涉及到的區(qū)域、場(chǎng)所、空間腐蝕都在發(fā)生，而且沒有任何地方開始有腐蝕，后來自己停止。 前 言 前 言 提到腐蝕包括兩大內(nèi)容：一個(gè)是腐蝕，一個(gè)是防腐蝕。 前 言 防腐蝕研究是針對(duì)一個(gè)具體項(xiàng)目研究采取什么措施降低腐蝕程度。 專業(yè)腐蝕工程師要了解冶金、材料、化學(xué)、機(jī)械、電甚至機(jī)械設(shè)計(jì)這些方面的知識(shí)。 2）除了單純機(jī)械破壞以外材料的一切破壞。 冶煉（還原過程） 軋制 鐵礦石（氧化鐵） ———→鐵 —→鋼管（板材） 介質(zhì)作用（氧化過程） 鋼管（鐵） ———→氧化鐵（鐵礦石主要成分 ） 第一章：金屬腐蝕的概念 腐蝕的環(huán)境 腐蝕無處不在 空氣和潮氣，淡水、海水、蒸餾水和礦坑水，農(nóng)村、城市和工業(yè)大氣， 水蒸汽和其他氣體如氯、氨、硫化氫、二氧化硫和燃料氣體， 酸、堿（鹽酸、硫酸、硝酸、環(huán)烷酸、醋酸），土壤，以及食品。 人體也有腐蝕性，腐蝕對(duì)于醫(yī)用金屬也很重要，如關(guān)節(jié)、螺絲、骨板和心臟瓣膜。所有的金屬?gòu)臒崃W(xué)的觀點(diǎn)來說都是不穩(wěn)定的。 干腐蝕：環(huán)境中沒有液相時(shí)產(chǎn)生的腐蝕，腐蝕劑通常是蒸氣和氣體。比較少見。 Zn + 2HCl →ZnCl2 + H2 ↑ () 鋅氧化成了鋅離子，氫離子還原成了氫原子。 腐蝕最重要的基本原理之一：金屬腐蝕時(shí) ， 氧化速度等于還原速度 （ 用電子的產(chǎn)生和消耗表示 ） 。 第二章 腐蝕原理 例如： 2Fe → 2Fe2+ + 4e （氧化反應(yīng)） O2 + 2H2O + 4e → 4OH （還原反應(yīng)） 第二章 腐蝕原理 鐵在中性水中的腐蝕過程 電化學(xué)腐蝕的主要特點(diǎn)： （ 1）金屬的電化學(xué)腐蝕反應(yīng)只是整個(gè)氧化還原反應(yīng)中的一個(gè)反應(yīng)；而另一個(gè)反應(yīng) ——還原反應(yīng)也間接影響腐蝕過程；兩個(gè)反應(yīng)可以同時(shí)同地、也可同時(shí)異地發(fā)生； （ 2）金屬的電化學(xué)腐蝕只發(fā)生在與電解質(zhì)溶液接觸的金屬界面上； （ 3）金屬的電化學(xué)腐蝕不僅與金屬材料和溶液介質(zhì)有關(guān)，還與電荷的傳輸有關(guān)。 所有這些反應(yīng)都有一個(gè)共同之處 ——消耗電子。 鋅放到充氣鹽酸中，就可能發(fā)生兩種陰極反應(yīng) ——?dú)湮龀龊脱踹€原。 腐蝕過程中陽極反應(yīng)和陰極反應(yīng)是相互依存的，降低任何一種反應(yīng)的速度都可能降低腐蝕速度 。 第二章 腐蝕原理 活化極化：電化學(xué)過程受金屬 —電解質(zhì)界面上的反應(yīng)歷程所控制； 鋅在酸當(dāng)中，鋅表面上的氫還原要經(jīng)過四個(gè)步驟： ① H +在鋅表面吸附， ② H +得到電子還原為 H， ③ H +H→H2 ④ 若干個(gè) H2結(jié)合成一個(gè)大氣泡。 第二章 腐蝕原理 當(dāng)腐蝕發(fā)生在含高濃度的活性物質(zhì)的介質(zhì) （ 如濃酸 ）中時(shí) ， 活化極化通常是控制因素； 當(dāng)可還原的物質(zhì)濃度小時(shí) （ 如稀酸 、 充氣的鹽溶液 ） ， 一般以濃差極化為主 。 鈍化的兩個(gè)必要標(biāo)志： 1)腐蝕速度大幅度下降 。 （ 3）鈍化膜的穩(wěn)定性。 第二章 腐蝕原理 在活化區(qū)，這類金屬的行為和普通金屬一樣，溶液的氧化能力稍許增大一些，就會(huì)使腐蝕率相應(yīng)地迅速增高。這個(gè)區(qū)名為過鈍化區(qū)。 18Cr—8Ni不銹鋼和鈦就具有明顯的活化鈍化特性，鉛和鋼在濃硫酸中耐蝕也是發(fā)生鈍化的結(jié)果。 腐蝕可概括分為均勻腐蝕和局部腐蝕。如：鋼放在稀硫酸中，鐵皮放在大氣中。與原來不接觸時(shí)相比，耐蝕性差的金屬接觸后腐蝕會(huì)增加，耐蝕性好的金屬腐蝕則下降。 第二章 腐蝕原理 兩種不同金屬接觸 第二章 腐蝕原理 第一節(jié) 礦物棉特性及其制品 第二章 腐蝕原理 第二章 腐蝕原理 電流和腐蝕的推動(dòng)力是兩金屬間產(chǎn)生的電位差 。 在電動(dòng)序中越接近，連接后產(chǎn)生的電位差越小，隔得越遠(yuǎn)，連接后產(chǎn)生的電位差越大。 第二章 腐蝕原理 標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)序：（相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)氫電極， 25℃ ） 鉀 鈉 鎂 鋁 鋅 鉻 鐵 鎳 鉛 （氫） 銅 汞 銀 鉑 金 ————→ 電極電位由低到高 ————→ 活性由高到低 鎂 ：－ 鋁： － 鐵： － 銅： 金： 第二章 腐蝕原理 不同電極電位的金屬在 HCI中的表現(xiàn) 第二章 腐蝕原理 電偶腐蝕在大氣中也發(fā)生 。 第二章 腐蝕原理 當(dāng)金屬完全干燥時(shí) ， 不發(fā)生電偶腐蝕 ， 因?yàn)樵趦蓚€(gè)電極區(qū)域之間沒有傳遞電流的電解質(zhì) 。 第二章 腐蝕原理 距離的影響：由電偶效應(yīng)引起的加速腐蝕通常在連接處最大，離連接處越遠(yuǎn)，腐蝕越小。這種腐蝕形態(tài)稱為縫隙腐蝕，也叫作沉積物腐蝕或墊片腐蝕。一般尺寸是幾十到上百個(gè)微米。 設(shè)計(jì)容器時(shí)要使液體能完全排凈，避免銳角和靜滯區(qū)（死角），液體能排凈便于清洗，可防止固體在底部沉積。這類孔的直徑可大可小，但在大多數(shù)情況下都比較小。它使設(shè)備穿孔破壞，失重法又檢查不出來。 第二章 腐蝕原理 多數(shù)孔蝕破壞是由于氯化物和含氯離子引起的。如，打海水的泵，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)沒問題，停止一段時(shí)間就會(huì)產(chǎn)生孔蝕。 316不銹鋼（ 18—8鉬）耐孔蝕能力較好， 316不銹鋼是在 304不銹鋼（ 18—8）的基礎(chǔ)上加入了 2%鉬。晶間腐蝕是由晶界的雜質(zhì)，或晶界區(qū)某一合金元素增多或減少引起的。 第二章 腐蝕原理 不銹鋼的晶界示意圖 第二章 腐蝕原理 晶界區(qū)界面 第二章 腐蝕原理 磨損腐蝕 磨損腐蝕是由于腐蝕流體和金屬表面間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，引起金屬的加速破壞或腐蝕。 第二章 腐蝕原理 許多情況下磨損腐蝕在比較短的時(shí)間內(nèi)就造成破壞，而且破壞出乎意料。 第二章 腐蝕原理 許多類型的腐蝕介質(zhì)能引起磨損腐蝕，包括氣體、水溶液、有機(jī)體系和液態(tài)金屬。 因?yàn)槟p腐蝕過程包括腐蝕，所有影響腐蝕的因素都應(yīng)加以考慮。這些膜保護(hù)金屬的能力取決于當(dāng)金屬初始暴露在環(huán)境中時(shí)成膜的速度和難易、膜對(duì)機(jī)械破壞或磨損的抵抗力以及當(dāng)破壞或損傷后膜的再生速度。增加流速，特別是在流速很高的情況下，一般使腐蝕增加。結(jié)果湍流使金屬與介質(zhì)的接觸更為頻繁。液體中的固體顆粒、氣泡都會(huì)增大沖擊作用。耐蝕性主要由金屬的化學(xué)成分決定?？张莞g的外表有些像孔蝕。（ 4）在同一點(diǎn)上又形成一個(gè)新氣泡。 第二章 腐蝕原理 空泡腐蝕各步驟示意圖 第二章 腐蝕原理 應(yīng)力腐蝕 應(yīng)力腐蝕也叫應(yīng)力腐蝕破裂，是指拉應(yīng)力和一種特定腐蝕介質(zhì)共同存在而引起的破裂。 第二章 腐蝕原理 第二章 腐蝕原理 對(duì)應(yīng)力的要求：須為拉應(yīng)力并有足夠大，應(yīng)力的來源可有外加的、殘余的、熱或焊接應(yīng)力。 （選材、改變環(huán)境、設(shè)計(jì)、陰極保護(hù)陽極保護(hù)、涂層） 第三章：腐蝕的防止 第一節(jié) 選材 工程中選擇一種材料取決于多種因素，雖然我們關(guān)心的是材料的耐蝕性，但最后的選擇卻常常決定于耐蝕性以外的因素，即材料的成本、耐蝕性、加工性能等。在選擇合金時(shí)，有幾種金屬 ——腐蝕解質(zhì)的較好組合，耐蝕性好且成本較低。這層膜在中性和多種酸性溶液中十分穩(wěn)定，但是受堿侵蝕。 第三章：腐蝕的防止 銅和銅合金： 銅和多數(shù)其它金屬不同之處是它兼有良好耐蝕性、高電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率、成型性能、加工性能和強(qiáng)度，只有高溫下例外。 黃銅（ CU—Zn） 青銅（ CU中加入 Sn,AL或 Si） 第三章：腐蝕的防止 金屬純度 純金屬的耐蝕性一般比含有雜質(zhì)或少量它種元素的金屬更好。通常采用改變介質(zhì)狀態(tài)的典型方法有： （ 1）降低溫度， （ 2）降低流速， （ 3）除去氧或氧化劑，（ 4）改變濃度。 吸附型緩蝕劑 析氫反應(yīng)抑制劑 氧化劑 主要用于顯示活化 —鈍化轉(zhuǎn)變的金屬和合金的 緩蝕，如鐵、鐵合金、不銹鋼等。 第三章：腐蝕的防止 第三節(jié) 設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常常和選材一樣重要，設(shè)計(jì)既要考慮機(jī)械和強(qiáng)度上的需要，同時(shí)也要考慮腐蝕裕量。 設(shè)計(jì)槽和其他容器時(shí)，應(yīng)考慮易于清洗和將液體排放干凈。 避免不同金屬接觸以防止電偶腐蝕。 換熱操作中應(yīng)避免局部過熱點(diǎn)。產(chǎn)生的電化學(xué)反應(yīng)是金屬的溶解和氫氣的析出： M →M+n+ne (31) 2H＋ +2e→H2 (32) 由 (31) 可知，將電子提供給被保護(hù)金屬結(jié)構(gòu)，金屬就得到了保護(hù)，即當(dāng)電子通入金屬時(shí)，會(huì)抑制金屬的溶解。 陽極保護(hù)的適用條件 : （ 1）具有活態(tài) —鈍態(tài)轉(zhuǎn)變。 主要優(yōu)點(diǎn)是能用于腐蝕極強(qiáng)的環(huán)境，同時(shí)所需電流很低。陽極保護(hù)不僅起保護(hù)作用，還提供了一種監(jiān)視瞬時(shí)腐蝕率的方法。 使用有機(jī)涂層有一條通則，在底層材料能被迅速腐蝕的環(huán)境中，不要使用有機(jī)涂層。 第三章：腐蝕的防止 表面處理一方面是使表面粗糙，以獲得良好的機(jī)械結(jié)合（齒狀結(jié)構(gòu)），另一方面將污垢、銹、油脂、焊渣、軋鋼鱗皮等去除。 使用廉價(jià)的涂料并不見得真正經(jīng)濟(jì)，因?yàn)橥繉酉到y(tǒng)的成本大部分是花在施工上，特別是外防腐，美觀也是一個(gè)方面，選擇好的涂料體系，能明顯提高涂層壽命，費(fèi)用增加卻很少。 第四章 設(shè)計(jì)與腐蝕控制的關(guān)系 第一節(jié) 材料的相容性 如果設(shè)計(jì)人員經(jīng)驗(yàn)不足，對(duì)結(jié)構(gòu)和設(shè)備缺乏整體的考慮，常常過于孤立地只考慮零部件本身。 第四章 設(shè)計(jì)與腐蝕控制的關(guān)系 在電解質(zhì)溶液中，不同金屬由于電位不同而構(gòu)成腐蝕電池。在一段舊管線上，連接一個(gè)新管節(jié)，新管節(jié)要加快腐蝕，直至達(dá)到老管線的腐蝕程度。 選擇外形，要能夠減少發(fā)生腐蝕的機(jī)會(huì)，減輕腐蝕的程度。 第四章 設(shè)計(jì)與腐蝕控制的關(guān)系 千方百計(jì)地使設(shè)計(jì)避免超速流和湍流的影響。避免保溫層中濕氣對(duì)金屬的作用；保冷管線避免冷凝液浸濕保溫層對(duì)管線形成腐蝕。 避免尖角（特別是凸出的棱角），也要避免尖銳的凹角。 第五章 儲(chǔ)罐、容器的防腐蝕 油田儲(chǔ)罐的防腐蝕以涂層為主，要做好儲(chǔ)罐的涂層防腐蝕，涉及幾個(gè)環(huán)節(jié)：設(shè)計(jì)（工藝、結(jié)構(gòu)）、建造安裝、選擇涂料、施工過程和質(zhì)量檢查。 ②防止殘留液和沉積物腐蝕，出口管和容器的底 部結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)能使容器的液體都能排凈，管道盡量減少?gòu)澢? ⑥焊接設(shè)備盡可能減少聚集的、交叉的焊縫，以減少殘余應(yīng)力。