【導(dǎo)讀】因此，我們?cè)谶x擇工業(yè)設(shè)備的材料時(shí)，要綜合考慮材料的特性以。及材料所處的介質(zhì)環(huán)境，然后給予合理的設(shè)計(jì)，或者對(duì)設(shè)備進(jìn)行腐蝕的防護(hù)措施，以降低由過(guò)程設(shè)備腐蝕而發(fā)生的事故，減少由腐蝕導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失。世界范圍內(nèi)也已進(jìn)行多次，其結(jié)果如表1所示。腐蝕導(dǎo)致裝置效率低，或者產(chǎn)品污染，或者腐蝕使設(shè)備更新?lián)Q代的周期更加短，等給國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶來(lái)巨大的損失。生命或者財(cái)產(chǎn)損失。脆，飛機(jī)分為兩半。倒塌，這些類似的事件各國(guó)都有發(fā)生。結(jié)合起來(lái)，才能保證文明的可持續(xù)發(fā)展。腐蝕的現(xiàn)象無(wú)處不在，它幾乎涉及我們國(guó)民經(jīng)濟(jì)的所有領(lǐng)域。料迅速被腐蝕破壞。并且，我們目前在工業(yè)上使用的材料，沒(méi)有絕對(duì)不腐蝕金屬。因此，研究材料的腐蝕規(guī)律，弄清腐蝕發(fā)。生的真正原因然后對(duì)其采取有效的防腐措施。施，第一是補(bǔ)救性控制，就是在腐蝕發(fā)生之后再對(duì)它進(jìn)行消除，或者改善控制；

　　

【正文】 定的，就是離子的導(dǎo)電性、而電子導(dǎo)電性，是金屬氧化物的屬性與晶格內(nèi)部缺陷的反應(yīng)。 2）膜的保護(hù)性 膜的保護(hù)性主要是取決于氧化膜的完整性、致密性和熱穩(wěn)定性，同時(shí)它也和膜的結(jié)構(gòu)，厚度，相對(duì)熱膨脹系數(shù)，膜中的應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)。膜具有保護(hù)性必須滿足以下條件： （ 1）膜必須是完整的；體積比 r （ 2）膜具一定要有足夠的強(qiáng)度與塑性，并且它與基體金屬的結(jié)合力強(qiáng)、膨脹系數(shù)相近； （ 3）膜內(nèi)的晶格缺陷濃度低； （ 4）氧化膜在高溫介質(zhì)中是穩(wěn)定的，這個(gè)主要表現(xiàn)為它的高熔點(diǎn)和高生成熱。 金屬氧化的動(dòng)力學(xué)規(guī)律 金屬高溫腐蝕的 速度我們可以用氧化膜的厚度與時(shí)間的關(guān)系來(lái)表達(dá)。 1） .直線規(guī)律：氧化時(shí)不能生成有保護(hù)性的氧化膜，它的氧化速度是一直不變的，所以這種情況不能阻止腐蝕的進(jìn)行。 2）拋物線規(guī)律：大多數(shù)的合金或者金屬都是拋物線規(guī)律的，它們可以在表面上形成具有保護(hù)作用的連續(xù)膜，從而使腐蝕的速度減慢。 3） .對(duì)數(shù)規(guī)律：這種規(guī)律是在氧化膜很薄的時(shí)候才符合，這樣它就能強(qiáng)烈地阻滯金屬的繼續(xù)氧化，隨著膜的厚度增加，膜成長(zhǎng)所受的阻滯作用一般都會(huì)比拋物線的關(guān)系中阻滯的作用還要大。 4）反對(duì)數(shù)規(guī)律：金屬的氧化速度與膜的厚度指數(shù)函數(shù)是成反比的 。它們的氧化速度比按對(duì)數(shù)規(guī)律還要慢。 5） .立方規(guī)律：一般它的氧化速度是介于拋物線規(guī)律和對(duì)數(shù)規(guī)律之間的。 綜上我們可以看出，直線型最快，拋物線次之，按對(duì)數(shù)規(guī)律的金屬只要形成一定厚度的膜其它們的氧化速度就會(huì)明顯降低。 高溫合金的抗氧化性 金屬的高溫腐蝕，其控制與防護(hù)的措施就是使用高溫合金。 1）合金化原理 防止高溫腐蝕可以利用金屬的合金化來(lái)提高金屬的抗氧化性的途徑： （ 1）減少氧化膜的晶格缺陷得濃度； （ 2）依靠選擇性的氧化來(lái)生成保護(hù)膜，達(dá)到防護(hù)的效果； （ 3）生成的復(fù)合氧 化物有比較穩(wěn)定的新相。 2）合金的抗氧化性 過(guò)程裝備腐蝕與防護(hù)綜述 22 抗氧化性通常是指在金屬在高溫下能夠迅速被氧化，形成一層連續(xù)而致密的、并且能牢固地附著在金屬表面上的一層薄膜，從而使金屬不再繼續(xù)被氧化。 高溫涂層 為了彌補(bǔ)高溫合金在抗高溫腐蝕上得不足，近年來(lái)我們大力發(fā)展高溫涂層的技術(shù)。它是讓高溫合金基體和涂層組成一個(gè)新的復(fù)合材料。使這個(gè)新的材料既能耐高溫的腐蝕，又有足夠的強(qiáng)度。新型的高溫涂層有： 1）表面結(jié)構(gòu)改性涂層 2）陶瓷涂層 3）鋁化物涂層 4）覆蓋性合金涂層 耐熱金屬材料簡(jiǎn)介 耐熱鋼一般是指工作 溫度高于 450℃時(shí)，有一定強(qiáng)度和抗氧化能力的鋼，耐熱鋼是抗氧化鋼和熱強(qiáng)鋼的通稱。 1）抗氧化鋼：合金元素鉻、鋁、硅對(duì)鋼鐵的高溫氧化性有很好的改善能力，特別是鋁硅比鉻效果更好。 2）熱強(qiáng)鋼：鋼中添加鉻、鉬、鎢、釩、鈦、鈮能有效提高鋼的熱強(qiáng)性指標(biāo)和抗氧化性。 3）耐熱新鋼種： 10MoWVNb 鋼、 10Cr2MoWVTiB、 10Cr3MoVSiTiB 鋼等。 金屬在大氣中的腐蝕 大氣腐蝕是屬于電化學(xué)腐蝕的一種形式，是金屬表面處在非常薄的一層電解液下的腐蝕過(guò)程。它既符合電化學(xué)腐蝕的一般規(guī)律，又有大氣腐蝕的特點(diǎn)。 大氣腐蝕的分類： 1）干的大氣腐蝕：大氣中基本沒(méi)有水份，金屬表面沒(méi)有水膜，腐蝕很輕微，主要是化學(xué)作用，所以此時(shí)的金屬表面保持光亮。 2）潮的大氣腐蝕：大氣中有水汽，金屬表面有看不見(jiàn)的薄層水膜，產(chǎn)生陰極耗氧腐蝕，然后液層很薄氧的擴(kuò)散容易，而陽(yáng)極鈍化及金屬離子化困難，腐蝕受到陽(yáng)極的控制。 3）濕的大氣腐蝕：濕度非常高，金屬在其表面上有凝聚成液滴并形成可以肉眼看見(jiàn)的液膜，液膜厚度會(huì)增加，氧的擴(kuò)散困難，腐蝕受到陰極的控制。 大氣腐蝕的電化學(xué)過(guò)程 1） 陰極過(guò)程 金屬在大氣中 被腐蝕，由于其表面的液膜很薄，氧氣非常容易就達(dá)到陰極的表面。因此，在溶液中發(fā)生氧的去極化腐蝕。 在中性或者堿性介質(zhì)中： O2+2H2O+4e=4OH 在酸性介質(zhì)中： O2+4H++4e=2H2O 氧通過(guò)液膜速度很快就到達(dá)了金屬的表面，得到不斷地補(bǔ)充后液膜越薄，擴(kuò)散的速度就越快。去極化過(guò)程就越有效，但是在液膜沒(méi)有形成時(shí)，氧的去極化過(guò)程就受到了限制。 2）陽(yáng)極過(guò)程 在大氣的腐蝕下，金屬作為陽(yáng)極發(fā)生溶解的過(guò)程 反應(yīng)式為： M+x H2O=Mn+ x H2O+ne 因?yàn)樗ず鼙?，所以氧很容易?達(dá)到陽(yáng)極的表面，此時(shí)陽(yáng)極發(fā)生鈍化。陽(yáng)極過(guò)程在很薄的吸附水膜中會(huì)受到阻礙。 過(guò)程裝備腐蝕與防護(hù)綜述 23 大氣的成分對(duì)腐蝕的影響： 大氣的成分和濕度是決定大氣腐蝕程度的兩個(gè)主要因素。 圖 317 大氣腐蝕與金屬表面水膜之間的關(guān)系 區(qū)域 I：濕度非常低，金屬表面只有極薄的一層吸附液膜，不能認(rèn)為是連續(xù)的電解液，相當(dāng)于金屬在干燥大氣中的腐蝕，金屬表面將形成一層保護(hù)膜，腐蝕速度非常小。 區(qū)域Ⅱ：濕度逐漸增大，從而使 金屬表面的液膜厚度也逐漸增加，最后形成連續(xù)的電解液膜，腐蝕速度急劇增加。 區(qū)域Ⅲ：濕度繼續(xù)增加著，但是金屬表面的液膜繼續(xù)增厚之后，使氧通過(guò)液膜擴(kuò)散變得較困難，所以腐蝕速度漸漸下降。 區(qū)域Ⅳ：濕度很大，金屬表面的液膜變得非常厚，相當(dāng)于金屬完全被浸在電解液中的腐蝕，所以腐蝕速度基本保持不變。 在大氣中腐蝕的控制與防護(hù)： 1) 介質(zhì)控制：降低空氣濕度、減少空氣中的水分，減少污染物、使用緩蝕劑等。 2）選用合理的材料：例如低合金鋼、不銹鋼等，或者換非金屬材料。 3) 保持表面清潔，經(jīng)常 保養(yǎng)。 4) 表面涂覆 ：電鍍層，涂料涂裝（有機(jī)涂層）、鍍層保護(hù)屏蔽氧和水，表面合金化，轉(zhuǎn)化膜。 土壤腐蝕 土壤腐蝕的原理與特點(diǎn)： 1）原理：金屬在土壤中的腐蝕時(shí)的陰極過(guò)程主要是耗氧腐蝕，而陽(yáng)極過(guò)程是金屬溶解生成金屬陽(yáng)離子，陰極氧氣被消耗。 2）特點(diǎn)： A土壤的結(jié)構(gòu)和溫度，濕度對(duì)氧的流動(dòng)性影響很大，土壤越疏松那么氧的滲透擴(kuò)散性就越大，腐蝕就越嚴(yán)重； B在干燥疏松的土壤中，氧的滲透率很高，如果土壤中沒(méi)有氯離子，鐵就很容易鈍化，所以使腐蝕程度就會(huì)大大的降低。 土壤腐蝕的影響因素 1）材料：不同的金屬材料其本身的組織和結(jié)構(gòu)特性在土壤中的腐蝕程度是不一樣的。 過(guò)程裝備腐蝕與防護(hù)綜述 24 2）氧化還原電位：土壤作為介質(zhì)，其存在著很多氧化劑和還原劑，土壤中含有大量的有機(jī)質(zhì)，也存在著氧含量。因此，必須考慮土壤的氧化還原能力。 3）鹽分：土壤中的可溶性鹽比較多，會(huì)對(duì)腐蝕造成一定的影響。 4）含水量，含氣量，酸度，溫度微生物，有機(jī)質(zhì)氣候條件這些因素都會(huì)與土壤的腐蝕程度有關(guān)。 土壤腐蝕常見(jiàn)的幾種形式： 1）氧的濃差電池腐蝕，它是由于土壤的多相性和不均勻性而引起的氧的滲透率差異，因而造成因?yàn)槌錃獠痪纬傻墓┭醪町?腐蝕電池，這種腐蝕常常造成地下設(shè)備和管線的嚴(yán)重腐蝕。 2）由微生物引起的腐蝕，土壤中大量的微生物經(jīng)過(guò)發(fā)酵和分解，可以產(chǎn)生硫化氫，二氧化碳等腐蝕物質(zhì)從而引起局部的腐蝕，如硫桿菌：污物發(fā)酵→硫代硫酸鹽→硫桿菌作用→硫酸。 3）由雜散電流引起的地下金屬設(shè)備和管線的腐蝕，如：在電焊機(jī)、電氣火車等地上的設(shè)備漏電的情況下，它們漏到地下的電流經(jīng)會(huì)引起附近地下金屬設(shè)備的腐蝕，特別是直流電流導(dǎo)致腐蝕的破壞速度較大。 土壤中的腐蝕與防護(hù) 1）陰極保護(hù)：也有兩種，外加電流陰極保護(hù)（電源，輔助陽(yáng)極，參比電極），犧牲陽(yáng)極保 護(hù)（填充料，陽(yáng)極電位，犧牲陽(yáng)極設(shè)計(jì)） 2）表面涂層防護(hù)：常用的表面涂料有，比如用石油瀝青，煤焦油瀝青，環(huán)氧煤瀝青，環(huán)氧粉末涂層，塑料膠帶防腐層，泡沫塑料防腐層，或者可增加其強(qiáng)度和防水用的石棉或玻璃纖維布纏繞， PE 膠帶或發(fā)泡塑料效果也很好。 3）合理設(shè)計(jì)與施工 在設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮土壤的特性，盡量避免在與土壤性質(zhì)差異較大的位置布置設(shè)備和管線，施工時(shí)一定要將土壤壓實(shí)，清除里面的污物以及微生物、外砌水泥池槽等等。 4）聯(lián)合保護(hù)：如表面添加涂層涂與電化學(xué)保護(hù)相結(jié)合 5）合理選材：選擇某些耐土壤腐蝕能力較強(qiáng)的非金屬 材料， PVC 塑料，水泥管，陶瓷等等。 在海水中的腐蝕 海水性質(zhì)：海水是一種含鹽濃度相當(dāng)高的電解質(zhì)溶液，是天然腐蝕劑中最強(qiáng)的一種。 1）含鹽量大，導(dǎo)電性很強(qiáng)的電解質(zhì)，其陰極很容易被電化學(xué)腐蝕； 2）氯離子含量高，還有是硫酸根離子。它們對(duì)金屬都有較強(qiáng)的腐蝕性； 3）海水充氣性良好，水中的微生物很多，非常容易發(fā)生耗氧腐蝕。 海水腐蝕的原理與特點(diǎn)： 原理： 陽(yáng)極： M－ 2e→ M2+ 陰極： O2+2H2O+4e→ 4OH 特點(diǎn)： 1）海水腐蝕 的速度大多取決于陰極過(guò)程，就是主要受到氧到達(dá)陰極表面的擴(kuò)散速度控制； 2）海水導(dǎo)電性良好，在溫度和流速的影響下，很容易發(fā)生電偶腐蝕。 3）海水中含有大量氯離子，大多數(shù)金屬在海水腐蝕時(shí)陽(yáng)極過(guò)程阻滯很小，鐵、鑄鐵、低合金鋼和中合金鋼在海水中不能鈍化； 過(guò)程裝備腐蝕與防護(hù)綜述 25 海水腐蝕的影響因素： 1）含鹽量（鹽度）的影響：鹽度的分布取決于海區(qū)的地理情況，海水的含鹽量隨著海水的深度而變化。一般來(lái)說(shuō)，鹽度越大腐蝕就越嚴(yán)重，但是鹽度超過(guò)一定值后，氧的溶解度會(huì)下降，腐蝕變慢； 2）碳酸鹽飽和度：在海洋中，二氧化碳與水化合會(huì)生成碳酸根 離子，生物的新陳代謝及其尸體分解會(huì)有碳酸鹽產(chǎn)生，當(dāng)海水中碳酸鹽達(dá)到飽和時(shí)很容易沉積在金屬的表面而形成有利防腐的保護(hù)層； 3）電導(dǎo)率的影響：由于海水中的鹽分幾乎全部都處于電離的狀態(tài)，所以海水是一種導(dǎo)電性很強(qiáng)的電解質(zhì)溶液，其導(dǎo)電率主要取決于海水的鹽度和海水的溫度，同時(shí)，導(dǎo)電率和海水的含履度也有一定的關(guān)系。 4）溶解氧的含量：溶解氧的含量越大腐蝕速度就越快，但是海水的深度增加，會(huì)導(dǎo)致海水的含氧量下降，此時(shí)，腐蝕就會(huì)變慢； 5） pH 值的影響：在 700 米左右的海水深度， pH 最低。一般 pH 越高，對(duì)抑制海水的腐蝕是非常有 利的。 6）流速和波浪的影響：一般流速增加腐蝕加快，首先，流速和波浪可以很好地供氧，導(dǎo)致海水中的含氧量增加，對(duì)腐蝕產(chǎn)生重要的影響。其次，對(duì)于孔蝕有也有一定的影響，當(dāng)流速大于臨界速度時(shí)，孔蝕變慢； 7）海生物：貽貝、牡蠣、海藻等海洋中的硬殼生物和無(wú)硬殼生物，常會(huì)消耗氧氣或者釋放二氧化碳，它們的生物尸體分解會(huì)形成硫化氫等，這些大多數(shù)物質(zhì)都會(huì)促進(jìn)腐蝕；生物附著在金屬表面的局部會(huì)因金屬表面狀態(tài)的改變從而形成局部腐蝕，如氧的濃差電池、縫蝕等。 控制與防護(hù)： 1）陰極保護(hù)：海水導(dǎo)電性好，實(shí)行陰極保護(hù)有兩種方法 ，一是外加電源使金屬陰極極化，我們稱之為外加電流陰極保護(hù)法。二是添加一種金屬材料比被保護(hù)的金屬材料更負(fù)來(lái)保護(hù)它，這種方法叫做犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法。它能防止均勻腐蝕之外，對(duì)防止孔蝕，應(yīng)力腐蝕等也有一定的效果。 2）合理選材：許多非鐵金屬在靜止或緩慢流動(dòng)的海水中腐蝕率較小，如銅與銅合金、鈦與鈦合金等；不銹鋼在海水中的耐蝕性主要取決于鈍化膜的穩(wěn)定性，也受組織結(jié)構(gòu)影響，奧氏體不銹鋼耐蝕性最好，鐵素體次之，馬氏體最差。 3）表面保護(hù)：我們可以在金屬表面加一層保護(hù)層，例如添加有機(jī)涂層，金屬噴涂層，金屬包覆層，村里，或者 添加環(huán)氧漆，氯化橡膠漆，乙烯漆耐海水性好的材料； 4）介質(zhì)處理：控制海洋微生物的數(shù)量，冷卻用海水加緩蝕劑等。 5）合理設(shè)計(jì)與施工：設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)構(gòu)件形狀應(yīng)力要簡(jiǎn)單，避免電偶腐蝕，避免死角，減少縫隙，并避免形成湍流或渦流。 微生物腐蝕 微生物腐蝕是指有微生物的生命活動(dòng)存在從而引起的腐蝕過(guò)程，這些微生物主要是細(xì)菌類。只要有微生物存在的地方，尤其與水、土壤或潮濕空氣接觸的金屬構(gòu)件及其設(shè)備，它們的腐蝕都和細(xì)菌的活動(dòng)有關(guān)系。例如：地下管線、循環(huán)冷卻系統(tǒng)、熱交換系統(tǒng)、石油與天然氣的開(kāi)采、運(yùn)輸和儲(chǔ)存系統(tǒng)、海水中的設(shè)備、水 利水電工程、醫(yī)用器械等都出現(xiàn)過(guò)微生物腐蝕的危害。此外，細(xì)菌還會(huì)帶來(lái)危害如，破壞金屬的表面保護(hù)膜，形成生物粘泥，濃差電池，使列管局部穿孔等等。 微生物腐蝕特征 1）微生物菌落的地方的微生物腐蝕是最嚴(yán)重的，它們可以造成點(diǎn)腐蝕，電 過(guò)程裝備腐蝕與防護(hù)綜述 26 偶腐蝕，縫隙腐蝕等等。 2）被微生物腐蝕的部位和孔蝕有點(diǎn)相像。因?yàn)榫植康慕饘俚谋砻嬖谡衬嗟母采w下成為貧氧區(qū)，所以形成氧濃度差電池造成腐蝕。 3）微生物的繁殖與腐蝕需要適宜的環(huán)境，它們能在很廣的范圍內(nèi)生存，溫度條件（ 10℃ ——