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金屬腐蝕與控制講稿-在線瀏覽

2025-05-29 22:03本頁面
  

【正文】 2H2O + 4e →4OH 金屬離子還原 M3++ e→M2+ 金屬沉積 M++ e→M 第二章 腐蝕原理 第二章 腐蝕原理 吸氧過程示意圖 第二章 腐蝕原理 析氫是常見的一種陰極反應,因為酸和酸性介質是常常會遇到。 金屬離子還原和金屬沉積比較少見。 第二章 腐蝕原理 發(fā)生腐蝕時,可能有一個以上的氧化反應和一個以上的還原反應。更重要的是,當發(fā)生腐蝕時,可能產生一個以上的還原反應。兩個反應消耗電子,顯然速度會加快,因為氧化和還原速度必須相等,所以,還原速度加快時,氧化速度必然加快,即鋅的溶解速度會加快。鐵在這類不純的酸中腐蝕快得多,因為存在兩種陰極反應,即析氫和三價鐵離子還原。 第二章 腐蝕原理 極化 電化學反應速度受各種物理因素和化學因素所限制。 極化分為活化極化和濃差極化。 四步當中最慢的一步就決定著整個反應速度。 以析氫為例:如果 H +在溶液中數目很少,還原速度受氫擴散到界面的速度所控制,這種情況下,還原速度的控制過程發(fā)生在主體溶液內,而不是在金屬表面上。 大多數情況下金屬溶解時的濃差極化通常不大 ,可以忽略;只有在還原反應中它才重要 。這種表面狀態(tài)的突變過程叫做鈍化。 2) 電位強烈正移。 ( 2)電位強烈正移。 ( 4)鈍化只是金屬表面性質的改變。 這類金屬或合金的行為可劃分為四個區(qū):活化區(qū)、活化 鈍化區(qū)、鈍化區(qū)、過鈍化區(qū)。如果加入更多的氧化劑,腐蝕率顯示突然下降,這相當于鈍化區(qū)的開始。最后,當氧化劑的濃度非常高或是氧化性能特別強時,腐蝕率隨氧化能力增大也在增高。 第二章 腐蝕原理 從活化區(qū)過渡到鈍化區(qū)時,腐蝕率下降非常明顯。這是活化極化的一種極特殊情況,由于生成了表面膜或保護隔離膜,它在一個很大的氧化能力的范圍內是穩(wěn)定的,最后在強氧化溶液內遭到破壞。 第二節(jié) 腐蝕的幾種形態(tài) 按照腐蝕本身所顯示的形態(tài)一般分為八種,有些是獨特的,有些是多少有些聯(lián)系的。 第二章 腐蝕原理 這八種形態(tài)實際上包括了所有的腐蝕破壞和問題,但這些形態(tài)不是按照重要性次序排列的。 均勻腐蝕可以掌握,危害性不大;局部腐蝕具有更大的危害性,更加隱蔽,更具突發(fā)性,是防腐蝕工作的重點。 均勻腐蝕是最常見的腐蝕形態(tài),其結果是金屬變薄,最后破壞。 從失重的角度看均勻腐蝕代表金屬的最大破壞,從技術角度,這種形態(tài)不重要,不可怕。 第二章 腐蝕原理 第二章 腐蝕原理 電偶腐蝕或雙金屬腐蝕 如果將兩金屬接觸或用導線連接,電位差會使電子在兩金屬之間流動。一個腐蝕變快,一個腐蝕變慢,變慢的甚至會停止腐蝕。原因是兩金屬之間會存在電位差。 腐蝕加快的金屬稱為陽極 , 腐蝕減慢或停止的金屬稱為陰極 。 這取決于兩金屬在標準電動序中的位置 。這是犧牲陽極保護技術的基本原理。可用于判斷金屬腐蝕的傾向。 其嚴重性取決于所含水分的類型和數量 。 實驗證明 , 在所有的情況下鋅對鋼為陽極 , 鋁各有不同 ,錫和鎳則總是陰極 。 電偶腐蝕的影響因素是:電位差 、 面積差 、 距離 第二章 腐蝕原理 兩金屬的電位差越大 , 腐蝕的動力就越大 , 鋁( - ) ——銅:( ) 大于 鋁 ( - ) ——鐵: ( - ) 第二章 腐蝕原理 面積的影響:電偶腐蝕中的一個重要因素是面積效應 ,即陰極和陽極的面積比例 , 大陰極和小陽極構成不利的面積比 。 例子:鋼板上可用銅鉚釘 , 銅板上不能用鋼鉚釘 。電偶作用的距離取決于溶液的電導率。這類腐蝕常和孔穴、墊片底面、搭接縫、表面沉積物以及螺帽和鉚釘下的縫隙內積存的少量靜止溶液有關。 第二章 腐蝕原理 縫隙腐蝕示意圖 第二章 腐蝕原理 縫隙腐蝕 ——初期階段 第二章 腐蝕原理 縫隙腐蝕 ——后期階段 第二章 腐蝕原理 金屬和非金屬表面接觸能引起縫隙腐蝕。 一條縫隙要成為腐蝕的部位,必須寬到液體能流入,但又必須窄到能維持靜滯的區(qū)域。墊片引起的縫隙腐蝕最常見,因為墊片材料吸水,又能維持靜止。 搭接焊的焊縫要用連續(xù)焊。 經常檢查設備并除去沉積物。 第二章 腐蝕原理 孔蝕 孔蝕是在金屬上產生小孔的一種極為局部的腐蝕形態(tài)。有些孔是孤立的存在,有些則緊湊在一起,看上去像一片粗糙的表面。 第二章 腐蝕原理 孔蝕示意圖 第二章 腐蝕原理 孔蝕是破壞性和隱患性最大的腐蝕形態(tài)之一??孜g不易檢查,因為孔既小,又通常被腐蝕產物所覆蓋。 孔蝕為什么進展很快?蝕孔內部是一種自催化過程。多數的水和水配成的溶液都不同程度地含有氯化物,次氯酸鹽(漂白劑)就具有強烈的引起腐蝕的傾向。 孔蝕一般發(fā)生在靜滯的條件下,有流速或提高流速常會使孔蝕減輕。 第二章 腐蝕原理 表面光潔度常對孔蝕有明顯影響,孔蝕在拋光表面比在浸蝕或粗磨的表面更不容易發(fā)生。 防護:防止縫隙腐蝕的方法一般也適用于防止孔蝕。加鉬產生了保護性更強或更穩(wěn)定的鈍化表面。 當晶界或其鄰近產生局部腐蝕,而晶粒的腐蝕相對較小,就是晶間腐蝕。如:鋁中含有少量的鐵在晶界離析出來,因而引起晶間腐蝕;由于表面張力的原因,鋅含量在黃銅的晶界含量較高;如果不銹鋼晶界上貧鉻(鉻含量降低)也將引起晶間腐蝕。最普通的例子是由黃銅中選擇性的脫除鋅(脫鋅);鑄鐵有時會選擇性浸出,鑄鐵看上去像 “石墨”; 危害:改變了金屬的成分,改變了性能,破壞了強度。這種運動的速度很快,同時還包括機械磨耗或磨損的作用。 磨損腐蝕的外表特征是槽、溝、波紋、圓孔和山谷形,常常顯示有方向性。 大多數金屬和合金都會遭受磨損腐蝕。 銅和鉛,非常容易遭受磨損腐蝕。 從磨蝕腐蝕的觀點看,懸浮在液體中的固體顆粒特別有害。特別是彎頭、肘管和三通,閥、泵、鼓風機、離心機、推進器、葉輪、攪拌葉槳、排風筒和蒸氣管線等。 第二章 腐蝕原理 與磨蝕腐蝕直接有關的因素是:表面膜,流速,湍流,沖擊,金屬或合金的性質,空泡腐蝕等。從耐磨蝕腐蝕性的觀點看,金屬或合金上生成的保護膜的性能非常重要。 第二章 腐蝕原理 流速。在高流速下,特別是當溶液中含有懸浮固體時,顯示出機械磨損作用。 第二章 腐蝕原理 湍流。湍流使金屬表面液體的攪動比層流時更為劇烈。這類破壞最常見的例子發(fā)生在冷凝器和類似的管殼式換熱器的入口端,被稱為“進口端腐蝕”,因為此處液體是由大管流入小管,存在湍流。在水流被迫改變方向的部位產生這類破壞??諝馀菔羌铀贈_擊腐蝕的一項重要因素。金屬和合金的化學成分,耐蝕性,硬度和冶金過程都能影響這些材料在磨損腐蝕條件下的行為。 第二章 腐蝕原理 空泡腐蝕。在高流速液體和壓力變化的設備中易發(fā)生空泡腐蝕,如船用螺旋槳,泵葉輪等??张莞g是由于腐蝕和機械作用兩者引起的,在空泡腐蝕情況下,破滅的蒸氣泡毀壞了表面膜,結果使腐蝕增加。( 3)新暴露的表面腐蝕,又重新成膜。( 5)氣泡破滅,又使膜破壞。這個過程反復進行,結果是產生深孔。金屬或合金發(fā)生應力腐蝕破裂時,大部分表面實際不遭受腐蝕,只有一些細裂紋穿透內部。 裂紋方向一般與作用力垂直。許多應力腐蝕破裂的例子并未發(fā)現(xiàn)外加應力,焊接的鋼內有接近屈服點的殘余應力。 研究腐蝕的目的是控制腐蝕,控制腐蝕的目的是實現(xiàn)安全生產、保護環(huán)境和提高經濟效益。很多高耐蝕材料如金、鉑和一些高溫合金不是到處都能用;玻璃也很耐蝕,但加工性能、強度又存在問題。 第三章:腐蝕的防止 第三章:腐蝕的防止 金屬和合金 防止腐蝕最常用的辦法是針對特定腐蝕環(huán)境選擇合適的金屬或合金。例如: 不銹鋼 ——硝酸 鎳和鎳合金 ——堿 蒙耐兒 ——氫氟酸 哈氏合金 ——熱鹽酸 鉛 ——稀硫酸 鋁 ——非污染大氣暴露 錫 ——蒸餾水 鈦 ——熱的強氧化性溶液 鋼 ——濃硫酸 鉭 ——最耐蝕 第三章:腐蝕的防止 不銹鋼: 鉻是主要合金元素,含量不得低于 11%。 鋁和鋁合金: 鋁是活性金屬,但它能產生一層氧化鋁膜,使它在很多環(huán)境中得到保護。純鋁很軟,一般需制成合金和進行熱處理。它相對于大多數金屬和合金一般都為陽極,因而必須使之互相絕緣。銅對城市、海洋、工業(yè)大氣和水有良好的耐蝕性。因此,除非有氧存在或其他氧化劑(如 HNO3)存在,否則它不受酸的腐蝕。但是純金屬價格較貴,且比較軟,強度低。 第三章:腐蝕的防止 第二節(jié):改變環(huán)境 改變介質狀態(tài) 改變介質狀態(tài)為減輕腐蝕提供了多種途徑。 在許多情況下這類改變可以顯著減輕腐蝕,但是實施起來必須小心。 第三章:腐蝕的防止 緩蝕劑 在環(huán)境中加入少量某種物質就能降低腐蝕率, 這種物質就稱為緩蝕劑。 氣相緩蝕劑 使用時放在被保護金屬的附近,通過升華 而后凝聚在金屬表面上。 第三章:腐蝕的防止 不同的緩蝕劑只對特定的金屬、環(huán)境、溫度和濃度才有效;使用緩蝕劑一定要有足夠的量,這一點很重要,因為許多緩蝕劑當用量不足時,會加速腐蝕,特別是會引起孔蝕一類的局部腐蝕,加得太少不如不加,適當過量有好處; 一個體系內加入兩種以上的緩蝕劑,緩蝕效果有時比單獨加一種要好,這是復合效應。 裕量不是越大越好,還要滿足機械上的要求,如重量、壓力、應力等。因鉚接縫會提供縫隙腐蝕的部位。槽底和排液口應有坡度,使槽放空后不至積留液體。 暴露在腐蝕介質中的部件要避免承受過大的機械應力和應力集中??赡軙r,全部體系選用同類材料,或使不同材料之間絕緣。因為容易引起磨損腐蝕。 設計中要排除空氣。 第三章:腐蝕的防止 第四節(jié) 陰極保護和陽極保護 陰極保護 陰極保護原理可以用金屬 M在酸中的腐蝕來說明。 第三章:腐蝕的防止 陰極保護有兩種方法: ( 1)使用外加電源, ( 2)用合適的電偶(犧牲陽極)連結。 第三章:腐蝕的防止 海洋平臺上使用的陽極 第三章:腐蝕的防止 陽極保護:用陽極鈍化方法達到減小金屬腐蝕的目的 ,這種防護技術叫做陽極保護 。 ( 2)陽極極化時必須使金屬的電位正移到穩(wěn)定鈍化區(qū)內。 應用的對象:只能是用于具有活性 —鈍性轉變的金屬如鎳、鐵、鉻、鈦和它們的合金。 ★陽極保護是危險性保護 第三章:腐蝕的防止 陽極保護和陰極保護的比較: 陽極保護和陰極保護可以互相補充。 第三章:腐蝕的防止 陽極保護有兩項獨特的特點: 第一,施用的電流通常就等于被保護體系的腐蝕率。 第二,陽極保護的操作條件能夠根據實驗室的極化測量精確地確定下來。 金屬涂層、無機涂層、有機涂層。例如,運鹽酸的槽車,如果涂層存在缺陷或暴露出一點面積就會引起迅速穿孔。 如果金屬表面未經適當處理,漆膜由于結合力低就會出現(xiàn)剝落;如果底漆沒有良好的附著力,或與面漆不相適應,也會過早損壞;如果沒有好的涂敷過程,也得不到好的涂膜。形成一個干凈、粗糙的表面。 底漆潤濕性要好,可以使縫隙和表面缺陷填滿涂料,可以到錨紋的底部,而不至于架空; 第三章:腐蝕的防止 涂料干燥時間最好短些,可以避免涂面漆之前受到污染(在野外油漆重要),一些人認為含有特殊填料如鋅粉、鉻酸鋅的底漆還有一定的緩蝕作用(有待證實)。 第三章:腐蝕的防止 涂層是靠致密性來起到保護作用的 , 如果只涂一層總是難免針孔或其他缺陷 , 所以需要多道涂敷 , 使一層漆的針孔被另一層蓋上 , 以獲得完好的涂膜 。 涂層的厚度很重要 , 因為涂層隨著時間延長 , 終歸要老化破損 。復雜設備的各個部件所用的材料之間,如果關系不當,即使設計再好也可能毀壞。 案例: 一艘游
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