《材料的防护》PPT课件.ppt

6 材料的防护材料防护是控制材料腐蚀的一门技术；材料防护是控制材料腐蚀的一门技术；材材料料腐腐蚀蚀是是材材料料与与环环境境发发生生界界面面反反应应而而引引起起的的破坏。破坏。防防止止材材料料腐腐蚀蚀可可以以从从材材料料本本身身、环环境境和和界界面面三三方面考虑。方面考虑。材材料料防防护护技技术术主主要要方方式式:正正确确选选用用耐耐蚀蚀材材料料和和合合理理的的结结构构设设计计；腐腐蚀蚀环环境境的的改改善善；表表面面防防蚀蚀处理；电化学保护等。处理；电化学保护等。本章主要介绍金属材料的防护本章主要介绍金属材料的防护。6.1 6.1 金属的缓蚀金属的缓蚀腐腐蚀蚀是是公公害害，人人们们各各种种防防护护方方法法以以避避免免或或减减轻轻金金属属腐腐蚀蚀其其中中之之一一是是在在腐腐蚀蚀介介质质中中添添加加某某些些少少量量的的化化学学药药品品,这这些些少少量量的的化化学学药药品品可可以以显显著著地地阻阻止止或或减减缓缓金金属属的腐蚀速度。即所谓缓蚀剂的腐蚀速度。即所谓缓蚀剂(corrosion inhibitor)(corrosion inhibitor)。此方法与其他防护方法相比有如下特点：此方法与其他防护方法相比有如下特点：1)1)不改变金属构件的性质和生产工艺；不改变金属构件的性质和生产工艺；2)2)用用量量少少，一一般般添添加加的的质质量量分分数数在在-1-1之之间间可可起起到到防蚀作用。防蚀作用。3)3)方法简单，无需特殊的附加设备。方法简单，无需特殊的附加设备。缓蚀剂是工艺简便、成本低廉、适用性强的一种方法。缓蚀剂是工艺简便、成本低廉、适用性强的一种方法。广泛用于石油和天然气的开采炼制、机械、化工、能广泛用于石油和天然气的开采炼制、机械、化工、能源等行业。源等行业。1、缓蚀剂美美国国试试验验与与材材料料协协会会的的ASTM-G15-76ASTM-G15-76关关于于腐腐蚀蚀和和腐腐蚀蚀试试验验术术语语的的标标准准定定义义中中缓缓蚀蚀剂剂定定义义为为：缓缓蚀蚀剂剂是是一一种种当当它它以以适适当当的的浓浓度度和和形形式式存存在在于于环环境境(介介质质)时时可可以以防防止止或或减减缓缓腐腐蚀蚀的的化化学学物物质质或或复复合物质。合物质。缓蚀剂的缓蚀效率缓蚀剂的缓蚀效率(简称缓蚀率简称缓蚀率)定义如下：定义如下：Z=(V Z=(V0 0 V)/V V)/V0 0100%100%（6-16-1）V V0 0未加缓蚀刑时金属的腐蚀速度；未加缓蚀刑时金属的腐蚀速度；V V加缓蚀剂时金属的腐蚀速度。加缓蚀剂时金属的腐蚀速度。V V0 0、V V单位：单位：g/(m g/(m2 2h)h)，mg/(dmmg/(dm2 2d)d)，mm/amm/a等等 缓缓蚀蚀剂剂的的缓缓蚀蚀率率Z Z愈愈大大，则则对对体体系系的的腐腐蚀蚀抑抑制制作作用用愈愈大大。缓缓蚀蚀效效果果与与缓缓蚀蚀剂剂种种类类、浓浓度度有有关关，还与被保护体系的材料、介质、温度等有关。还与被保护体系的材料、介质、温度等有关。Z90%Z90%良好缓蚀剂，良好缓蚀剂，Z=100%Z=100%，全保护即无腐蚀，全保护即无腐蚀其测量方法有重量法及电化学方法。其测量方法有重量法及电化学方法。重重量量法法是是最最直直接接、最最简简便便的的方方法法。通通过过精精确确称称量量金金属属试试样样在在浸浸入入腐腐蚀蚀介介质质(有有、无无缓缓蚀蚀剂剂)前前后后重重量量变变化化来来确确定定腐腐蚀蚀速速度度的的方方法法。(均均匀匀腐腐蚀蚀)电电化化学学法法是是实实验验室室测测量量金金属属腐腐蚀蚀速速度度的的方方法法。根根据据获获得得的的极极化化曲曲线线利利用用电电化化学学理理论论计计算算出出I Icorrcorr和缓蚀效率。和缓蚀效率。2 2、缓蚀剂缓蚀机理、缓蚀剂缓蚀机理A A 按缓蚀剂的作用机理分类按缓蚀剂的作用机理分类1)1)阳阳极极型型缓缓蚀蚀剂剂。阳阳极极型型缓缓蚀蚀剂剂大大部部分分是是氧氧化化剂剂，如如过过氧氧化化氧氧、重重铬铬酸酸盐盐、铬铬酸酸盐盐、亚亚硝硝酸酸钠钠、硅硅酸酸盐盐等等，常常用用于中性介质，供水设备、水冷系统等。于中性介质，供水设备、水冷系统等。2)2)阴阴极极型型缓缓蚀蚀剂剂。又又称称阴阴极极抑抑制制型型缓缓蚀蚀剂剂。这这类类缓缓蚀蚀剂剂能能抑抑制制阴阴极极过过程程，增增加加阴阴极极极极化化，从从而而使使腐腐蚀蚀电电位位负负移移，酸酸性性溶溶液液中中加加入入AsAs、SbSb、HgHg盐盐类类，在在阴阴极极上上析析出出AsAs、SbSb、HgHg可可以以提提高高阴阴极极过过电电位位、或或者者使使活活性性阴阴极极面面积积减减少少，从而控制腐蚀速度。从而控制腐蚀速度。3)3)混混合合型型缓缓蚀蚀剂剂。又又称称混混合合抑抑制制型型缓缓蚀蚀剂剂。混混合合型型缓缓蚀蚀剂剂即即阻阻滞滞阳阳极极过过程程，又又阻阻滞滞阴阴极极过过程程。这这种种缓缓蚀蚀剂剂对对E Ecorrcorr得影响较小。得影响较小。图图6-1 6-1 缓蚀剂缓蚀作用机理缓蚀剂缓蚀作用机理图图6-2 As6-2 As对钢腐蚀速度的影响对钢腐蚀速度的影响B B、按缓蚀剂的性质分类按缓蚀剂的性质分类1)1)氧氧化化型型缓缓蚀蚀剂剂 中中性性介介质质中中添添加加适适当当的的氧氧化化性性物物质质，它它们们在在金金属属表表面面少少量量还还原原便便能能修修补补原原来来的的覆覆盖盖膜膜，起起到到保保护护或或缓缓蚀蚀作作用用，这这种种氧氧化化性性物物质质可可称称为为氧氧化化型型缓缓蚀蚀剂剂。电电化化学学测测量量表表明明它它易易促促进进腐腐蚀蚀金金属属的的阳阳极极极极化化，也可称为钝化型缓蚀剂或钝化剂。也可称为钝化型缓蚀剂或钝化剂。中中性性介介质质钢钢铁铁常常用用NaNa2 2CrOCrO4 4、NaNONaNO2 2、NaNa2 2MoOMoO4 4等等都都属属于于这种类型。危险性的缓蚀剂。这种类型。危险性的缓蚀剂。2)2)沉沉淀淀型型缓缓蚀蚀剂剂 本本身身无无氧氧化化性性，能能与与金金属属的的腐腐蚀蚀产产物物(Fe(Fe2+2+、FeFe3+3+)或或和和共共轭轭阴阴极极反反应应的的产产物物(一一般般是是OHOH-)生生成成沉沉淀淀，因因此此也也能能有有效效地地修修补补氧氧化化物物覆覆盖盖膜膜的的缺缺陷陷。常常称称为为沉沉淀淀型型缓缓蚀蚀剂剂。锌锌盐盐(与与OHOH-产产生生沉沉淀淀)、磷磷酸酸盐盐类类(形形成成FePOFePO4 4)。必必须须有有O O2 2、NONO2 2-或或CrOCrO4 42-2-等等存存在在时时才才起起作用。作用。3)3)吸附型缓蚀剂吸附型缓蚀剂 易在金属表面形成吸附膜，从易在金属表面形成吸附膜，从而改变金属表面性质，阻滞腐蚀过程。而改变金属表面性质，阻滞腐蚀过程。根据吸附机理又可分为物理吸附型根据吸附机理又可分为物理吸附型(如胺类、硫如胺类、硫醇和硫尿等醇和硫尿等)和化学吸附型和化学吸附型(如吡啶衍生物、苯胺如吡啶衍生物、苯胺衍生物环状亚胺等衍生物环状亚胺等)两类。两类。钢铁在酸中常用的缓蚀利，如硫尿、喹林、炔醇钢铁在酸中常用的缓蚀利，如硫尿、喹林、炔醇等衍生物等衍生物铜在中性介质中常用的缓蚀剂，如苯并三氮唑等铜在中性介质中常用的缓蚀剂，如苯并三氮唑等 C C、按化学成分分类、按化学成分分类1)1)无无机机缓缓蚀蚀剂剂 无无机机缓缓蚀蚀剂剂可可以以使使金金属属表表面面发发生生化化学学变变化化，形形成成钝钝化化膜膜以以阻阻滞滞阳阳极极溶溶解解过过程程。如聚磷酸盐、铬酸盐、硅酸盐等。如聚磷酸盐、铬酸盐、硅酸盐等。2)2)有有机机缓缓蚀蚀剂剂 有有机机缓缓蚀蚀剂剂在在金金属属表表面面上上发发生生物物理理或或化化学学的的吸吸附附,从从而而阻阻滞滞腐腐蚀蚀性性介介质质接接近近表表面面。如如含含N N有有机机化化合合物物,含含S S有有机机化化合合物物以以及及胺胺基，醛基、咪唑化合物等。基，醛基、咪唑化合物等。D D、按按使使用用时时相相态态分分类类 可可分分为为气气相相缓缓蚀蚀剂剂、液液相缓蚀剂和固相缓蚀剂。相缓蚀剂和固相缓蚀剂。E E、按按用用途途分分类类 可可分分为为冷冷却却水水缓缓蚀蚀剂剂、锅锅炉炉缓缓蚀蚀剂剂、石石油油化化工工缓缓蚀蚀剂剂、酸酸洗洗缓缓蚀蚀剂剂、油油气气井井缓蚀剂。缓蚀剂。1.1.3 3、缓蚀剂的应用、缓蚀剂的应用2.2.A A、石油工业中的应用、石油工业中的应用1)1)油油井井缓缓蚀蚀剂剂 采采油油过过程程中中，酸酸化化处处理理工工艺艺是是油油、气气井井一一项项常常用用的的增增产产措措施施。用用盐盐酸酸加加氢氢氟氟酸酸、盐盐酸酸质质量量分分数数高高达达28%28%，采采油油设设施施的的腐腐蚀蚀也也是是相相当当严严重重的的。常常用用有有机化合物有：甲醛、咪唑及其衍生物、季胺盐类等机化合物有：甲醛、咪唑及其衍生物、季胺盐类等2)2)油罐用缓蚀剂。按用途不同分为三类。油罐用缓蚀剂。按用途不同分为三类。防油罐底部沉积水腐蚀用的水溶性缓蚀剂，无机缓蚀防油罐底部沉积水腐蚀用的水溶性缓蚀剂，无机缓蚀 有亚硝酸盐，当水中含有硫化合物时可以用有机缓蚀有亚硝酸盐，当水中含有硫化合物时可以用有机缓蚀 苯苯甲甲酸酸铵铵；防防与与油油层层接接触触的的金金属属腐腐蚀蚀的的油油缓缓蚀蚀剂剂，酰酰化化肌肌氨氨酸酸及及其其衍衍生生物物；防防油油罐罐上上部部与与空空气气接接触触金金属属腐腐蚀蚀气相防锈剂，有亚硝酸二环己铵。气相防锈剂，有亚硝酸二环己铵。3)3)输输油油管管缓缓蚀蚀剂剂。目目前前广广泛泛使使用用的的输输油油管管缓缓蚀蚀剂剂有有机机化化合合物奎林、环己胺、吗琳及二乙胺等。物奎林、环己胺、吗琳及二乙胺等。2 2 工业循环冷却水中使用的缓蚀剂工业循环冷却水中使用的缓蚀剂1)1)敞敞开开系系统统 敞敞开开系系统统是是指指把把热热交交换换的的水水引引入入冷冷却却塔塔冷冷却却后后再再返返回回循循环环系系统统。与与空空气气充充分分接接触触，水水中中含含氧氧量量很高，具有较强的腐蚀性。很高，具有较强的腐蚀性。冷冷却却水水经经多多次次循循环环，水水中中重重碳碳酸酸钙钙和和硫硫酸酸钙钙等等无无机机盐盐逐渐浓缩，水中微生物生长，水质不断变坏。逐渐浓缩，水中微生物生长，水质不断变坏。这这种种冷冷却却水水系系统统中中经经常常采采用用重重铬铬酸酸盐盐，最最有有效效阳阳极极型型缓蚀剂。单独使用时需要高浓度缓蚀剂。单独使用时需要高浓度(300-500)10(300-500)10-6-6。水水中中含含有有CuCu2+2+等等金金属属离离子子时时，添添加加聚聚磷磷酸酸盐盐效效果果更更好好。通通常常聚聚磷磷酸酸盐盐和和铬铬酸酸盐盐混混合合使使用用对对敞敞开开循循环环冷冷却却系系统统是是最最佳佳的的复复合合缓缓蚀蚀刑刑，其其质质量量分分数数以以30103010-6-6为为宜宜，如如图图6-36-3所示。所示。图图6-3 6-3 重铬酸盐和聚磷酸盐复合缓蚀剂缓蚀效果重铬酸盐和聚磷酸盐复合缓蚀剂缓蚀效果工业循环冷却水中使用的缓蚀剂工业循环冷却水中使用的缓蚀剂2)2)密闭循环式冷却水系统，内燃机等的冷却系统。密闭循环式冷却水系统，内燃机等的冷却系统。这类系统比敞开式系统的腐蚀环境更为苛刻。这类系统比敞开式系统的腐蚀环境更为苛刻。采用缓蚀剂有聚磷酸盐、锌盐、硅酸盐等。采用缓蚀剂有聚磷酸盐、锌盐、硅酸盐等。3 3 大气缓蚀剂大气缓蚀剂金金属属腐腐蚀蚀最最广广泛泛一一种种腐腐蚀蚀。腐腐蚀蚀因因素素多多方方面面，如如：湿湿度度、氧氧气气、大大气气成成分分及及大大气气腐腐蚀蚀产产物物等等。在在使使用用缓缓蚀蚀剂剂时时既既要考虑环境因素也要考虑使用范围。要考虑环境因素也要考虑使用范围。按按使使用用性性质质大大体体上上可可分分为为油油溶溶性性缓缓蚀蚀剂剂、水水溶溶性性缓缓蚀蚀剂剂及挥发性的气相缓蚀剂三类。及挥发性的气相缓蚀剂三类。1)1)油油溶溶性性缓缓蚀蚀剂剂。能能溶溶于于油油中中，防防锈锈油油在在制制品品表表面面形形成成油油膜膜，缓缓蚀蚀剂剂分分子子吸吸附附于于金金属属表表面面上上，阻阻滞滞因因环环境境介介质质渗入在金属表面上发生的腐蚀过程。渗入在金属表面上发生的腐蚀过程。油油溶溶性性缓缓蚀蚀剂剂中中,分分子子量量大大的的较较好好，也也有有一一定定限限度度，过过大大，在在油油中中的的溶溶解解度度减减少少。各各类类可可溶溶性性缓缓蚀蚀剂剂对对金金属属的的适应性能如表适应性能如表6-26-2所示。所示。表表6-26-2各类油溶性缓蚀剂对金属的适应性各类油溶性缓蚀剂对金属的适应性2)2)水水溶溶性性缓缓蚀蚀剂剂 以以水水为为溶溶剂剂的的缓缓蚀蚀剂剂。作作为为机机械械加加工工过过程程的的工工序序间间防防锈锈。无无机机盐盐优优良良的的缓缓蚀蚀剂剂，如如亚亚硝硝酸酸钠钠、硼硼酸酸钠钠、硅硅酸酸钠钠等等。优优点点是是节节约约能源能源,防锈膜除去简单、安全，价格便宜。防锈膜除去简单、安全，价格便宜。3)3)气气相相缓缓蚀蚀剂剂 有有足足够够高高的的蒸蒸气气压压，在在常常温温能能很很快快充充满满周周围围的的大大气气中中，吸吸附附金金属属表表面面上上而而阻阻滞滞环环境大气对金属的腐蚀过程。境大气对金属的腐蚀过程。蒸蒸气气压压是是VIPVIP主主要要持持征征之之一一。气气相相缓缓蚀蚀剂剂常常用用有有6 6类类：有有机机酸酸类类、胺胺类类、硝硝基基及及其其化化合合物物、杂杂环环化合物及胺有机酸的复合物和无机酸的胺盐。化合物及胺有机酸的复合物和无机酸的胺盐。对对钢钢：尿尿素素加加亚亚硝硝酸酸钠钠、苯苯甲甲酸酸胺胺加加亚亚硝硝酸酸钠钠等等。对对铜铜、铝铝、镍镍、锌锌有有肉肉桂桂酸酸胍胍、铬铬酸酸胍胍、碳酸胍等。碳酸胍等。气相缓蚀剂主要使用方法气相缓蚀剂主要使用方法1)1)把把气气相相缓缓蚀蚀剂剂粉粉末末撒撒在在被被防防护护金金属属设设备备上上，或或装装入入纸纸袋袋、纱纱布布袋袋中中，或或压压成成丸丸子子放放置置于于被被防防护护金金属属设设备备、仪仪器器的的四周；四周；2)2)将将气气相相防防锈锈剂剂浸浸涂涂在在纸纸上上，经经干干燥燥后后用用来来包包装装金金属属构构件件、仪器等；仪器等；3)3)将将工工件件浸浸于于含含气气相相缓缓蚀蚀剂剂的的液液体体中中，然然后后放放入入塑塑科科袋袋中中包装；包装；4)4)将气相缓蚀剂溶于油中配制成气相防锈油；将气相缓蚀剂溶于油中配制成气相防锈油；5)5)气相防锈塑料是将气相缓蚀剂与气相防锈塑料是将气相缓蚀剂与“覆盖膜覆盖膜”一起涂在基一起涂在基膜上膜上(基膜是聚乙烯，双层基膜是聚乙烯，双层)用热压法，压成包装代薄膜，用热压法，压成包装代薄膜，可以包装各种金属件或成品。可以包装各种金属件或成品。电化学保护电化学保护电电化化学学保保护护是是指指通通过过施施加加外外电电动动势势将将被被保保护护金金属属的的电电位位移向免蚀区或钝化区，以减小或防止金属腐蚀的方法。移向免蚀区或钝化区，以减小或防止金属腐蚀的方法。经济有效的防护措施。广泛应用舰船、海洋、石化等。经济有效的防护措施。广泛应用舰船、海洋、石化等。6.2.1 6.2.1 阴极保护阴极保护被被保保护护金金属属作作为为阴阴极极，进进行行外外加加阴阴极极极极化化以以降降低低或或防防止止金金属属腐腐蚀蚀的的方方法法叫叫作作阴阴极极保保护护。可可通通过过外外加加电电流流法法和和牺牺牲阳极法两种途径来实现。牲阳极法两种途径来实现。1)1)外外加加电电流流法法 被被保保护护金金属属设设备备与与直直流流电电源源的的负负极极相相联联，为为阴阴极极，阳阳极极为为一一个个不不溶溶性性的的辅辅助助电电极极,用用外外加加阴阴极极电电流进行阴极极化，组成宏观电池实现阴极保护。流进行阴极极化，组成宏观电池实现阴极保护。2)2)牺牺牲牲阳阳极极法法 在在被被保保护护金金属属设设备备上上联联接接一一个个电电位位更更负负的的金金属属或或合合金金作作阳阳极极，依依靠靠它它不不断断溶溶解解所所产产生生的的阴阴极极电电流流对金属进行阴极极化。对金属进行阴极极化。图图6-4 6-4 外加电流阴极保护示意图外加电流阴极保护示意图1)1)阴极保护原理阴极保护原理两两种种方方法法的的阴阴极极保保护护，其其基基本本原原理理是是相相同同的的。以以FeFe为为例说明外加电流阴极保护的实质。例说明外加电流阴极保护的实质。无保护，Ecorr icorr阴极保护时，通入icex,金属极化至E1时，ic=ia+icex (6-2)ia icorr 腐蚀速度,部分保护。(icorr-ia)阴极极化后金属腐蚀微电池作用减小，保护效应。当icex继续增大时，金属体系的电位将变负。E=Ea时，ia=0，即icex=ic，ia ic-icex 0，金属得到了完全保护，金属的腐蚀停止。2)阴极保护的基本参数 1)1)最最小小保保护护电电位位。要要使使金金属属达达到到完完全全保保护护，必必须须使使阴阴极极极极化化电电位位达达到到其其腐腐蚀蚀微微电电池池的的阳阳极极初初始始电电位位Ea,Ea,此此电位为最小保护电位。电位为最小保护电位。最最小小保保护护电电位位的的数数值值与与金金属属的的种种类类、介介质质的的条条件件(成成分分、浓浓度度等等)有有关关。一一般般根根据据经经验验数数据据或或通通过过实实验验来来确确定定。阴阴极极保保护护国国家家标标准准,规规定定钢钢质质船船舶舶在在海海水水中中的的保护电位范围为。保护电位范围为。2)2)最最小小保保护护电电流流密密度度。最最小小保保护护电电流流密密度度很很难难统统一一规规定定。根根据据经经验验，表表6-46-4列列举举了了钢钢在在不不同同介介质质中中的的最最小小保保护护电流密度值，以供参考。电流密度值，以供参考。3)牺牲阳极法阴极保护牺牲阳极法阴极保护是较古老的电化学保护法。牺牲阳极法阴极保护是较古老的电化学保护法。把把被被保保护护金金属属(阴阴极极)和和比比它它更更活活泼泼的的金金属属(阳阳极极)相相联联接接，在在电电解解质质溶溶液液中中构构成成宏宏观观电电池池，依依靠靠活活泼泼阳阳极极金金属属不不断断溶溶解解产产生生的的阴阴极极电电流流对对金金属属进进行行阴阴极极极极化化。这这种种方方法法称称为牺牲阳极保护法。为牺牲阳极保护法。18241824年年英英国国戴戴维维就就提提出出用用锌锌块块来来保保护护船船舶舶，以以后后逐逐步步推推广到保护港湾设施、地下管道和化工机械设备等方面。广到保护港湾设施、地下管道和化工机械设备等方面。近近年年海海上上油油田田的的开开发发，牺牺牲牲阳阳极极法法已已用用于于保保护护采采油油平平台台和海底管线。和海底管线。据据日日本本中中川川防防蚀蚀公公司司统统计计,90%90%以以上上海海上上平平台台及及所所有有的的海底输油管线都采用牺牲阳极法海底输油管线都采用牺牲阳极法(阴极保护阴极保护)。4)阴极保护法采用的阳极材料两两种种阴阴极极保保护护方方法法都都要要选选择择阳阳极极材材料料。阳阳极极材材料料及及其其作作用是完全不同。用是完全不同。1 1外加电流阴极保护的辅助阳极应满足以下要求：外加电流阴极保护的辅助阳极应满足以下要求：1)1)具有良好的导电性和较小的表面输出电阻；具有良好的导电性和较小的表面输出电阻；2)2)在在高高电电流流密密度度下下阳阳极极极极化化小小，即即在在一一定定的的电电压压下下,单单位位面积上能通过较大的电流面积上能通过较大的电流;3)3)具有较低的溶解速度，耐蚀性好，使用寿命长；具有较低的溶解速度，耐蚀性好，使用寿命长；4)4)具有一定的机械强度、耐磨、耐冲击等；具有一定的机械强度、耐磨、耐冲击等；5)5)价格便宜，容易制作。价格便宜，容易制作。一一股股采采用用的的材材料料有有：石石墨墨、高高硅硅铸铸铁铁、铅铅银银(W(Ag)(W(Ag)1%3%)1%3%)合金，铂及镀铂的钛电极等。合金，铂及镀铂的钛电极等。2 2 牺牲阳极法阴极保护所用阳极材料牺牲阳极法阴极保护所用阳极材料1)1)电电位位足足够够负负，可可供供应应充充足足的的电电子子，使使被被保保护护金金属属设设备备发发生生阴阴极极极极化化，但但是是电电位位又又不不宜宜太太负负，以以免免在在阴阴极极区区发发生生析氢反应引起氢脆；析氢反应引起氢脆；2)2)理理论论输输出出电电量量高高，即即单单位位质质量量阳阳极极金金属属溶溶解解时时产产生生的的电电量量多多80%90%(80%90%(电电流流效效率率是是有有效效电电量量与与理理论论发发生生电电量量的的百百分比分比)；3)3)阳极的极化率要小，容易活化，输出电流稳定；阳极的极化率要小，容易活化，输出电流稳定；4)4)阳阳极极的的自自腐腐蚀蚀电电流流小小，金金属属溶溶解解所所产产生生的的电电量量应应大大部部分分用于阴极保护；用于阴极保护；5)5)价价格格便便宜宜，易易加加工工、无无公公害害。根根据据以以上上条条件件，牺牺牲牲阳阳极极材料主要有镁基合金、锌基合金和铝基合金三大类材料主要有镁基合金、锌基合金和铝基合金三大类.6.2.2 6.2.2 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联，使之成为阳极，进行阳极极化；使被保护设备腐蚀速度降到最小，这种方法称为阳极保护。6.2.2.1 阳极保护基本原理由图6-8可见，将处于腐蚀区的金属(如图中的A点，其电位为EA)进行阳极极化，使其电位向正移至钝化区(如图中C点，其电位为EC)则金属可由腐蚀状态(活态)进入钝化状态，使金属腐蚀速度降低而得到保护。阳极保护基本原理，就是将金属进行阳极极化，使其进入钝态区而得到保护。阳极保护原理阳极保护原理阳极保护的主要参数阳极保护的主要参数阳阳极极保保护护关关键键是是被被保保护护设设备备与与环环境境能能建建立立可可钝钝化化体体系系。首先测定出被保护金属在给定的环境中阳极极化曲线。首先测定出被保护金属在给定的环境中阳极极化曲线。1)1)临临界界电电流流密密度度i ib b(致致钝钝电电流流密密度度)。金金属属在在介介质质中中能能进进入入钝态的临界电流密度钝态的临界电流密度,一般说愈小愈好。一般说愈小愈好。2)2)钝钝化化区区电电位位范范围围(E(EP P-E-Eopop)。阳阳极极保保护护时时应应维维持持安安全全电电位位范围。钝化区电位范围愈宽愈好，一般不能范围。钝化区电位范围愈宽愈好，一般不能50mv50mv。3)3)维维钝钝电电流流密密度度i iP P,表表示示金金属属在在钝钝态态下下的的腐腐蚀蚀速速度度。维维钝钝电电流流密密度度愈愈低低，腐腐蚀蚀速速度度愈愈小小，防防蚀蚀效效果果愈愈显显著著，耗耗电电愈愈小小。i iP P大大小小决决定定阳阳极极保保护护有有无无实实际际应用价值。应用价值。3 3 阳极保护对辅助阴极材料的要求阳极保护对辅助阴极材料的要求1)1)阴极不极化；阴极不极化；2)2)有一定的机械强度；有一定的机械强度；3)3)来源广泛，价格便宜，容易加工。来源广泛，价格便宜，容易加工。对浓硫酸介质可用铂或镀铂电极、高硅铸铁等；对浓硫酸介质可用铂或镀铂电极、高硅铸铁等；对稀硫酸介质，可用铝青铜、石墨等。对稀硫酸介质，可用铝青铜、石墨等。在碱性溶液中可用普通碳钢；在碱性溶液中可用普通碳钢；在盐溶液中，可用高镍铝合金或普通碳钢。在盐溶液中，可用高镍铝合金或普通碳钢。6.3 6.3 表面保护涂层表面保护涂层6.3.1 6.3.1 金属涂层金属涂层1)1)电电镀镀 电电镀镀是是电电解解液液中中的的金金属属离离子子在在直直流流电电的的作作用用下，于阴极表面沉积出金属而成为镀层的工艺过程。下，于阴极表面沉积出金属而成为镀层的工艺过程。1.1.电电镀镀时时，把把待待镀镀的的零零部部件件作作为为阴阴极极与与直直流流电电源源的的负负极极相相连连接接，把把作作为为镀镀层层金金层层的的阳阳极极与与直直流流电电源源的的正正极极相相连连接接。电电镀镀槽槽中中注注入入含含有有镀镀层层金金属属离离子子的的盐盐溶溶液液(包包括各种必要的添加剂括各种必要的添加剂)。阳极发生金属溶解的氧化反应阳极发生金属溶解的氧化反应 Cu CuCu Cu2+2+2e,+2e,阴极上发生金属析出的还原反应：阴极上发生金属析出的还原反应：CuCu2+2+2e Cu+2e Cu。若若阳阳极极不不溶溶性性，需需随随时时向向电电解解液液中中补补充充适适量量的的盐盐，以以维持其浓度。维持其浓度。镀层厚度可由电镀时间控制。镀层厚度可由电镀时间控制。电电镀镀能能提提高高金金属属部部件件的的防防腐腐、耐耐热热、耐耐磨磨性性能能，并并同同时赋予零部件以装饰性外观，得到广泛应用。时赋予零部件以装饰性外观，得到广泛应用。可可电电镀镀纯纯金金属属如如NiNi，CrCr，CuCu，SnSn，ZnZn，CdCd，FeFe，PbPb，CoCo，AuAu，AgAg，PtPt等等及及合合金金如如Zn-NiZn-Ni，Cd-TiCd-Ti，Cu-ZnCu-Zn，Cu-SnCu-Sn等等；此此外外，近近年年还还出出现现了了复复合合镀镀，如如Ni-SiCNi-SiCNi-Ni-石墨等。石墨等。电电镀镀优优点点：镀镀层层厚厚度度可可控控；镀镀层层可可以以很很薄薄；镀镀层层均均匀匀、致密、表面光洁；无需加热或加热温度不高。致密、表面光洁；无需加热或加热温度不高。只适于较小型部件，对镀大型工件，电镀受限制。只适于较小型部件，对镀大型工件，电镀受限制。2)2)热热浸浸镀镀 工工件件浸浸入入熔熔融融金金属属中中以以获获得得金金属属涂层的工艺叫热浸镀。涂层的工艺叫热浸镀。钢钢铁铁制制件件上上获获取取金金属属涂涂层层的的最最古古老老方方法法之之一一，工艺简单，工业上应用普遍。工艺简单，工业上应用普遍。热浸镀方法需满足如下条件：热浸镀方法需满足如下条件：（1)1)镀镀层层金金属属熔熔点点较较低低，节节能能及及保保持持机机械械性性能能。常用镀层的金属有常用镀层的金属有ZnZn，SnSn，A1A1，PbPb及其合金。及其合金。（2)2)熔融的镀层金属与被镀金属润湿。熔融的镀层金属与被镀金属润湿。（3)3)工工件件能能和和镀镀层层金金属属形形成成化化合合物物或或固固溶溶体体，以以便镀层和基体之间有良好结合力。便镀层和基体之间有良好结合力。3 3）扩散镀）扩散镀一一种种或或几几种种元元素素从从基基体体表表面面向向其其内内部部扩扩散散形形成成与与基基体体成成分分和和性性能能不不同同的的表表层层，表表面面扩扩散散渗渗透透法法，也也常常称称为为渗渗镀镀或表面合金化。或表面合金化。实实际际上上渗渗透透过过程程是是一一个个热热化化学学过过程程。在在渗渗透透区区城城内内，渗渗透透元元素素与与基基体体元元素素起起化化学学反反应应，并并可可能能分分别别形形成成固固溶溶体体、析出物和化合物类型的表面层。析出物和化合物类型的表面层。扩扩散散处处理理提提供供一一个个厚厚度度均均匀匀的的涂涂层层,即即使使物物体体形形状状复复杂杂，尺寸也不会有明显变化。尺寸也不会有明显变化。锌锌与与钢钢的的扩扩散散处处理理有有着着实实际际意意义义。此此法法也也叫叫粉粉末末渗渗锌锌，用用于于小小汽汽车车零零件件如如螺螺钉钉、钉钉子子、铰铰链链及及其其他他小小的的钢钢件件。粉粉末末渗渗锌锌将将工工件件和和渗渗透透剂剂即即锌锌粉粉、砂砂子子(氧氧化化铝铝)、有有时时还还有有作作为为激激活活刑刑的的卤卤族族化化合合物物(氯氯化化铵铵)一一起起置置于于容容器器中中，容器被密封，并且放在容器被密封，并且放在350-400350-400C C的炉中数小时。的炉中数小时。4 4）化化学学镀镀 通通过过置置换换或或氧氧化化还还原原反反应应，来来实实现现盐盐溶溶液液中中的的金金属属离离子子在在被被保保护护金金属属上上沉沉积积。置置换换化化学学镀镀金金属的例子如在钢上镀铜，其反应为属的例子如在钢上镀铜，其反应为 Fe+Cu2+Cu+Fe2+(6-3)(6-3)该该方方法法较较经经济济，但但镀镀层层通通常常较较薄薄(1m)(1m)，并并且且多多孔孔洞洞，不能很好地附着在钢上。不能很好地附着在钢上。氧氧化化还还原原，借借助助于于加加入入槽槽中中的的还还原原剂剂产产生生沉沉积积。例例如用酸性次磷酸盐槽镀镍，总反应为：如用酸性次磷酸盐槽镀镍，总反应为：Ni2+H2PO2-+H2O Ni+H2PO3-+2H+(6-4)化化学学镀镀镍镍甚甚至至能能在在有有缝缝隙隙和和复复杂杂形形状状的的物物体体上上获获得得均均匀匀的的镀镀层层厚厚度度。沉沉积积速速度度实实际际上上是是恒恒定定的的，与与镀镀层层厚厚度无关。度无关。5)金属喷涂金属喷涂用喷枪进行，涂层金属在喷枪里被溶化或软化，以粒状形式高速射向工件。(1)以丝或粉末为涂层金属的火焰喷涂 金属丝或粉末被氧乙炔焰熔化，用火焰或压缩空气流把金属破碎很细，并输送到工件上。(2)用金属丝或粉末作为涂层金属的电弧喷涂 金属丝或粉末被丝间的电弧熔化，由强的压缩空气流将金属破碎，并输送到工件。(3)以粉末为涂层金属的等离子喷涂 粉末被离子化的氮气等离子束熔化，等离子束在枪中电弧中形成，它有很高的温度(约15000)，并且将高速熔化的金属颗粒射向工件。金属喷涂通过金属喷涂人们可得到通过金属喷涂人们可得到40-500m40-500m厚的防腐蚀涂层。厚的防腐蚀涂层。等等离离子子喷喷涂涂能能保保护护熔熔化化金金属属不不氧氧化化并并使使微微粒粒强强有有力力地地撞撞击击工工件件，从从而而得得到到的的涂涂层层氧氧化化物物少少和和孔孔隙隙度度小小(大大约约0.5%-2%)0.5%-2%)。用用火火焰焰或或电电弧弧喷喷涂涂时时，就就不不能能防防止止氧氧化化，微微粒粒的的撞撞击击也也小小，这这造造成成较较高高的的氧氧化化物物比比例例和和较较大大的的孔孔隙隙(大大约约3%-3%-7%)7%)。涂层有孔隙，常需用油漆封闭。涂层有孔隙，常需用油漆封闭。常常用用的的喷喷涂涂金金属属有有铝铝、锌锌、不不锈锈钢钢和和铅铅等等，此此方方法法对对大大工件的涂层和涂层损伤的修复是合适的。工件的涂层和涂层损伤的修复是合适的。6 6）机械方法）机械方法(1)(1)贴贴镀镀 特特大大宗宗被被处处理理物物品品和和玻玻璃璃球球及及悬悬浮浮于于水水中中的的涂涂层层金金属属故故在在一一个个滚滚筒筒中中，由由于于玻玻璃璃球球的的撞撞击击作作用用，金金属属粉粉末末固固定定在在物物品品表表面面。这这种种方方法法若若用用于锡和锌，能获得厚度达于锡和锌，能获得厚度达75m75m的涂层。的涂层。(2)(2)金金属属包包镀镀 涂涂层层金金属属以以冷冷态态或或热热态态被被轧轧合合在在基基体材料上体材料上(3)(3)爆炸镀爆炸镀 涂层金属板和基体通过爆炸焊在一起。涂层金属板和基体通过爆炸焊在一起。(4)(4)挤压挤压 基体材料和涂层金属被挤压在一起。基体材料和涂层金属被挤压在一起。(5)(5)堆焊堆焊 涂层金属的堆焊，如高合金钢。涂层金属的堆焊，如高合金钢。非金属涂层1）无机涂层A A搪搪瓷瓷涂涂层层 搪搪瓷瓷又又称称珐珐琅琅，是是类类似似玻玻璃璃的的物物质质。搪搪瓷瓷涂涂层层是是将将瓷瓷釉釉涂涂涂涂在在金金属属底底材材上上，经经高高温温烧烧制制而而成成金金属属与瓷釉的复合物。与瓷釉的复合物。搪搪瓷瓷层层的的性性能能主主要要取取决决于于瓷瓷釉釉的的组组成成和和搪搪制制质质量量。瓷瓷釉釉的的主主要要成成分分是是耐耐蚀蚀玻玻璃璃料料，由由耐耐火火氧氧化化物物、助助熔熔剂剂和和少少量添加剂混合熔融烧制而成的。量添加剂混合熔融烧制而成的。耐耐火火氧氧化化物物一一般般是是含含SiOSiO2 2的的石石英英、长长石石等等天天然然岩岩石石；助助熔熔剂剂多多为为硼硼砂砂、硼硼酸酸、碳碳酸酸钾钾、碳碳酸酸钠钠和和一一些些氟氟化化物物；添添加加剂剂的的加加入入是是为为了了使使搪搪瓷瓷层层与与基基体体密密着着结结合合，或或者者为为了获得其他性能如光泽和色调等。了获得其他性能如光泽和色调等。质质量量分分数数高高于于60%60%的的SiOSiO2 2搪搪瓷瓷耐耐蚀蚀性性能能特特好好，称称耐耐酸酸搪搪瓷。耐酸搪瓷常用于制作化学工业的各种容器衬里。瓷。耐酸搪瓷常用于制作化学工业的各种容器衬里。B硅酸盐水泥涂层将将硅硅酸酸盐盐水水泥泥浆浆料料涂涂覆覆在在大大型型钢钢管管内内壁壁，固固化化后后形形成成涂层。涂层。价价格格低低廉廉，使使用用方方便便，且且膨膨账账系系数数与与钢钢接接近近，不不易易因因温温度度变变化化发发生生开开裂裂，广广泛泛用用于于水水溶溶液液和和土土壤壤中中的的钢钢及及铸铁管线的防腐，效果较好。铸铁管线的防腐，效果较好。涂层厚度约为，使用寿命最高可达涂层厚度约为，使用寿命最高可达6060年。年。硅硅酸酸盐盐水水泥泥涂涂层层带带有有碱碱性性因因此此易易受受酸酸性性气气体体及及酸酸溶溶液的侵蚀，近年在成分上作了相应调整。液的侵蚀，近年在成分上作了相应调整。这类涂层的另一缺点是不耐机械冲击及热冲击。这类涂层的另一缺点是不耐机械冲击及热冲击。C 陶瓷涂层 又称高温涂层。用热喷涂等方法将陶瓷材料涂覆于金属表面形成涂层。用热喷涂等方法将陶瓷材料涂覆于金属表面形成涂层。涂层主要成分为氧化铝、氧化锆等耐高温氧化物；涂层主要成分为氧化铝、氧化锆等耐高温氧化物；厚度一般在，工作温度在厚度一般在，工作温度在1000-13001000-1300。优优点点：耐耐高高温温、抗抗氧氧化化、耐耐腐腐蚀蚀、耐耐磨磨、耐耐气气体体冲冲蚀蚀以以及良好热震性和绝热、绝缘性能，具有一定机械性能。及良好热震性和绝热、绝缘性能，具有一定机械性能。陶瓷涂层主要用于喷气发动机、燃汽轮机等。陶瓷涂层主要用于喷气发动机、燃汽轮机等。D化学转化涂层 又又称称化化学学转转化化膜膜，是是金金属属表表层层原原子子与与介介质质中中的的阴阴离离子子发发生生化化学学反反应应，在在金金属属表表面面生生成成附附着着性性好好、耐蚀性优良薄膜。化学转化涂层有以下几种：耐蚀性优良薄膜。化学转化涂层有以下几种：a.a.磷酸盐膜磷酸盐膜 磷酸盐膜指在含磷酸和可溶性磷酸盐溶液中磷酸盐膜指在含磷酸和可溶性磷酸盐溶液中用化学方法在金属表面上生成不可溶的、附着性良好的用化学方法在金属表面上生成不可溶的、附着性良好的保护膜。这种成膜过程称为金属的磷化或磷酸盐处理。保护膜。这种成膜过程称为金属的磷化或磷酸盐处理。磷酸盐处理多用在钢铁上，工业上应用的有磷酸锌、磷磷酸盐处理多用在钢铁上，工业上应用的有磷酸锌、磷酸铁、磷酸锰、磷酸钙、磷酸钠及磷酸铵处理等。酸铁、磷酸锰、磷酸钙、磷酸钠及磷酸铵处理等。磷化工艺分磷化工艺分 高温高温(90-98)(90-98)、中温、中温(50-70)(50-70)和常温和常温(15-35)(15-35)；施工方法主要有浸渍、喷淋或浸喷组合法，依磷化工艺施工方法主要有浸渍、喷淋或浸喷组合法，依磷化工艺及工件状况来选择。及工件状况来选择。磷磷化化膜膜1-50m1-50m，采采用用的的单单位位是是单单位位面面积积涂涂层层质质量量。因因涂涂层层孔孔隙隙较较大大，耐耐蚀蚀性性较较差差，磷磷化化后后必必须须用用重重铬铬酸酸钾溶液、肥皂液或浸油等进行封闭处理。钾溶液、肥皂液或浸油等进行封闭处理。处处理理的的金金属属表表面面在在大大气气、矿矿物物油油、动动植植物物油油、苯苯、甲甲苯苯等等介介质质中中，均均具具有有很很好好的的抗抗腐腐蚀蚀能能力力；但但在在酸酸、碱碱、海水及水蒸气中耐蚀性较差。海水及水蒸气中耐蚀性较差。防防护护用用磷磷化化膜膜涂涂层层质质量量一一般般为为10-40g/m10-40g/m2 2，磷磷化化后后涂涂防防锈锈油油、防防锈锈蜡蜡、防防锈锈脂脂等等。经经磷磷化化处处理理后后，膜膜层层中中性性盐雾实验结果出现第一个锈点的时间为：盐雾实验结果出现第一个锈点的时间为：钢铁件涂防锈油钢铁件涂防锈油 15h 15h钢铁件钢铁件+磷酸锌膜磷酸锌膜(16g/m(16g/m2 2)+)+防锈油防锈油 550h 550h钢铁件钢铁件+磷酸锌膜磷酸锌膜(40g/m(40g/m2 2)+)+防锈油防锈油 800h 800h b.b.铬铬酸酸盐盐处处理理在在锌锌、镉镉、铝铝、镁镁、黄黄铜铜上上应应用用这这种种处处理理，在在铬铬酸酸或或铬铬酸酸盐盐的的水水溶溶液液中中进进行行。水水溶溶液液中中常常含含有有其其他添加剂，如磷酸和氢氟酸。他添加剂，如磷酸和氢氟酸。在在表表面面上上形形成成一一层层薄薄的的铬铬酸酸盐盐层层，厚厚度度范范围围一一般