金属防腐蚀技术进展.pptx

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1、国内主要专业杂志中国腐蚀与防护学报腐蚀与防护腐蚀科学与防护技术材料保护电化学中国电力华东电力第1页/共101页国外主要专业杂志Corrosion Science SCI、EI收录Corrosion SCI收录Material Performance SCIE、EI收录Corrosion Engineering Science And Technology SCIE收录Corrosion Prevention&Control SCIE、EI收录Corrosion Reviews SCIE、EI收录第2页/共101页国外主要专业杂志Electrochimica Acta SCI、EI收录Journ

2、al of the Electrochemical Society SCI、EI收录Journal of Electroanalytical Chemistry SCI、EI收录Journal of Applied Electrochemistry SCIE、EI收录Electrochemistry SCI 收录第3页/共101页一、腐蚀与防护基础知识1.腐蚀的定义 定义：材料和周围环境发生化学或 电化学的作用而 破坏的现象 腐蚀体系：材料+环境介质 材料：金属、非金属 通常还是指金属的腐蚀 第4页/共101页2.金属的腐蚀过程一、腐蚀与防护基础知识金属的腐蚀过程就是就是金属（金属的腐蚀过程就

3、是就是金属（Fe）回复到它的自然界）回复到它的自然界存在状态（矿石）的过程存在状态（矿石）的过程第5页/共101页金属腐蚀过程影响因素：一、腐蚀与防护基础知识金属材料：组成、结构、力学性质、表面状态等金属材料：组成、结构、力学性质、表面状态等腐蚀介质：成分、浓度、温度、压力等腐蚀介质：成分、浓度、温度、压力等防止金属腐蚀思路：防止金属腐蚀思路：材料：提高材料耐蚀性能材料：提高材料耐蚀性能冶炼工艺、表面处理冶炼工艺、表面处理选用耐蚀材料选用耐蚀材料介质：减少介质的侵蚀性介质：减少介质的侵蚀性第6页/共101页一、腐蚀与防护基础知识4.腐蚀损失及防腐蚀重要性腐蚀损失及防腐蚀重要性腐蚀损失：腐蚀损失

4、：金属材料损失金属材料损失金属结构的破坏金属结构的破坏间接损失难以估计间接损失难以估计各国腐蚀损失情况：各国腐蚀损失情况：平均占平均占GNP的的24%美国：美国：1992 年年1700 亿美元；亿美元；2000 年年2760 亿美元亿美元中国：中国：2000 年约年约5000 亿元人民币亿元人民币第7页/共101页一、腐蚀与防护基础知识腐蚀较突出行业：腐蚀较突出行业：化学工业化学工业交通部门交通部门船舶船舶各类车辆各类车辆建筑部门建筑部门能源部门能源部门机械工业机械工业火电厂热力设备腐蚀情况：火电厂热力设备腐蚀情况：锅炉腐蚀锅炉腐蚀汽轮机腐蚀汽轮机腐蚀凝汽器铜管腐蚀等凝汽器铜管腐蚀等第8页/共

5、101页一、腐蚀与防护基础知识5.金属腐蚀速度表示方法金属腐蚀速度表示方法重量指标重量指标v-：失重指标：失重指标 g/(m2 h)v+：增重指标：增重指标 g/(m2 h)m0：金属试件初始重量：金属试件初始重量 gm1：清除腐蚀产物后金属试件重量：清除腐蚀产物后金属试件重量 gm2：带有腐蚀产物金属试件重量：带有腐蚀产物金属试件重量 gA：金属试件表面积：金属试件表面积 m2t：腐蚀进行的时间：腐蚀进行的时间 h第9页/共101页一、腐蚀与防护基础知识厚度指标厚度指标vL：厚度指标：厚度指标 mm/av-：失重指标：失重指标 g/(m2 h)：金属密度：金属密度 g/cm3电流指标电流指标

6、i：腐蚀电流密度：腐蚀电流密度 A/cm2n：反应物质得失电子数：反应物质得失电子数M：反应物质摩尔质量：反应物质摩尔质量 g/mol第10页/共101页一、腐蚀与防护基础知识6.电化学腐蚀倾向的判断电化学腐蚀倾向的判断 （1）腐蚀反应自由能变化与腐蚀倾向腐蚀反应自由能变化与腐蚀倾向 根据热力学第二点定律对过程进行的方向判断根据热力学第二点定律对过程进行的方向判断对任意反应对任意反应反应平衡条件：反应平衡条件：对自发反应：对自发反应：反应不能自发进行：反应不能自发进行：第11页/共101页一、腐蚀与防护基础知识对腐蚀反应：对腐蚀反应：腐蚀反应可能发生腐蚀反应可能发生 G负值越大，金属越不稳定负

7、值越大，金属越不稳定腐蚀反应不可能发生腐蚀反应不可能发生 G正值越大，金属越稳定正值越大，金属越稳定第12页/共101页一、腐蚀与防护基础知识（2）电极电位与腐蚀倾向）电极电位与腐蚀倾向 时，电极时，电极2在电池反应中为阳极在电池反应中为阳极 发生氧化反应，被腐蚀发生氧化反应，被腐蚀 判断：当判断：当 时时金属金属M可以被体系中的氧化剂可以被体系中的氧化剂O腐蚀腐蚀 第13页/共101页一、腐蚀与防护基础知识阳极反应阳极反应阴极反应阴极反应总反应总反应7.腐蚀原电池腐蚀原电池第14页/共101页一、腐蚀与防护基础知识金属发生腐蚀必要条件：金属发生腐蚀必要条件：溶液中存在可以将金属氧化成离子或化

8、合物的物质溶液中存在可以将金属氧化成离子或化合物的物质O，它与金属构成热力学不稳定的体系。，它与金属构成热力学不稳定的体系。腐蚀原电池：只是导致金属材料破坏而不能对外界作腐蚀原电池：只是导致金属材料破坏而不能对外界作 有用功的短路原电池有用功的短路原电池 基本组成：阳极、阴极、电解质溶液、电子回路基本组成：阳极、阴极、电解质溶液、电子回路 第15页/共101页一、腐蚀与防护基础知识8.电位电位-pH图图 电位电位pH离子浓度离子浓度 腐蚀过程中电化学反应通式腐蚀过程中电化学反应通式25，1atm1atm下下：第16页/共101页一、腐蚀与防护基础知识Fe-H2O体系的电位体系的电位-pH图图第

9、17页/共101页电位电位-pH图的应用图的应用简化的电位简化的电位-pH图：图：离子浓度取离子浓度取10-6 mol/L 一、腐蚀与防护基础知识第18页/共101页一、腐蚀与防护基础知识电位电位-pH图应用：图应用：（1）预测腐蚀的可能性及其类型）预测腐蚀的可能性及其类型（2）判断体系状态）判断体系状态（3）指示腐蚀控制的途径）指示腐蚀控制的途径例如简化电位例如简化电位-pH图中图中A处金属的腐蚀控制措施：处金属的腐蚀控制措施：降低电位降低电位免蚀区免蚀区升高电位升高电位钝化区钝化区升高溶液升高溶液pH钝化区钝化区第19页/共101页一、腐蚀与防护基础知识9.金属电化学腐蚀动力学原理 热力学

10、局限性：只能判断腐蚀倾向，不能反映腐蚀发生时的速度和历程 腐蚀速度：由腐蚀动力学决定第20页/共101页一、腐蚀与防护基础知识（1）极化 极化现象 电路断开电路断开：电路接通电路接通：预测接通后电流：预测接通后电流：铜锌腐蚀原电池铜锌腐蚀原电池第21页/共101页一、腐蚀与防护基础知识原因：腐蚀原电池两极电位发生变化原因：腐蚀原电池两极电位发生变化阳极极化阳极极化阴极极化阴极极化原电池极化作用：由于通过电流引起的原电池两极间电位差减小原电池极化作用：由于通过电流引起的原电池两极间电位差减小并因而引起电池工作电流强度降低的现象并因而引起电池工作电流强度降低的现象举例：手电举例：手电第22页/共1

11、01页一、腐蚀与防护基础知识（2）极化曲线极化曲线阳极极化曲线阳极极化曲线阴极极化曲线阴极极化曲线极化值极化值真实极化率真实极化率平均极化率平均极化率电极电位与极化电流的关系曲线电极电位与极化电流的关系曲线第23页/共101页一、腐蚀与防护基础知识（3）极化原因和类型极化原因和类型电极反应步骤：电极反应步骤：一个电极反应至少需包括如下连续步骤：一个电极反应至少需包括如下连续步骤：(1)液相传质：溶液中的反应物向电极界面迁移。液相传质：溶液中的反应物向电极界面迁移。(2)电子转移电子转移(放电放电)：反应物在电极界面上发生电化学反应，：反应物在电极界面上发生电化学反应，放出电子放出电子(氧化氧化

12、)或得到电子或得到电子(还原还原)，转变为产物。，转变为产物。(3)液相传质或新相生成：产物如果是离子，向溶液内部迁移；液相传质或新相生成：产物如果是离子，向溶液内部迁移；如果是固体或气体，则有新相生成。如果是固体或气体，则有新相生成。第24页/共101页一、腐蚀与防护基础知识速度控制步骤速度控制步骤在稳态条件下，各步骤的速度应相等，其中阻力最大的步骤在稳态条件下，各步骤的速度应相等，其中阻力最大的步骤决定了整个电极反应的速度，称为速度控制步骤，简记为决定了整个电极反应的速度，称为速度控制步骤，简记为RDS。极化的原因极化的原因在于电极反应的各个步骤存在的阻力在于电极反应的各个步骤存在的阻力第

13、25页/共101页一、腐蚀与防护基础知识极化类型极化类型u活化极化活化极化电子转移步骤的阻力所造成的极化电子转移步骤的阻力所造成的极化又称做电化学极化又称做电化学极化u浓度极化浓度极化液相传质步骤的阻力所造成的极化液相传质步骤的阻力所造成的极化又称做浓差极化。又称做浓差极化。u电阻极化：欧姆电位降电阻极化：欧姆电位降第26页/共101页1.提高金属材料本身的耐蚀性能提高金属材料本身的耐蚀性能（1）提高材料的热力学稳定性）提高材料的热力学稳定性（2）增大阴极控制）增大阴极控制途径：合金化途径：合金化减少合金中阴极区的面积减少合金中阴极区的面积 如：去阴极性杂质如：去阴极性杂质C、S等等加入能增大

14、阴极反应过电位的元素加入能增大阴极反应过电位的元素例如：例如：Zn中加入中加入Hg，可使析氢过电位增大，可使析氢过电位增大（3）增大阳极控制）增大阳极控制提高合金的钝化能力提高合金的钝化能力 钢铁钢铁不锈钢不锈钢二、金属防腐蚀基本原理二、金属防腐蚀基本原理第27页/共101页2.改变环境改变环境（1）去除环境中的侵蚀性物质）去除环境中的侵蚀性物质O2、H+、Cl-、S2-等等（2）加入缓蚀剂）加入缓蚀剂（3）改变其它条件）改变其它条件温度、流速、应力温度、流速、应力O2和流速在腐蚀和防护中的双重作用和流速在腐蚀和防护中的双重作用二、金属防腐蚀基本原理二、金属防腐蚀基本原理第28页/共101页3

15、.从电化学角度进行保护从电化学角度进行保护（1）阴极保护）阴极保护（2）阳极保护）阳极保护4.使材料与腐蚀介质隔开使材料与腐蚀介质隔开（1）非金属涂层（涂料）非金属涂层（涂料）重防腐涂料重防腐涂料（2）衬里）衬里玻璃钢衬里、橡胶衬里、砖板衬里玻璃钢衬里、橡胶衬里、砖板衬里（3）暂时性防护）暂时性防护暂时性防锈三大材料：暂时性防锈三大材料：防锈油脂、气相防锈材料、可剥性塑料防锈油脂、气相防锈材料、可剥性塑料 二、金属防腐蚀基本原理二、金属防腐蚀基本原理第29页/共101页5.改进设计改进设计通过合理的设计防腐通过合理的设计防腐防腐蚀设计基本内容：防腐蚀设计基本内容：（1）材料的选择及其加工制造工

16、艺的规定）材料的选择及其加工制造工艺的规定（2）防腐蚀结构设计与强度设计）防腐蚀结构设计与强度设计（3）防腐蚀方法的选择与设计）防腐蚀方法的选择与设计（4）设备预期寿命概率和可靠性分析）设备预期寿命概率和可靠性分析 例如：例如：防缝隙腐蚀设计防缝隙腐蚀设计防电偶腐蚀设计防电偶腐蚀设计选材、绝缘选材、绝缘改变连接方式改变连接方式二、金属防腐蚀基本原理二、金属防腐蚀基本原理第30页/共101页第31页/共101页1.合理选材合理选材依据：依据：a)设备工艺条件及其生产中可能发生的变化设备工艺条件及其生产中可能发生的变化b）材料的结构、性质及其使用中可能发生的变化）材料的结构、性质及其使用中可能发生

17、的变化（1）首先考虑介质的性质、温度和压力）首先考虑介质的性质、温度和压力介质的性质：氧化还原性、浓度、杂质、导电性、介质的性质：氧化还原性、浓度、杂质、导电性、pH、产物等、产物等例如例如：HNO3 氧化性酸氧化性酸可采用在氧化性酸中钝化的材料可采用在氧化性酸中钝化的材料不锈钢，铝、钛及其合金不锈钢，铝、钛及其合金HCl 还原性酸还原性酸可采用非金属耐蚀材料可采用非金属耐蚀材料三、常用的防腐蚀方法三、常用的防腐蚀方法第32页/共101页（2）考虑设备用途、工艺过程及其结构设计特点）考虑设备用途、工艺过程及其结构设计特点例如例如：泵用材料：泵用材料良好铸造性能和抗磨损性能良好铸造性能和抗磨损性

18、能高温炉高温炉良好的耐热性能良好的耐热性能（3）考虑环境对材料的腐蚀以及产品特殊要求）考虑环境对材料的腐蚀以及产品特殊要求例如例如：医药、食品工业：医药、食品工业不选用有毒材料不选用有毒材料可选用可选用：不锈钢、钛、搪瓷及其它非金属材料：不锈钢、钛、搪瓷及其它非金属材料（4）考虑材料的性能）考虑材料的性能材料的强度、塑性、加工工艺性能等材料的强度、塑性、加工工艺性能等例如例如：高硅铸铁高硅铸铁耐蚀性能好，但又硬又脆，切削加工困难，限制了它的使用耐蚀性能好，但又硬又脆，切削加工困难，限制了它的使用（5）考虑材料的价格和来源）考虑材料的价格和来源三、常用的防腐蚀方法三、常用的防腐蚀方法第33页/共

19、101页2.介质处理介质处理除去介质中的有害成分除去介质中的有害成分调节调节pH降低气体介质中的水分降低气体介质中的水分（1）除去介质中的有害成分）除去介质中的有害成分例如例如：锅炉给水中的除氧：锅炉给水中的除氧a）热力除氧）热力除氧将水加热到沸点，使水中的各种气体解析出来将水加热到沸点，使水中的各种气体解析出来b）化学除氧（辅助除氧）化学除氧（辅助除氧）化学药剂：化学药剂：N2H4、Na2SO3等等N2H4作用：作用：三、常用的防腐蚀方法三、常用的防腐蚀方法第34页/共101页（2）调节介质的）调节介质的pH值值Corrosion of steel as a function of wate

20、r pH Potential-pH diagram of iron 三、常用的防腐蚀方法三、常用的防腐蚀方法第35页/共101页Corrosion of copper as a function of water pH Potential-pH diagram of copper pH=8.59.2，Fe、Cu的的VL均很小均很小可通过控制水的可通过控制水的pH值来减缓热力设备的腐蚀值来减缓热力设备的腐蚀第36页/共101页a）加氨处理（）加氨处理（NH3）NH3+H2O NH4OH需严格控制需严格控制NH3的加入量的加入量 12mg/Lb）加胺处理（有机胺）加胺处理（有机胺）以有机胺代替氨水

21、以有机胺代替氨水常用的有机胺：常用的有机胺：吗啉吗啉 C4H9NO环己胺环己胺 C6H13N缺点：药品价格昂贵缺点：药品价格昂贵（3）降低气体介质中的水分）降低气体介质中的水分除湿除湿气体介质中：湿度气体介质中：湿度 VL 除湿方法：干燥剂吸收除湿方法：干燥剂吸收冷凝法除水分冷凝法除水分空调空调提高气体温度，使相对湿度降低提高气体温度，使相对湿度降低三、常用的防腐蚀方法三、常用的防腐蚀方法第37页/共101页3.阴极保护阴极保护4.阳极保护阳极保护5.缓蚀剂防腐缓蚀剂防腐6.涂料防腐涂料防腐7.衬里防腐衬里防腐8.金属涂层保护金属涂层保护9.金属表面处理金属表面处理着重介绍：着重介绍：36三、

22、常用的防腐蚀方法三、常用的防腐蚀方法第38页/共101页四、四、耐蚀材料的开发与应用耐蚀材料的开发与应用耐蚀材料耐蚀材料：金属材料金属材料 高分子材料高分子材料 无机非金属材料无机非金属材料 其中金属材料仍是结构材料的主体其中金属材料仍是结构材料的主体第39页/共101页1.铁基耐蚀合金铁基耐蚀合金铁基耐蚀合金：以铁为主要元素，铁基耐蚀合金：以铁为主要元素，一般由铁、铬、镍、钼、锰、硅组成一般由铁、铬、镍、钼、锰、硅组成 不锈钢：通常是指含铬量在不锈钢：通常是指含铬量在12%30%的铁基耐蚀合金的铁基耐蚀合金 按组成分：铬钢、铬镍钢、铬锰钢、铬锰镍钢按组成分：铬钢、铬镍钢、铬锰钢、铬锰镍钢 按

23、显微组织分：按显微组织分：奥氏体钢奥氏体钢铁素体钢铁素体钢奥氏体奥氏体-铁素体复相钢铁素体复相钢马氏体钢马氏体钢铁素体铁素体-马氏体复相钢马氏体复相钢 按用途分：按用途分：耐海水腐蚀不锈钢耐海水腐蚀不锈钢耐点蚀不锈钢耐点蚀不锈钢耐应力腐蚀不锈钢等耐应力腐蚀不锈钢等四、四、耐蚀材料的开发与应用耐蚀材料的开发与应用第40页/共101页（1）奥氏体不锈钢）奥氏体不锈钢 在常温下具有奥氏体组织的不锈钢。在常温下具有奥氏体组织的不锈钢。奥氏体二奥氏体二 X500奥氏体一奥氏体一 X100特点：具有优良的综合机械性能和加工性能，特点：具有优良的综合机械性能和加工性能，耐蚀性能也优于其它不锈钢耐蚀性能也优于

24、其它不锈钢18-8型铬镍钢：含型铬镍钢：含Cr-18%、Ni-8%10%、C-0.1%具有稳定的奥氏体组织具有稳定的奥氏体组织高高Cr-Ni系列钢：系列钢：18Cr-8Ni钢基础上增加钢基础上增加Cr、Ni含量并加入含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素等元素属于钝化合金，耐氧化性酸介质腐蚀属于钝化合金，耐氧化性酸介质腐蚀应用很广应用很广无磁性，可用磁铁鉴别无磁性，可用磁铁鉴别对点蚀和缝隙腐蚀敏感，在对点蚀和缝隙腐蚀敏感，在450850使用时，会发生使用时，会发生晶间腐蚀晶间腐蚀面心立方结构面心立方结构 第41页/共101页铁素体基体铁素体基体+片状石墨片状石墨 X500（2）铁素体不锈

25、钢）铁素体不锈钢 在使用状态下以铁素体组织为主的不锈钢，在使用状态下以铁素体组织为主的不锈钢，为高铬不锈钢（一般不含镍）为高铬不锈钢（一般不含镍）含铬量在含铬量在11%30%，具有体心立方晶体结构，具有体心立方晶体结构特点：导热系数大，膨胀系数小、抗氧化性好、抗应力腐蚀优良特点：导热系数大，膨胀系数小、抗氧化性好、抗应力腐蚀优良缺点：脆性大，耐蚀性能相对较差缺点：脆性大，耐蚀性能相对较差用途：多用于制造耐大气、水蒸气、水及氧化性酸腐蚀的零部件用途：多用于制造耐大气、水蒸气、水及氧化性酸腐蚀的零部件类型：类型：Cr13型型Cr16-19型型Cr25-28型型体心立方晶体结构体心立方晶体结构第42

26、页/共101页（3）奥氏体）奥氏体-铁素体双相不锈钢铁素体双相不锈钢 与奥氏体不锈钢相比：强度高与奥氏体不锈钢相比：强度高 耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高奥氏体和铁素体组织各约占一半的不锈钢奥氏体和铁素体组织各约占一半的不锈钢 组成：组成：Cr-18%28%Ni-3%10%有些钢还含有：有些钢还含有：Mo、Cu、Si、Nb、Ti，N等合金元素等合金元素特点：兼有奥氏体和铁素体不锈钢的优点特点：兼有奥氏体和铁素体不锈钢的优点与铁素体相比：与铁素体相比：塑性、韧性更高，无室温脆性，耐晶间腐蚀性能和焊接塑性、韧性更高，无室温脆性，耐晶间腐蚀性能和焊接 性

27、能均显著提高，保持有铁素体不锈钢的导热系数高，性能均显著提高，保持有铁素体不锈钢的导热系数高，具有超塑性等特点。具有超塑性等特点。双相不锈钢还具有优良的耐孔蚀性能，也是一种节镍不锈钢。双相不锈钢还具有优良的耐孔蚀性能，也是一种节镍不锈钢。第43页/共101页板条马氏体 400（4）马氏体不锈钢）马氏体不锈钢 用途：蒸汽轮机叶片、餐具、外科手术器械等用途：蒸汽轮机叶片、餐具、外科手术器械等在常温下具有马氏体组织的不锈钢。在常温下具有马氏体组织的不锈钢。为高铬（为高铬（1318%）、高碳（）、高碳（0.10.9%）不锈钢）不锈钢C%强度、硬度、耐磨性强度、硬度、耐磨性 但耐蚀性但耐蚀性 特点：硬度

28、强度高，耐磨性好特点：硬度强度高，耐磨性好 可硬化的不锈钢（通过热处理可以调整其力学性能的不锈钢）可硬化的不锈钢（通过热处理可以调整其力学性能的不锈钢）典型牌号：典型牌号：1Cr13，2Cr13,3Cr13,4Cr13等等第44页/共101页纯铜导线纯铜导线 2.铜基耐蚀合金铜基耐蚀合金（1）纯铜）纯铜（a）热力学稳定性高，较耐蚀）热力学稳定性高，较耐蚀（b）在大气中耐蚀，耐海洋大气、海水腐蚀）在大气中耐蚀，耐海洋大气、海水腐蚀（c）可被氧腐蚀，但腐蚀速度较低）可被氧腐蚀，但腐蚀速度较低（d）在含）在含NH3、NH4+、CN-、H2S体系中不耐蚀体系中不耐蚀 e(Cu2+/Cu)=0.337V

29、,e(Cu+/Cu)=0.521V耐海生物腐蚀（耐海生物腐蚀（Cu2+有毒）有毒）易生成难溶腐蚀产物膜易生成难溶腐蚀产物膜（e）力学性能不高，铸造性能不好）力学性能不高，铸造性能不好第45页/共101页黄铜管黄铜管 黄铜可调式减压阀黄铜可调式减压阀 黄铜网黄铜网（2）黄铜）黄铜 普通黄铜普通黄铜 Cu+Zn H68锡黄铜锡黄铜 Cu+Zn+Sn HSn70-1铝黄铜铝黄铜 Cu+Zn+Al HAl77-2 加加As黄铜：加入黄铜：加入0.020.05%As目的：防止脱锌目的：防止脱锌HSn70-1A、H68A机械性能机械性能，加工性能，加工性能 易发生脱锌腐蚀、应力腐蚀易发生脱锌腐蚀、应力腐蚀

30、不耐不耐NH3、S2-等等第46页/共101页手工白铜戒指手工白铜戒指 白铜管白铜管（3）白铜）白铜 铜镍合金铜镍合金B10 含含10%NiB30 含含30%NiNi%耐海水腐蚀及耐碱腐蚀耐海水腐蚀及耐碱腐蚀性能性能 白铜是耐蚀性能最好的铜合金白铜是耐蚀性能最好的铜合金可在海水中使用，用于制造海水冷凝管可在海水中使用，用于制造海水冷凝管由于含大量稀缺的镍，限制了它的广泛应用由于含大量稀缺的镍，限制了它的广泛应用第47页/共101页（4）青铜）青铜除黄铜和白铜以外的所有铜合金的统称除黄铜和白铜以外的所有铜合金的统称可作耐蚀结构材料：锡青铜、铝青铜、硅青铜可作耐蚀结构材料：锡青铜、铝青铜、硅青铜锡

31、青铜：分别含锡锡青铜：分别含锡5%、8%、10%铝青铜：含铝铝青铜：含铝22%）、高温度碱腐蚀）、高温度碱腐蚀（e）不耐纯的非氧化性酸（）不耐纯的非氧化性酸（HCl、稀、稀H2SO4）腐蚀）腐蚀（f）在无水的氧化性介质中很危险）在无水的氧化性介质中很危险耐王水、氯水、沸腾铬酸、耐王水、氯水、沸腾铬酸、100浓硝酸、浓硝酸浓硝酸、浓硝酸+浓硫酸浓硫酸但当酸中含有少量氧化剂或添加重金属离子，则耐蚀但当酸中含有少量氧化剂或添加重金属离子，则耐蚀例如：无水例如：无水Cl2通通Cl2的钛管在使用初期发生猛烈燃烧的钛管在使用初期发生猛烈燃烧解决方法：在解决方法：在Cl2中加入少量水汽（中加入少量水汽（2%

32、）海水纯钛蒸发器海水纯钛蒸发器 第53页/共101页（2）耐蚀钛合金）耐蚀钛合金 （a）Ti-Pd合金合金Pd含量：含量：0.10.5%作用：促进阳极极化，提高作用：促进阳极极化，提高Ti在在HCl等非氧化性酸中的耐蚀性能等非氧化性酸中的耐蚀性能特点：耐氧化性酸及中等还原性酸腐蚀特点：耐氧化性酸及中等还原性酸腐蚀但不耐强还原性酸腐蚀但不耐强还原性酸腐蚀（b）Ti-Mo合金合金类型：类型：Ti-15Mo、Ti-32MoMo：e0=0.25V在还原性介质中钝化能力强在还原性介质中钝化能力强特点：耐强还原性酸腐蚀特点：耐强还原性酸腐蚀钛合金平杯内六角钛合金平杯内六角 钛制生活用品钛制生活用品 钛及合

33、金制品钛及合金制品 钛制反应釜钛制反应釜 钛管钛管第54页/共101页6.非晶态合金非晶态合金晶态材料：指材料内部的原子排列遵循一定的规律晶态材料：指材料内部的原子排列遵循一定的规律 食盐、宝石等食盐、宝石等 非晶态材料：内部原子排列处于无规则状态非晶态材料：内部原子排列处于无规则状态 木材、纺织品和玻璃等木材、纺织品和玻璃等 传统金属：内部原子排列有序，都属于晶态材料传统金属：内部原子排列有序，都属于晶态材料 又称又称“金属玻璃金属玻璃”、“梦幻合金梦幻合金”Ag particle Zr_Co_5 非晶态合金：原子排列长程无序，无晶界、位错、层错等缺陷非晶态合金：原子排列长程无序，无晶界、位

34、错、层错等缺陷 MnO晶体晶体 （非晶体内部原子排列）（非晶体内部原子排列）（晶体的原子排列）（晶体的原子排列）第55页/共101页非晶态合金的制备：非晶态合金的制备：快速凝固的工艺快速凝固的工艺 优异性能优异性能：高强度、高韧性、优越磁电性能、极高的耐蚀性能：高强度、高韧性、优越磁电性能、极高的耐蚀性能缺点：稳定性差，属于缺点：稳定性差，属于“亚稳材料亚稳材料”铁系：铁系：Fe+P-C、B-C、B-Si、B-P、P-Si镍系：镍系：Ni+B-Si例如：用它制造配电变压器铁芯，空载损耗要降低例如：用它制造配电变压器铁芯，空载损耗要降低60%80%如果把我国现有的配电变压器全部换成非晶态合金变压

35、器如果把我国现有的配电变压器全部换成非晶态合金变压器 那么每年可为国家节约电那么每年可为国家节约电90亿千瓦小时亿千瓦小时耐蚀非晶态合金：耐蚀非晶态合金：在铁系或镍系非晶态合金中加入在铁系或镍系非晶态合金中加入Cr而构成而构成例如例如：FeCr8P13C7在在NaCl中中VL=0,在在10%FeCl3 6H2O中不腐蚀中不腐蚀受热使用可使非晶态受热使用可使非晶态晶态晶态常温下随时间推移，性质逐渐变化，最后散失优异性能常温下随时间推移，性质逐渐变化，最后散失优异性能类型：类型：耐蚀原因：表面形成富耐蚀原因：表面形成富Cr、P的非晶态膜的非晶态膜第56页/共101页四、四、耐蚀材料的开发与应用耐蚀

36、材料的开发与应用2.耐蚀非金属材料非金属材料具有优良的耐蚀性能，而机械性能可以通过增强等途径来弥补，在某些领域已有发展为取代钢材的趋势。（1）耐蚀塑料耐蚀塑料分为热塑性和热固性两大类。热塑性塑料中，聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯的应用占主流；氟塑料、氯化聚醚、聚苯硫醚等工程塑料具有优异的耐蚀性能，应用日益广泛，尤其以氟树脂应用面最广，增长速度也最快。热固性树脂有环氧、酚醛、聚酯、呋喃为主的4大树脂大多制成复合材料使用，增长率低于热塑性树脂，因其强度和刚度差，通常通过纤维增强来制作防腐蚀设备。塑料制设备主要有管道、通用设备、净化设备、槽罐、塔器、换热器、泵、阀等，使用量越来越大，如美国耐蚀塑料的使用占

37、整个设备费的5左右。第57页/共101页四、四、耐蚀材料的开发与应用耐蚀材料的开发与应用（）玻璃钢 玻璃钢即纤维增强高分子材料。目前国际上每年生产数百万吨，有四五万个品种。仅美国1990年用量就达l6万t，占玻璃钢产量的13。目前国外玻璃钢以化工、环保领域应用最广。国外化工用玻璃钢树脂大多采用间苯二酸聚酯，部分采用环氧和双酚A，乙烯基树脂的应用也在逐年增加。国内主要为聚酯、环氧、酚醛等树脂，其中聚酯玻璃钢占总产量的80。酚醛玻璃钢仍采用模压成型，至今停滞不前。热塑性玻璃钢如玻璃纤维增强聚丙烯、聚苯硫醚，近年来才发展起来，但发展非常迅速，前景很好。第58页/共101页四、四、耐蚀材料的开发与应用

38、耐蚀材料的开发与应用（3）石墨 石墨材料是以其优异的导热性能和耐蚀性能而发展起来的，石墨制化工设备促进了氯碱工业的发展，主要用于制强腐蚀介质的换热设备。它的主要缺点是性脆和孔隙率高，过去都采用酚醛、环氧、呋喃等树脂制取浸渍石墨，后来又发展了石墨聚氯乙烯、石墨聚丙烯和石墨氟塑料。随后又在磷酸、硫酸、石油化工、医药等工业中广泛应用。第59页/共101页四、四、耐蚀材料的开发与应用耐蚀材料的开发与应用（4）工程陶瓷近年来，世界工程陶瓷发展较快，工业中常用的结构陶瓷有：氧化物系，如氧化铝、氧化锆等；碳化物系，如碳化硅、碳化硼等；氮化物系，如氮化硅、氮化硼；复合物系，如莫来石、堇青石等。其中氧化铝陶瓷使

39、用最多最广，占60左右，碳化硅陶瓷仅限于部分设备中(如机械密封、换热器，占20左右)，氧化锆及氮化硅虽引人注目，但目前由于成本较高，使用较少。陶瓷材料具有优异的化学稳定性，除了对氢氟酸及高浓度的碱以外，几乎对所有的化学品都具有优异的耐蚀性能。第60页/共101页五、五、阴极保护阴极保护阴极保护：阴极保护：阴极保护：通过使腐蚀金属阴极极化达到减小金属破坏速度的方法阴极保护：通过使腐蚀金属阴极极化达到减小金属破坏速度的方法 原理：原理：电位电位 ia j ea，ia=0腐蚀区（电位高）腐蚀区（电位高）降低电位降低电位免蚀区（电位低）免蚀区（电位低）第61页/共101页阴极保护的方法：阴极保护的方法

40、：外加电流阴极保护法外加电流阴极保护法牺牲阳极法牺牲阳极法第62页/共101页1988年：美国环保局出台技术法规年：美国环保局出台技术法规规定规定:对已建的对已建的300万座储罐限期补加保护措施万座储罐限期补加保护措施 追加阴极保护追加阴极保护 使美国的阴极保护市场使美国的阴极保护市场“膨胀膨胀”到到25亿美元亿美元 阴极保护技术使用领域：阴极保护技术使用领域：埋地管道埋地管道钢质储罐钢质储罐港口码头港口码头船舶防腐船舶防腐换热器阴极保护换热器阴极保护 原油储罐群阴极保护原油储罐群阴极保护 地下管道阴极保护地下管道阴极保护电厂：凝汽器电厂：凝汽器 地下管道地下管道东海大桥东海大桥重防腐涂料重防

41、腐涂料牺牲阳极牺牲阳极第63页/共101页1.牺牲阳极法牺牲阳极法 用一种电位更负的金属或合金与被保护金属连接用一种电位更负的金属或合金与被保护金属连接 电位更负的金属优先失去电子电位更负的金属优先失去电子 向被保护金属提供电子，使其阴极极化向被保护金属提供电子，使其阴极极化电位更负的金属自身则溶解电位更负的金属自身则溶解“牺牲牺牲”了，所以叫牺牲阳极法了，所以叫牺牲阳极法牺牲阳极法示意图牺牲阳极法示意图第64页/共101页牺牲阳极法发展历程：牺牲阳极法发展历程：应用始于应用始于1824年年 1823年英国化学家、海军军官戴维（年英国化学家、海军军官戴维（Davy）受海军部委托，研究铜）受海军

42、部委托，研究铜皮包覆的木船在海水中的防护问题。皮包覆的木船在海水中的防护问题。1824年进行实用试验年进行实用试验先使用占铜皮面积先使用占铜皮面积1/80的铁作牺牲阳极，效果良好的铁作牺牲阳极，效果良好再使用占铜皮面积再使用占铜皮面积1/100的锌作牺牲阳极，效果更好的锌作牺牲阳极，效果更好原因：锌比铁的电位更负原因：锌比铁的电位更负,电池反应的推动力更大电池反应的推动力更大 e,Zn=-0.760V/SHE e,Fe=-0.440V/SHE e,Cu=+0.337V/SHE另外：另外：阳极的安装部位、安装方法，适用的环境等等许多因素影响到保护效果阳极的安装部位、安装方法，适用的环境等等许多因

43、素影响到保护效果第65页/共101页常用的牺牲阳极材料常用的牺牲阳极材料 对牺牲阳极材料的要求：对牺牲阳极材料的要求：（1）要有足够负的稳定电位）要有足够负的稳定电位（2）自腐蚀速率小且腐蚀均匀，有高而稳定的电流效率）自腐蚀速率小且腐蚀均匀，有高而稳定的电流效率（3）电化学当量高，即单位重量产生的电流量大）电化学当量高，即单位重量产生的电流量大（4）工作中阳极极化小，溶解均匀，产物易脱落）工作中阳极极化小，溶解均匀，产物易脱落（5）腐蚀产物不污染环境）腐蚀产物不污染环境（6）材料来源广，加工容易，价格低廉）材料来源广，加工容易，价格低廉 常用的牺牲阳极材料：常用的牺牲阳极材料：镁基合金镁基合金

44、锌基合金锌基合金铝基合金铝基合金 第66页/共101页（1）镁及镁合金）镁及镁合金 优点优点:电位负，极化率低，单位重量发生电量大电位负，极化率低，单位重量发生电量大 e,Mg=-2.37V/SHE海水中：海水中：Mg=-1.45V/SHE缺点缺点:电流效率低，约电流效率低，约50%镁基材料又分为镁基材料又分为:高纯镁高纯镁 Mg-Mn合金合金 Mg-Al-Zn-Mn合金合金第67页/共101页镁合金：添加合金元素镁合金：添加合金元素例如例如：Mg-Mn合金中的锰：合金中的锰：可以完全抵消铁、部分抵消镍的有害作用可以完全抵消铁、部分抵消镍的有害作用 Fe杂质含量可以放宽到杂质含量可以放宽到 0

45、.03%目的：改善和提高材料性能目的：改善和提高材料性能对高纯镁牺牲阳极的要求：对高纯镁牺牲阳极的要求：镁含量镁含量 99.95%杂质：杂质：Fe 0.002%Ni 0.001%造成生产困难造成生产困难原因：杂质使镁的自腐蚀（溶解）过程加快原因：杂质使镁的自腐蚀（溶解）过程加快抑制杂质的有害作用：添加合金元素抑制杂质的有害作用：添加合金元素高电位镁合金牺牲阳极高电位镁合金牺牲阳极 镁牺牲阳极镁牺牲阳极 镁带状阳极镁带状阳极 第68页/共101页（2）锌及锌合金）锌及锌合金 e,Zn=-0.76 V/SHE海水中：海水中：Zn=-0.82 V/SHE 或或 -1.03 V/SCE锌阳极材料：锌阳

46、极材料：高纯锌高纯锌 Zn-Al合金合金 Zn-Al-Cd（镉）合金（镉）合金高纯锌阳极：高纯锌阳极：要求：锌要求：锌 99.995%，Fe 0.0014%（杂质严重影响锌阳极的保护效果）（杂质严重影响锌阳极的保护效果）理论发生电量：理论发生电量：0.82 A h/g海水中实际发生电量：海水中实际发生电量：0.78 A h/g电流效率高达：电流效率高达：95%优点：电流效率高，特别适用于海水体系优点：电流效率高，特别适用于海水体系第69页/共101页锌合金：添加元素锌合金：添加元素Al、Cd 主要作用：使晶粒细化主要作用：使晶粒细化 消除杂质的不利影响。消除杂质的不利影响。第70页/共101页

47、（3）铝合金）铝合金 限制和阻止表面形成连续性氧化膜限制和阻止表面形成连续性氧化膜促进表面活化促进表面活化使其有较负的电位和较高的电流效率。使其有较负的电位和较高的电流效率。e,Al=-1.66 V/SHE e,Mg e,Al e,Fe 海水中：海水中：Al=-0.53 V/SHE 理论发生电量高理论发生电量高 达到：达到：2.98 A h/g 是锌的是锌的3.6倍，镁的倍，镁的1.35倍倍价格低廉价格低廉优点：优点：应该是很好的阳极材料应该是很好的阳极材料改进途径：合金化改进途径：合金化铝是自钝化金属，表面极易钝化铝是自钝化金属，表面极易钝化缺点：缺点：第71页/共101页铝合金：三元以上的

48、铝基合金铝合金：三元以上的铝基合金单一添加元素达不到要求单一添加元素达不到要求1966年美国年美国DOW化学公司开发出：化学公司开发出：Al-Zn-Hg系合金系合金 电位：电位：-1.02V/SCE 理论发生电量：理论发生电量：2.965 A.h/g 电流效率：电流效率：95%，缺点：缺点：Hg的公害和生产困难，已逐渐淘汰的公害和生产困难，已逐渐淘汰目前常用的铝合金阳极目前常用的铝合金阳极Al-Zn-In（铟）（铟）Al-Zn-In-CdAl-Zn-In-Sn（锡）（锡）Al-Zn-In-SiAl-Zn-In-Sn-Mg合金合金第72页/共101页典型代表：典型代表：Al-Zn-In-Si合金

49、（美国合金（美国DOW化学公司化学公司1976年开发）年开发）在海水、海泥、热盐水、淡盐水中都显露出良好的电化学性能在海水、海泥、热盐水、淡盐水中都显露出良好的电化学性能 已在世界上广泛应用。已在世界上广泛应用。铝锌铟系合金牺牲阳极铝锌铟系合金牺牲阳极 第73页/共101页2.外加电流阴极保护法外加电流阴极保护法又称强制电流阴极保护法又称强制电流阴极保护法牺牲阳极法创始人：戴维牺牲阳极法创始人：戴维 1829年去世年去世助手：法拉第（助手：法拉第（Faraday）继续研究）继续研究 发现铁在水线腐蚀发现铁在水线腐蚀1833年：提出法拉第定律年：提出法拉第定律1834年：首次明确电解质、电极、阴

50、极、阳极、年：首次明确电解质、电极、阴极、阳极、阴离子、阳离子等概念阴离子、阳离子等概念第74页/共101页1890：爱迪生（：爱迪生（Edison）在船上试用外加电流的方法在船上试用外加电流的方法 但试验没有成功（但试验没有成功（没有合适的电源和阳极材料没有合适的电源和阳极材料）1902：科恩（：科恩（Cohen）采用直流电源首次实现了强制电流阴极保护的应用采用直流电源首次实现了强制电流阴极保护的应用我国：起步较晚我国：起步较晚 1958年：开始牺牲阳极阴极保护试验年：开始牺牲阳极阴极保护试验 1965年：外加电流阴极保护年：外加电流阴极保护 应用领域：埋地管道、舰船应用领域：埋地管道、舰船