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08 第八章 腐蚀控制方法.pptx

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本课件系统讲授腐蚀控制方法,从腐蚀体系的构成出发提出材料、环境、界面、电化学、设计与管理六条途径,依次展开耐蚀材料选用的工作条件与经济性、防腐结构设计八条原则与工艺设计、阴极保护与阳极保护的原理与参数、介质处理与缓蚀剂分类,以及金属表面覆盖层的类型与制备。

第八章导言页,点明人类一直在腐蚀与腐蚀控制之间进行斗争的本章主题
腐蚀控制基本概念页,给出腐蚀控制的定义与把腐蚀速度控制在可接受水平的目标
腐蚀控制六条途径页,从材料、环境、界面、电化学、设计与管理六个方面提出思路
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第1页:第八章腐蚀控制方法

第八章 腐蚀控制方法:人类一直在腐蚀与被控制之间做艰苦的斗争!

第2页:腐蚀控制的基本概念

概述。1.腐蚀控制的基本概念:调节金属材料与环境之间的相互作用,使金属设备、结构或零部件保持其强度和功能,不致因发生腐蚀而劣化甚至损坏(失效),以实现长期安全运行,叫做腐蚀控制。

腐蚀控制的目标是:使金属设备、结构或零部件的腐蚀速度保持在一个比较合理的,可以接受的水平。

第3页:腐蚀控制的途径

2.腐蚀控制的途径:从腐蚀体系的构成分析,腐蚀控制途径可以从以下几个方面考虑:

  1. 正确选用耐蚀金属材料——材料问题
  2. 介质处理——环境问题
  3. 金属表面覆盖层——界面问题
  4. 电化学保护——电化学活性问题
  5. 合理的防腐设计——设计问题
  6. 实行良好的维护管理——管理问题

腐蚀控制是一项复杂的系统工程。

第4页:设备的工作条件:介质与外界条件

§8-1 合理选用耐蚀材料。1.设备的工作条件。(1)介质与外界条件:

  • 介质成分
  • 温度
  • 介质类型
  • 压力
  • 介质浓度
  • 流速

第5页:设备的类型与结构

(2)设备的类型与结构:

  • 设备的用途
  • 结构特点
  • 加工要求和加工量
  • 设备在整个装置中所占的地位,以及各设备之间的相互影响
  • 是否易于检查、修理或更换
  • 计划的使用寿命

第6页:环境对材料的腐蚀影响

(3)环境对材料的腐蚀影响:

  • 可能发生的腐蚀类型:对全面腐蚀有良好耐蚀性的材料,如不锈钢,要特别注意可能发生的局部腐蚀问题
  • 腐蚀破坏的后果

第7页:产品或工艺的特殊要求

(4)产品或工艺的特殊要求:污染、有毒等限制条件,选材时须一并考虑。

第8页:材料的物理机械性能

2.材料的性能。(1)物理机械性能:

(a)物理性能
密度、传热性、导电性、热膨胀系数等。
(b)机械性能
强度、塑性、韧性等。

第9页:耐蚀性能数据与腐蚀手册

(3)耐蚀性。耐蚀性能数据(a)手册数据:《Crosion Data Survey》,开始由 Nelson 编纂,分为金属材料分册和非金属材料分册,金属分册包括 26 种金属和合金在 1196 种腐蚀介质中的腐蚀数据。非金属分册包括 36 种非金属材料在 803 种腐蚀性溶液和气体中的腐蚀数据。

第10页:硫酸腐蚀选材图

(b)腐蚀选材图:硫酸的简单选材图(按腐蚀速度 ≼ 20 mpy)。横轴为硫酸浓度(0~100%),纵轴为温度(50~400 ℃),图上按腐蚀速度界线划分出 Pb、Durimet 20 合金、Dur 高硅铁、D-20、高镍钼合金 C2、高镍铬钼合金 C3 等材料的适用范围,并标出沸点曲线与除 Pb 以外其他合金的区域。

第11页:腐蚀试验

(c)腐蚀试验:

  • 实验室试验
  • 现场挂片试验
  • 实物试验

第12页:选材的经济性

(4)经济性:

  • (a)经济指标:总的目标是工程投资最少,回收年限最短
  • (b)腐蚀控制的费用自然应当低于腐蚀造成的经济损失,包括直接损失和间接损失,而间接损失往往比直接损失大得多
  • (c)在实际选材工作中,材料来源和交货时间起着重要的作用

第13页:合理的防腐设计

§8-2 合理的防腐设计。“腐蚀是从绘图板开始的”。

设计包含的内容有防腐结构设计、防腐机械加工设计、合理的工艺设计。

第14页:结构形式尽量简单合理

1、结构设计:(1)结构形式应尽量简单并合理——减少死角、缝隙与积液部位。

第15页:便于制造维修与局部更换

(2)便于制造、维修或局部更换。

第16页:消除滞流液与沉积物

(3)消除滞流液、沉积物引起的腐蚀。

第17页:防止不利的连接与接触

(4)防止不利的连接、接触方式引起的腐蚀。

第18页:避免冷凝液引起的腐蚀

(5)避免冷凝液引起的腐蚀(露点腐蚀)。

第19页:避免环境差异引起的腐蚀

(6)避免环境差异引起的腐蚀。

第20页:避免应力集中

(7)避免应力以降低应力腐蚀破裂的倾向。

第21页:避免介质流动引起的腐蚀

(8)避免腐蚀介质流动引起的腐蚀。

第22页:焊接的影响

2、提高机械加工水平:(1)焊接的影响——焊接接头与热影响区组织不均匀,易成为腐蚀的薄弱环节。

第23页:铸造缺陷残余应力与镀层质量

  • (2)铸造的影响:缺陷
  • (3)冷热加工残余应力
  • (4)表面处理镀层质量

第24页:合理的工艺设计

3、合理的工艺设计:

  1. 除去气体中的水分以降低腐蚀性
  2. 高温度使气体中水分蒸发或不能冷凝,以降低腐蚀
  3. 去除对腐蚀有害的成分降低腐蚀
  4. 改进工艺流程防止腐蚀
  5. 工艺设计改进与设备结构设计改进相结合以降低腐蚀
  6. 严格工艺操作、设备运行和维护以免腐蚀事故的发生

第25页:阴极保护概述

§15-3 电化学保护。1、阴极保护。(1)概述:金属—电解质溶解腐蚀体系受到阴极极化时,电位负移,金属阳极氧化反应过电位 ηa 减小,反应速度减小,因而金属腐蚀速度减小,称为阴极保护效应。利用阴极保护效应减轻金属设备腐蚀的防护方法叫做阴极保护。

第26页:阴极保护的热力学原理

(2)基本原理(a)热力学原理:借助电位-pH 图,将被保护金属的电位负移到稳定区(免蚀区),金属即由腐蚀态转入热力学稳定态。图中给出 Zn 的腐蚀区、钝态区与稳定区的划分。

第27页:阴极保护的动力学原理

(b)动力学原理:对腐蚀体系施加阴极电流,使电极电位负移至阳极反应平衡电位,阳极溶解电流随之减小直至为零。

第28页:最小保护电位与保护电流密度

(c)保护参数:

最小保护电位 Epr
阴极保护中所取的极化电位。显然,要使金属的腐蚀速度降低到零,达到“完全保护”(即保护度 η =100%),必须取阳极反应平衡电位作为保护电位,即取 Epr = Eea。
最小保护电流密度 ipr
与所取最小保护电位对应的外加极化电流密度叫做保护电流密度。

第29页:外加电流法与牺牲阳极法比较

(3)两种阴极保护方法的比较:外加电流阴极保护所需保护电流是由直流电源(如蓄电池、直流发电机、整流器等)提供的;而牺牲阳极保护中所需保护电流是由牺牲阳极的溶解所提供的。牺牲阳极材料都是活泼的有色金属,常用的有锌、铝、镁。为了有效地发挥保护作用,牺牲阳极的电位要足够负,阳极极化率要小,特别是表面不能生成保护性的腐蚀产物膜,阳极溶解要均匀。

第30页:阴极保护的应用范围

(4)应用范围:

  1. 从理论上来讲,任何连续的电解质体系都可以
  2. 工程上要求保护电流密度比较小,在经济上才合算
  3. 设备形状不太复杂,避免遮蔽现象

第31页:阴极保护对特殊腐蚀的效果

  • (4)常用金属材料都可以采用阴极保护,但要防止过保护
  • (5)阴极保护对于缝隙腐蚀、磨损腐蚀、应力腐蚀破裂、腐蚀疲劳以及黄铜脱锌等特殊腐蚀的防止也有很好的效果
  • (6)阴极保护与涂料联合被公认为是最经济有效的防护方法

第32页:阳极保护的概念与发展

2、阳极保护。(1)概念与发展。概念:将被保护设备与电源的正极相连,在一定的电解质中对金属进行阳极极化至一定的电位,金属建立起并维持钝态,使金属的腐蚀速率显著降低的方法,称为阳极保护。发展:1954 年提出,1958 年正式应用。

第33页:阳极保护的电位-pH图原理

2.原理:借助 Fe-H₂O 体系的电位-pH 图,将被保护金属的电位正移到 Fe₂O₃、Fe₃O₄ 的钝态区,使金属由活性溶解转为钝态而得到保护。

第34页:阳极保护的主要参数

3.阳极保护的主要参数:

  • 致钝电流密度 i致钝
  • 维钝电流密度 i维钝
  • 维钝区电位范围
  • 最佳保护电位 E

图中给出能够进行阳极保护的腐蚀体系的阳极极化曲线及各保护参数(E钝化、E初钝、i维、i致)的位置。

第35页:阳极保护与阴极保护的比较

4.阳极保护和阴极保护的比较:

  1. 应用范围:介质要求
  2. 电源的要求:电流容量
  3. 保护效果
  4. 电位偏离的危害
  5. 辅助电极的差异

第36页:介质处理与除去腐蚀性成分

§8-4 介质处理。1、除去腐蚀性成分:

(1)除去介质的有害成分
热力除氧、加药除氧。
(2)调节介质的 pH 值
加氨、加胺。
(3)降低气体介质中的水分
干燥剂、冷凝、加热。

第37页:缓蚀剂的概念

(4)添加缓蚀剂。①.相关概念。

定义:在腐蚀环境中以适当浓度和形式(一般是很少的量)添加某种物质,能使金属的腐蚀速度大大降低,这种物质就叫缓蚀剂(即腐蚀抑制剂)。

缓蚀效率:加入缓蚀剂后腐蚀速度降低的百分率。

第38页:按保护膜分类的缓蚀剂

②缓蚀剂的分类。按照缓蚀剂所形成的保护膜分:

  • 氧化膜型(缓蚀剂与金属反应生成氧化物膜)
  • 沉淀膜型(缓蚀剂与溶液中某些物质反应生成沉淀膜)
  • 吸附膜型(缓蚀剂吸附在金属表面形成保护膜)

第39页:按溶解性分类的缓蚀剂

按照溶解性分类:油溶性缓蚀剂、水溶性缓蚀剂。

第40页:金属表面覆盖层的概念

§8-5 金属表面覆盖层。1、概念:表面覆盖层就是使用其他的金属或非金属覆盖在基底金属表面上,将基底金属/介质界面取代为覆盖层/介质界面,从而提高基底金属使用寿命的方法。

第41页:覆盖层的保护特点

2、保护特点:覆盖层的保护效果和使用寿命取决于四个方面的因素:

  • 覆层材料在使用环境中的耐蚀性,覆层与基体金属的结合力强度
  • 良好的塑性和耐磨性等物理机械性能
  • 覆盖完整,孔隙和缺陷少
  • 覆层具有一定厚度和均匀性

第42页:覆盖层类型与制备方法

3、覆盖层类型与制备方法:

非金属覆盖层
涂层、衬里。
金属覆盖层
电镀、喷涂、化学镀、扩散渗透法、氧化等。
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