防腐与保温.pptx
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1、环境工程教研室环保设备设计与维护2024/4/22 周一周一1材料腐蚀分类金属材料腐蚀非金属材料腐蚀化学腐蚀电化学腐蚀高温腐蚀常温腐蚀材料类型腐蚀机理腐蚀环境分类依据环境工程教研室环保设备设计与维护2024/4/22 周一周一2金属材料腐蚀分类大气腐蚀土壤腐蚀自然环境依据腐蚀的环境状态(自然环境和工业环境)淡水腐蚀海水腐蚀微生物腐蚀酸性溶液碱性溶液工业环境盐类溶液工业水中液态金属环境工程教研室环保设备设计与维护2024/4/22 周一周一3金属材料腐蚀分类电偶腐蚀点蚀局部腐蚀依据腐蚀形态(全面腐蚀、局部腐蚀、力与环境因素共同作用下的腐蚀)缝隙腐蚀晶间腐蚀选择性腐蚀氢致开裂应力腐蚀共同作用腐蚀疲
2、劳腐蚀磨损均匀的不均匀的全面腐蚀环境工程教研室环保设备设计与维护2024/4/22 周一周一4设备材料腐蚀图片环境工程教研室环保设备设计与维护2024/4/22 周一周一5设备材料腐蚀图片环境工程教研室环保设备设计与维护2024/4/22 周一周一62.1 材料设备的腐蚀与防护1 1、腐蚀概念腐蚀概念 腐蚀是材料与它所处环境介质之间发生作用而腐蚀是材料与它所处环境介质之间发生作用而引起材料的变质和破坏。引起材料的变质和破坏。材料环境介质发生作用腐蚀问题无处不在。腐蚀问题无处不在。2.1.1 概述环境工程教研室环保设备设计与维护2024/4/22 周一周一72.1.1 概述2 2、腐蚀的危害腐蚀
3、的危害经济损失巨大 资源和能源浪费严重引发灾难性事故 造成环境污染(跑、冒、滴、漏)阻碍新技术的发展环境工程教研室环保设备设计与维护2024/4/22 周一周一82.1.1 概述自来水管道腐蚀自来水管道腐蚀化学和生物腐蚀(沉积物、锈蚀物、粘垢);管壁变薄、出现局部的凹坑和麻点(黑水、红水、绿水);水质变坏、降低管网输水能力、增加泵站能耗、可能产生爆管。环境工程教研室环保设备设计与维护2024/4/22 周一周一92.1.1 概述锅炉炉管的腐蚀锅炉炉管的腐蚀溶解氧腐蚀(电化学腐蚀,铁为阳极,氧为阴 极);给水含盐量过高加速了溶解氧腐蚀;保持锅炉薄垢运行,能有效减缓金属的氧腐蚀;环境工程教研室环保
4、设备设计与维护2024/4/22 周一周一102.1.1 概述热水锅炉氧腐蚀热水锅炉氧腐蚀管线长,补水量过多,使得水中氧气量增加;水中pH偏低;给水未采取除氧措施;锅炉水中的氧未析出,附着在锅炉受热面上。环境工程教研室环保设备设计与维护2024/4/22 周一周一112.1.2 腐蚀与防护基本原理一、金属腐蚀一、金属腐蚀金属腐蚀是指金属与环境介质发生化学或金属腐蚀是指金属与环境介质发生化学或电化作用,由单质变成化合物的过程。电化作用,由单质变成化合物的过程。金属腐蚀主要有金属腐蚀主要有化学腐蚀化学腐蚀、电化学腐蚀电化学腐蚀。这个过程能否进行是这个过程能否进行是热力学问题热力学问题,进行速,进行
5、速度如何是度如何是动力学问题动力学问题。环境工程教研室环保设备设计与维护2024/4/22 周一周一122.1.2 腐蚀与防护基本原理1 1、金属的化学腐蚀、金属的化学腐蚀纯氧化还原过程,金属被氧化,腐蚀介质被还纯氧化还原过程,金属被氧化,腐蚀介质被还原;原;气体腐蚀、非电解质溶液腐蚀;气体腐蚀、非电解质溶液腐蚀;反应进行中没有电流产生。反应进行中没有电流产生。(1 1)金属氧化及其氧化膜)金属氧化及其氧化膜大多数金属氧化在其表面上形成一层氧化物固大多数金属氧化在其表面上形成一层氧化物固相膜;相膜;氧化膜减慢金属继续氧化的速度氧化膜减慢金属继续氧化的速度。环境工程教研室环保设备设计与维护202
6、4/4/22 周一周一132.1.2 腐蚀与防护基本原理环境工程教研室环保设备设计与维护2024/4/22 周一周一142.1.2 腐蚀与防护基本原理环境工程教研室环保设备设计与维护2024/4/22 周一周一152.1.2 腐蚀与防护基本原理(2 2)钢铁的气体腐蚀)钢铁的气体腐蚀高温氧化、脱碳、氢蚀和铸铁肿胀。高温氧化、脱碳、氢蚀和铸铁肿胀。高温氧化高温氧化铁在铸造、扎制、热处理过程中发生高温氧化。铁在铸造、扎制、热处理过程中发生高温氧化。570570以下,生成的氧化物为以下,生成的氧化物为FeFe3 3OO4 4和和FeFe2 2OO3 3超过超过570570时,在氧化膜内层生成时,在氧
7、化膜内层生成FeOFeO。高于高于800800,表面上就开始形成多孔、疏松的,表面上就开始形成多孔、疏松的“氧化皮氧化皮”。环境工程教研室环保设备设计与维护2024/4/22 周一周一162.1.2 腐蚀与防护基本原理 脱碳脱碳脱碳是指在腐蚀过程中,除了生成氧化皮层外,脱碳是指在腐蚀过程中,除了生成氧化皮层外,与氧化皮层相连的内层渗碳体与氧化皮层相连的内层渗碳体FeFe3 3C C与介质中的与介质中的氧、二氧化碳、水等作用,生成的气体降低了氧、二氧化碳、水等作用,生成的气体降低了膜的保护作用。膜的保护作用。防止:增加气体介质中防止:增加气体介质中COCO和和CHCH4 4的含量或在钢的含量或在
8、钢中添加铝和钨。中添加铝和钨。环境工程教研室环保设备设计与维护2024/4/22 周一周一172.1.2 腐蚀与防护基本原理 氢蚀氢蚀第一阶段是第一阶段是可逆氢脆可逆氢脆:氢以原子状态向钢的内:氢以原子状态向钢的内部扩散,没有起化学反应,也未改变其组织,部扩散,没有起化学反应,也未改变其组织,却降低了钢的韧性。在一定条件下韧性又可以却降低了钢的韧性。在一定条件下韧性又可以部分或全部恢复。部分或全部恢复。第二阶段是第二阶段是氢蚀阶段氢蚀阶段:侵入并扩散到钢中的氢:侵入并扩散到钢中的氢与不稳定化合物发生反应。与不稳定化合物发生反应。防止防止:降低含碳量、加合金元素。:降低含碳量、加合金元素。环境工
9、程教研室环保设备设计与维护2024/4/22 周一周一182.1.2 腐蚀与防护基本原理 铸铁的肿胀铸铁的肿胀是一种是一种晶间气体腐蚀晶间气体腐蚀。腐蚀性气体沿晶界、石。腐蚀性气体沿晶界、石墨夹杂物和细微裂缝渗入到铸铁内部,发生氧墨夹杂物和细微裂缝渗入到铸铁内部,发生氧化作用。由于氧化物的生成,铸铁体积变大,化作用。由于氧化物的生成,铸铁体积变大,产生肿胀,其强度大大降低。产生肿胀,其强度大大降低。防止防止:加适量硅(:加适量硅(5%5%10%10%)。)。环境工程教研室环保设备设计与维护2024/4/22 周一周一192.1.2 腐蚀与防护基本原理(3 3)防止钢铁气体腐蚀的方法)防止钢铁气
10、体腐蚀的方法合金化合金化:加入元素:加入元素CrCr、AlAl、Si Si,在氧化性介质中,在氧化性介质中形成极稳定的形成极稳定的CrCr2 2OO3 3、AlAl2 2OO3 3、SiOSiO2 2,形成有效,形成有效的保护层。的保护层。改善介质改善介质:通过设法改善介质成分。:通过设法改善介质成分。应用保护性覆盖层应用保护性覆盖层:涂层将金属和气体介质隔:涂层将金属和气体介质隔离开来。离开来。耐高温氧化的陶瓷覆盖层耐高温氧化的陶瓷覆盖层:采用热喷涂或等离:采用热喷涂或等离子喷涂的方法,在金属表面形成耐高温氧化的子喷涂的方法,在金属表面形成耐高温氧化的陶瓷覆盖层。陶瓷覆盖层。环境工程教研室环
11、保设备设计与维护2024/4/22 周一周一202.1.2 腐蚀与防护基本原理2 2、金属的电化学腐蚀、金属的电化学腐蚀金属在电解质介质中由于电化学作用发生的腐蚀;是一金属在电解质介质中由于电化学作用发生的腐蚀;是一种最普通的金属腐蚀现象;种最普通的金属腐蚀现象;发生原因:金属和水溶液两类导体、金属表面的微观区发生原因:金属和水溶液两类导体、金属表面的微观区域存在差异域存在差异腐蚀过程中有电流流动;腐蚀过程中有电流流动;腐蚀过程包括:阳极过程、电子转移、阴极过程。腐蚀过程包括:阳极过程、电子转移、阴极过程。环境工程教研室环保设备设计与维护2024/4/22 周一周一21金属腐蚀原电池分类依据电
12、极尺寸:宏观和微观腐蚀原电池依据电极尺寸:宏观和微观腐蚀原电池异种金属侵入不同的电解质溶液异种金属在同一腐蚀介质中接触(电偶电池)宏观腐蚀电池浓差腐蚀温差腐蚀腐蚀原电池原理环境工程教研室环保设备设计与维护2024/4/22 周一周一232.1.2 腐蚀与防护基本原理(1 1)微观腐蚀原电池)微观腐蚀原电池腐蚀原电池:金属腐蚀的短路原电池。腐蚀原电池:金属腐蚀的短路原电池。产生条件:产生条件:化学成分不均一;化学成分不均一;组织结构不均一;组织结构不均一;物理状态不均一;物理状态不均一;表面氧化膜不完整。表面氧化膜不完整。引起金属表面电极电位的不同。引起金属表面电极电位的不同。电极电位较低作阳极
13、(腐蚀),较高作阴极。电极电位较低作阳极(腐蚀),较高作阴极。环境工程教研室环保设备设计与维护2024/4/22 周一周一242.1.2 腐蚀与防护基本原理(2 2)极化)极化极化:极化:电流通过电极,阴极电位减小,阳极电位增大,电流通过电极,阴极电位减小,阳极电位增大,减小了电池两极之间的电位差,降低金属腐蚀速度。减小了电池两极之间的电位差,降低金属腐蚀速度。阴极极化、阳极极化。阴极极化、阳极极化。活化极化活化极化:电化学反应迟缓造成;:电化学反应迟缓造成;浓差极化浓差极化:电极反应物(或反应生成物)输运迟缓造成;:电极反应物(或反应生成物)输运迟缓造成;电阻极化电阻极化:在电极表面上生成了
14、具有保护作用的氧化膜:在电极表面上生成了具有保护作用的氧化膜或不溶性的腐蚀产物等引起的。或不溶性的腐蚀产物等引起的。环境工程教研室环保设备设计与维护2024/4/22 周一周一252.1.2 腐蚀与防护基本原理(3 3)钝化)钝化钝化钝化就是金属与介质作用后,失去其化学活性,变得更就是金属与介质作用后,失去其化学活性,变得更为稳定的现象。为稳定的现象。使金属发生钝化的物质称为使金属发生钝化的物质称为钝化剂钝化剂。成相膜理论成相膜理论:当金属溶解时,可在金属表面生成一层致:当金属溶解时,可在金属表面生成一层致密的、覆盖性良好的固体产物。密的、覆盖性良好的固体产物。吸附理论吸附理论:引起金属钝化并
15、不一定要形成固相膜,而只:引起金属钝化并不一定要形成固相膜,而只要在金属表面或部分表面上形成氧或含氧粒子的吸附层。要在金属表面或部分表面上形成氧或含氧粒子的吸附层。使金属保持钝化方法使金属保持钝化方法:阳极保护、控制氧化剂浓度、加:阳极保护、控制氧化剂浓度、加铬、铝、硅、镍等元素。铬、铝、硅、镍等元素。环境工程教研室环保设备设计与维护2024/4/22 周一周一262.1.2 腐蚀与防护基本原理阳极钝化或电化学钝化阳极钝化或电化学钝化金属除依靠与钝化剂相互作用钝化外,还可通过阳极极金属除依靠与钝化剂相互作用钝化外,还可通过阳极极化发生钝化。化发生钝化。金属在一定介质中进行阳极极化时,当外加电流
16、或电位金属在一定介质中进行阳极极化时,当外加电流或电位达到或超过一定值后,金属发生从活化态到钝化态的转达到或超过一定值后,金属发生从活化态到钝化态的转变,金属的溶解速度降低到一个很低的值,并且在一定变,金属的溶解速度降低到一个很低的值,并且在一定的电位范围内基本保持不变。的电位范围内基本保持不变。就是金属与介质作用后,就是金属与介质作用后,失去其化学活性,变得更为稳定的现象。失去其化学活性,变得更为稳定的现象。环境工程教研室环保设备设计与维护2024/4/22 周一周一272.1.2 腐蚀与防护基本原理(4 4)氢去极化和氧去极化腐蚀)氢去极化和氧去极化腐蚀 氢去极化腐蚀氢去极化腐蚀以氢离子还
17、原反应为阴极过程的腐蚀称为以氢离子还原反应为阴极过程的腐蚀称为氢去极化腐蚀氢去极化腐蚀,简称析氢腐蚀。简称析氢腐蚀。氢去极化过程包括以下几个步骤:氢去极化过程包括以下几个步骤:水化氢离子脱水水化氢离子脱水 H HnHnH2 2OHOHnHnH2 2OO 形成吸附氢原子形成吸附氢原子 H HM(e)MH M(e)MH (电化学步骤)(电化学步骤)吸附氢原子脱附吸附氢原子脱附 MHMHMHHMHH2 22M 2M (脱附步骤)(脱附步骤)氢分子形成气泡,从表面逸出。氢分子形成气泡,从表面逸出。环境工程教研室环保设备设计与维护2024/4/22 周一周一282.1.2 腐蚀与防护基本原理影响氢去极化
18、腐蚀的主要因素:影响氢去极化腐蚀的主要因素:金属材料的性状:金属材料的性状:金属材料的性质、表面状态及金属阴金属材料的性质、表面状态及金属阴极相杂质。氢过电位。极相杂质。氢过电位。pHpH值:值:减小,氢离子浓度增大,氢电极电位变得更正,减小,氢离子浓度增大,氢电极电位变得更正,加速金属的腐蚀加速金属的腐蚀阴极区的面积:阴极区的面积:增加,氢过电位减小,阴极极化率降低,增加,氢过电位减小,阴极极化率降低,析氢反应加快,从而导致腐蚀速度增大。析氢反应加快,从而导致腐蚀速度增大。温度:温度:升高使氢过电位减小,而且温度升高,阳极反应升高使氢过电位减小,而且温度升高,阳极反应和阴极反应都将加快。和阴
19、极反应都将加快。环境工程教研室环保设备设计与维护2024/4/22 周一周一292.1.2 腐蚀与防护基本原理 氧去极化腐蚀氧去极化腐蚀 吸氧腐蚀吸氧腐蚀:在中性和碱性溶液中,由于氢离子:在中性和碱性溶液中,由于氢离子的浓度较低,析氢反应的电位较负,一般金属的浓度较低,析氢反应的电位较负,一般金属腐蚀过程的阴极反应往往不是析氢反应,而是腐蚀过程的阴极反应往往不是析氢反应,而是溶液中的氧的还原反应,此时腐蚀去极化剂是溶液中的氧的还原反应,此时腐蚀去极化剂是氧分子。氧分子。吸氧腐蚀形成条件吸氧腐蚀形成条件:当金属的电极电位较氧电:当金属的电极电位较氧电极的平衡电位为负。极的平衡电位为负。环境工程教
20、研室环保设备设计与维护2024/4/22 周一周一302.1.2 腐蚀与防护基本原理氧去极化过程有以下几个步骤组成:氧去极化过程有以下几个步骤组成:氧通过气氧通过气/液界面传质,由空气进入溶液;液界面传质,由空气进入溶液;溶解氧通过对流扩散均布在溶液中;溶解氧通过对流扩散均布在溶液中;氧以扩散方式通过电极表面的扩散层,到达氧以扩散方式通过电极表面的扩散层,到达金属的表面;金属的表面;氧在金属表面进行还原反应。氧在金属表面进行还原反应。环境工程教研室环保设备设计与维护2024/4/22 周一周一312.1.2 腐蚀与防护基本原理影响氧去极化腐蚀的主要因素:影响氧去极化腐蚀的主要因素:阳极材料电极
21、电位:阳极材料电极电位:降低,氧去极化腐蚀的速度增降低,氧去极化腐蚀的速度增大。大。溶解氧浓度:溶解氧浓度:增大,氧去极化腐蚀速度随之增大。增大,氧去极化腐蚀速度随之增大。溶液流速:溶液流速:越大,腐蚀速度也就越大。越大,腐蚀速度也就越大。盐浓度:盐浓度:增大,溶液的电导率增大,腐蚀速度将有增大,溶液的电导率增大,腐蚀速度将有所提高。所提高。温度:温度:升高氧的扩散和电极反应速度加快,因此在升高氧的扩散和电极反应速度加快,因此在一定温度范围内,随温度升高腐蚀速度加快。一定温度范围内,随温度升高腐蚀速度加快。环境工程教研室环保设备设计与维护2024/4/22 周一周一32析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较去
22、极化剂性质:电氢离子、迁移速度和扩散能力大;中性氧分子,靠扩散和对流传输去极化剂浓度:浓度大,酸性溶液中氢离子放电,中性或碱性溶液中水分子释放氢离子;浓度不大,在一定条件下,溶解度受到限制。阴极控制:活化计划;浓差极化阴极反应产物:以氢气溢出,电极表面溶液得到附加搅拌;产物只能靠扩散或迁移离开,无气泡溢出。环境工程教研室环保设备设计与维护2024/4/22 周一周一332.1.2 腐蚀与防护基本原理3 3、金属腐蚀破坏的形态、金属腐蚀破坏的形态环境工程教研室环保设备设计与维护2024/4/22 周一周一342.1.2 腐蚀与防护基本原理(1 1)全面腐蚀)全面腐蚀特征特征:腐蚀分布在整个金属表
23、面,结果使:腐蚀分布在整个金属表面,结果使金属构件截面尺寸减小,直至完全破坏。金属构件截面尺寸减小,直至完全破坏。控制:控制:合理选材、留有裕量;合理选材、留有裕量;施加保护性覆盖层;施加保护性覆盖层;缓蚀剂;缓蚀剂;电化学保护。电化学保护。环境工程教研室环保设备设计与维护2024/4/22 周一周一352.1.2 腐蚀与防护基本原理(2 2)局部腐蚀)局部腐蚀腐蚀集中在金属表面局部地区,而其它大部分腐蚀集中在金属表面局部地区,而其它大部分表面几乎不腐蚀,称为局部腐蚀。表面几乎不腐蚀,称为局部腐蚀。2024/4/22 周一36环境工程教研室环保设备设计与维护2024/4/22 周一周一372.
24、1.2 腐蚀与防护基本原理 电偶腐蚀电偶腐蚀电偶腐蚀电偶腐蚀:两种金属在同一介质中接触,腐蚀电:两种金属在同一介质中接触,腐蚀电位不相等,便有电偶电流流动,电位较低金属局位不相等,便有电偶电流流动,电位较低金属局部腐蚀部腐蚀,电位较高的金属,溶解速度减小。亦称接电位较高的金属,溶解速度减小。亦称接触腐蚀或双金属腐蚀。触腐蚀或双金属腐蚀。防止防止:正确选取材料正确选取材料,选取电偶序中相距较近的合金;,选取电偶序中相距较近的合金;消除面积效应消除面积效应,减小阴极面积;,减小阴极面积;添加环缓蚀剂添加环缓蚀剂。环境工程教研室环保设备设计与维护2024/4/22 周一周一382.1.2 腐蚀与防护
25、基本原理 小孔腐蚀小孔腐蚀小孔腐蚀小孔腐蚀:金属表面局部出现向深处发展的腐蚀:金属表面局部出现向深处发展的腐蚀小孔,其余地区不被腐蚀或者只有轻微腐蚀,也小孔,其余地区不被腐蚀或者只有轻微腐蚀,也称孔蚀或点蚀。称孔蚀或点蚀。控制控制:合金的成分和组织合金的成分和组织:孔蚀的敏感性与合金的成分、:孔蚀的敏感性与合金的成分、组织以及冶金质量有密切的关系。组织以及冶金质量有密切的关系。介质的组成和状况介质的组成和状况:尽量降低介质中卤素。:尽量降低介质中卤素。缓蚀剂缓蚀剂:硝酸盐、铬酸盐、硫酸盐及碱等。:硝酸盐、铬酸盐、硫酸盐及碱等。阴极保护阴极保护 :金属电极电位控制在孔蚀保护电位:金属电极电位控制
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