金屬腐蝕的防護-2.ppt

第12章 金屬腐蝕的防護,正確選擇金屬材料和改善材料的組織狀態(tài) 采取電化學(xué)保護 添加緩蝕劑 采用有效的表面覆蓋層,1 正確選擇金屬材料和改善材料的組織狀態(tài) 一提高金屬材料耐腐蝕性的合金化原則 （一）降低合金中陽極相的活性 1提高合金的熱力學(xué)穩(wěn)定性（提高電極電 位） 2減少陽極區(qū)的面積 3促進鈍化 4對于能夠鈍化的腐蝕體系，如果加入活化（強化）陰極的元素,以促進合金到達鈍態(tài),（二）降低合金中陰極相的活性 1增加陰極過電位（通常是提高氫的過電位） 2減少陰極面積 3合金表面形成保護膜 二、組織狀態(tài)與合金耐蝕性關(guān)系 三、耐蝕金屬材料,二、組織狀態(tài)與合金耐蝕性關(guān)系 1單相組織比多相組織耐蝕性強（因為不組成原電池），固溶體-n/8定律 2當復(fù)相組織陰極相能促使陽極相鈍化時，-復(fù)相組織也耐腐蝕 3當復(fù)相組織中陽極相很少，在介質(zhì)中經(jīng)短時間腐蝕，表面的陽極相被腐蝕掉，剩下電位高的陰極性，這時也是耐腐蝕的 4粗大晶粒，晶界雜質(zhì)多，晶間腐蝕傾向大 5在不能鈍化體系中，陰極相越小越分散，微電池數(shù)量多，越不耐腐蝕,.三、耐蝕金屬材料 （一）碳鋼和鑄鐵 1碳鋼和普通鑄鐵耐腐蝕性差 2耐蝕鑄鐵-高硅鑄鐵，含硅1.4-1.8,含磷0.5-1.1 （二）耐蝕低合金鋼 1耐大氣腐蝕 加銅、磷、鉻等 ，如15Mn5Cu、09MnCuPTi 2耐海水腐蝕 Cr、Ni、Al、P、Si、Cu等 ，如10CrMoAl、12Cr2MoAlPt等 3耐硫化氫腐蝕 鉬、鈮、鈦、釩等，稀土元素，如12MoAlV、15Al3MoWTi等。 4耐高溫高壓氫、氮的腐蝕鉻、鉬、W、V、Nb、Ti等，如10MoWVNb、10MoWVNbTi等,（三）不銹鋼 1奧氏體不銹鋼Cr量18以上，鎳含量8以上，18-8不銹鋼，加入Ti、Nb、Cu、Mo和Si則可改善其耐硫酸腐蝕性能，Nb和Ti還提高抗晶間腐蝕能力 2馬氏體不銹鋼Cr13型 ，高強度和高硬度 3鐵素體不銹鋼 Cr13及Cr16-19型，Cr25-28型,（四）鋁及其合金 1工業(yè)純鋁 2鋁合金Mn和Mg， MnAl2與固溶體的電極電位接近 （五）銅及其合金 1銅 -氧去極化腐蝕 2銅合金 黃銅（CuZn合金） 青銅（黃銅以外的銅合金）,（六）鈦及其合金 1鈦 易生成TiO2鈍化膜-穩(wěn)定性高于鋁和不銹鋼生成的氧化膜 -耐海水腐蝕之王，對許多含氧的化合物都耐腐蝕；耐王水腐蝕，耐濕氯氣腐蝕，在各種硝酸中都耐蝕。 但鈦在赤色發(fā)煙硝酸中和甲醇溶液中會發(fā)生晶間腐蝕，在高濃度硫酸和鹽酸中不耐腐蝕 鈦在高溫下很不穩(wěn)定，能劇烈地與氧，硫，鹵族元素，碳，甚至和氮，氨化合。 鈦在某些強氧化性環(huán)境中，發(fā)生自燃爆炸事故。,.,2 鈦合金 耐蝕鈦合金-TiMo合金和TiPd合金，TiPd合金中加入0.150.20%Pd可促進合金鈍化，能提高合金在鹽酸和硫酸中的抗蝕性，并且不易因腐蝕而產(chǎn)生氫脆，但是TiPd合金不耐強還原性酸的腐蝕。TiPd合金廣泛用于化工工業(yè)。 TiMo合金，在強的還原性酸中也具有耐蝕性(硫酸、鹽酸、磷酸)。,. （七）鎳及其合金 1鎳 在中性和堿性介質(zhì)中能形成鈍化膜，耐蝕性較好，也耐大氣和堿類溶液的腐蝕 2鎳基合金,2鎳基合金 Ni-Cu合金 蒙耐爾合金（2729Cu，23Fe，1.21.8%Mn其余為Ni），其突出優(yōu)點是耐各種濃度的氫氟酸的腐蝕。 Ni-Mo合金 哈氏合金（Hastelloy）-相當于我國的0Ni65Mo28FeV;00Cr16Ni60Mo17，耐多種濃度鹽酸腐蝕。 Ni-Cr合金 因科耐爾（Inconel）:1416Cr，59Fe，2.252.75Ti，0.71.2%Nb，0.41.0Al, 0.31.0%Mo。它在氧化性和還原性酸中均有高的耐蝕性。,（八）耐蝕金屬材料的選擇 1大氣：鋁及其合金、鈦及其合金、銅及其合金、不銹鋼等。 2工業(yè)大氣：鋁及其合金、鈦及其合金等。 3海水：鈦及其合金、銅及銅合金、鋁及鋁合金、鎳及鎳合金、不銹鋼等。 4淡水：鋁及鋁合金、鈦及鈦合金、高硅鑄鐵、不銹鋼、銅及銅合金、鉛及鉛合金、鎳等。 5硫酸：高硅鑄鐵、低濃度用鉛、高濃度用Fe-C合金。 6硝酸：鈦及鈦合金、高硅鑄鐵、低濃度用不銹鋼、高濃度用鋁。,7鹽酸：高硅鑄鐵、加鉬高硅鐵、哈氏合金。 8磷酸：18-8Mo不銹鋼、鉛及鉛合金、高硅鑄鐵、銅及銅合金。 9醋酸：高硅鑄鐵、18-8Mo不銹鋼、銅及青銅、鋁。 10氫氧化鈉：鎳及鎳合金、高鎳鑄鐵、18-8不銹鋼、銅及銅合金、鈦及鈦合金。 11氟水：Fe-C合金、高硅鑄鐵、不銹鋼、鋁及鋁合金、鈦及鈦合金,12NaCl：高硅鑄鐵、18-8不銹鋼、鈦及鈦合金、鎳及鎳合金。 13硫化氫：鈦鋼、高硅鑄鐵、188Mo不銹鋼、鋁及鋁合金。 14氯氣（濕）：鈦及其合金、高硅鐵、哈氏合金。,7-2 添加緩蝕劑 一、概述,.,二、緩蝕劑的緩蝕機理 1吸附理論 2成膜理論 3、電極過程控制理論 4、氣相緩蝕劑的作用機理 三、影響緩蝕作用的因素 1緩蝕劑濃度 2溫度 3介質(zhì)的流速,四、緩蝕劑應(yīng)用舉例 在石油工業(yè)上的應(yīng)用-常用的緩蝕劑有季胺鹽和松香胺等長鏈氮化物，以二胺，廉價效果顯著 酸洗中的應(yīng)用-加入若丁，烏托品等緩蝕劑 在冷卻水中應(yīng)用-鉻酸鹽和聚磷酸鹽作緩蝕劑 防大氣腐蝕 -有機化合物的硝酸鹽或碳酸鹽，如亞硝酸，二環(huán)己胺，碳酸環(huán)己胺（注意含胺基的氣相緩蝕劑不能用于保護有色金屬，特別是銅及其合金）,73電化學(xué)保護,通過施加外加電動勢將被保護金屬的電位移向免腐蝕區(qū)或鈍化區(qū)，以降低腐蝕速度。,一陰極保護 將被保護金屬物件施加陰極電流，使其發(fā)生陰極極化，以減少或防止金屬腐蝕的方法。 依據(jù)陰極電流的來源，分為： 犧牲陽極保護 外加電流保護,陰極保護 經(jīng)濟效益非常顯著: 海船-涂裝費占5，而陰極保護用的犧牲陽極材料和施工費加起來不到1。 一座海上采油平臺的建造費超過1億元，而犧牲陽極材料和施工費只需100200萬元。不采用保護，平臺壽命只有5年，而陰極保護下可用20年以上。 地下管線的陰極保護費只占總投資的0306，就可大大延長使用壽命。,.（一）陰極保護的原理 通入外加陰極電流 最小保護電位 最小保護電流密度,. （二）、陰極保護的基本參數(shù) （1）最小保護電位,. (2)最小保護電流密度,. （三）犧牲陽極保護法 1.犧牲陽極材料 犧牲陽極材料應(yīng)滿足以下要求 電位足夠負，犧牲陽極電位與保護金屬電位之差為驅(qū)動電位，-0.25v左右。 現(xiàn)場輸出電量要高 陽極反腐蝕電流要高 陽極極化率要小，容易活化。 陽極要均勻腐蝕，腐蝕產(chǎn)物易脫落 一般常用材料是： 鋅和鋅合金，如Zn0.6Al0.1Cd 鎂合金Mg6Al3Zn 鋁合金（通過合金化能破壞鋁陽極的表面膜）,.2.陽極形狀 3.犧牲陽極數(shù)量 4.犧牲陽極位置,（四）外加電流保護法 . 組成部分輔助陽極，直流電源，參比電極，外加電流保護系統(tǒng)（設(shè)計）。 1.輔助陽極在外加電流陰極保護系統(tǒng)中，與直流電源正極相連接的外加電極， (圖中AA)。（其作用是使外加電流從它經(jīng)過介質(zhì)達到被保護結(jié)構(gòu)，從而構(gòu)成完整的電回路。,輔助陽極 要求如下： 導(dǎo)電性能良好，電耗少； 排流量大，即允許電流密度高； 具有一定的強度，耐磨損，抗沖擊震動； 易于加工和安裝； 易于購買到，價格低廉。,2.直流電源 低電壓大電流，輸出可調(diào)的直流電源，使用較多的是可控硅恒電位儀。 3.參比電極 在外電流保護系統(tǒng)中用來測量被保護體的電位并向控制系統(tǒng)傳送信號以便調(diào)節(jié)保護電流大小，使結(jié)構(gòu)電位處于給的范圍內(nèi)，用的最多的是 銀/氯化銀電極，銅/硫酸銅電極，甘汞電極等。,包括以下內(nèi)容,（1） 選擇保護系數(shù) 合適的保護電流密度和保護電位， 例如銅在無菌中性土壤中保護電流密度為4.316.1mA/m2，而在海水中為53.8269m A/m2，鋼結(jié)構(gòu)在海水中保護電位為-0.75-0.95v（參比電極為Ag/AgCl）,4.外加電流保護系統(tǒng)設(shè)計,（2） 輔助陽極布置 兩種布置方法： a.近陽極布置直接安裝在被保護金屬構(gòu)件上， b. 遠陽極布置放在被保護構(gòu)件幾米甚至幾十米以外，耗電量大，陽極消耗大，且易漏電，產(chǎn)生雜散電流腐蝕，而近陽極布置則相反。,5.陰極保護應(yīng)用范圍,用于船舶，近海石油工業(yè)設(shè)施，地下管道，電纜，海上采油平臺，石油化工機械等。,.在采用陰極保護時應(yīng)注意以下內(nèi)容 腐蝕介質(zhì)必須是導(dǎo)電的。如氣體介質(zhì)則不能采用此法。 金屬材料在所處介質(zhì)中易極化，從而避免耗電量過大。 由于陰極附近PH值增加，（因為H2析出）對不耐堿性腐蝕的金屬如釷不易采用陰極保護 如果金屬原來處于鈍態(tài)，若外加陰極極化后可能使其活化，采用陰極保護反而會加速腐蝕，不宜采用陰極保護,舉例： 鄭州市燃氣系統(tǒng)防腐蝕工作的成功案例 鄭州市燃氣系統(tǒng)防腐蝕工作中，最成功的案例是鄭州市天然氣長輸管線的防腐。鄭州市天然氣的長輸管線起點在開封，終點為鄭州，長度75km，材質(zhì)為普通碳鋼，壓力等級為032(最低)16MPa(最高)，規(guī)格為p377X 7的螺旋焊縫鋼管，外防腐層為加強級石油瀝青玻璃絲布。為了加強其防腐效果，在設(shè)計時就同步考慮了陰極保護加防腐涂層雙重保護方案，并在長輸管線施工的同時，建設(shè)了開封、中牟、鄭州外加電流陰極保護站(淺埋陽極)對長輸管線進行陰極保護。每個站采用一臺洛陽725所產(chǎn)的恒電位儀。長輸管線的年陰極保護電費在300元左右，每年用于長輸管線的綜合維護費用為5萬元。長輸管線自投產(chǎn)以來，由于采用了外防腐層加陰極保護的綜合防腐措施，效果很好，其外壁完好如初。盡管16年來長輸管線的外防腐層曾多次遭到人為破壞，但由于有陰極保護措施，沒有發(fā)現(xiàn)任何因外防腐層破損而造成的腐蝕穿孔現(xiàn)象，保證了長輸管線的長期安全運行。長輸管線的設(shè)計使用壽命是16年，現(xiàn)在已經(jīng)使用16年整了，按現(xiàn)在情況看，至少還可以再使用16年。長輸管線陰極保護設(shè)施建設(shè)費用總計為1138萬元，以這么低的投資，再加上16年的運行電費及維護費不足200萬元。當年長輸管線的建設(shè)費用為3000余萬元。通過采取可靠的防腐蝕措施，延長了長輸管線的使用壽命，等于為鄭州燃氣股份有限公司節(jié)省了2800萬元的新長輸管線建設(shè)費用，經(jīng)濟效益是非?？捎^的.,二陽極保護 將被保護的金屬設(shè)備與外加直流電源的正極相接，在腐蝕介質(zhì)中使其陽極極化至穩(wěn)定的鈍化區(qū)，金屬設(shè)備得到保護。,. （一）陽極保護的幾個參數(shù) 1.致鈍電流密度ipp 金屬在給定環(huán)境介質(zhì)中發(fā)生鈍化所需的最小電流密度(前頁圖） 2、維鈍電流密度ip 維持鈍化所需的電流密度； 3、鈍化電位范圍鈍化過渡區(qū)與過鈍化區(qū)之間的電位范圍,ipp小，則易于致鈍；ip小，則易于維鈍；EtpEp50mV，則便于控制。,.,金屬材料在介質(zhì)中陽極保護的參數(shù)：,. 4、 實施陽極保護時應(yīng)注意： Cl-濃度高的介質(zhì)中不能采用陽極保護，因Cl-離子能局部破壞鈍化膜造成腐蝕； 在酸性介質(zhì)中或金屬對氫脆敏感的情況下宜采用陽極保護。,. （二）陰極保護與陽極保護的比較,74采用覆蓋層,一.金屬性覆蓋層 二.非金屬性覆蓋層,一.金屬性覆蓋層. 1電鍍 是用電沉積的方法使金屬表面鍍上一層金屬或合金。 2熱鍍 也叫熱浸鍍，是將被保護金屬制品浸漬在熔融金屬浴中，使其表面形成一層保護性金屬覆蓋層。 3噴鍍 將絲狀或粉狀金屬放入噴槍中，借助高壓空氣或保護氣氛，使被火焰或電弧熔化了的金屬成霧狀噴到被保護金屬上，形成均勻的覆蓋層。 4滲鍍 在高溫下利用金屬原子的擴散，在被保護金屬表面形成合金擴散層。,5化學(xué)鍍 利用氧化還原反應(yīng)，使鹽溶液中的金屬離子在被保護金屬上析出，形成保護性覆蓋層。 6包鍍 將耐蝕性良好的金屬，通過輾壓的方法包覆在被保護的金屬或合金上，形成包覆層或雙金屬層。 7機械鍍機械鍍是把沖擊料(如玻璃球)、表面處理劑，鍍覆促進劑、金屬粉和零件一起放人鍍覆用的滾筒中，并通過滾筒滾動時產(chǎn)生的動能，把金屬粉冷壓到零件表面上形成鍍層。 8真空鍍 真空鍍包括真空蒸鍍、濺射鍍和離子鍍，它們都是在真空中鍍覆的工藝方法。,.二.非金屬性覆蓋層 1.無機涂層 (1) 搪瓷涂層 搪瓷又稱琺瑯，是類似玻璃的物質(zhì)。搪瓷涂層是將鉀、鈉、鈣、鋁等金屬的硅酸鹽；加入硼砂等熔劑，噴涂在金屬表面上燒結(jié)而成。 (2)硅酸鹽水泥涂層 將硅酸鹽水泥漿料涂覆在大型鋼管內(nèi)壁，固化后形成涂層。 (3)化學(xué)轉(zhuǎn)化膜 它是金屬表層原子與介質(zhì)中的陰離子反應(yīng)，在金屬表面生成附著性好、耐蝕性優(yōu)良的薄膜。,. (3)化學(xué)轉(zhuǎn)化膜 鉻酸鹽鈍化膜 磷化膜 鋼鐵的化學(xué)氧化膜 利用化學(xué)方法可在鋼鐵表面生成一層保護性氧化膜 (Fe3O4)。 鋁及鋁合金的陽極氧化膜,. (2)有機涂層 涂料涂層 涂料涂層也叫油漆涂層，涂料油漆。 塑料涂層 除了將塑料粉末噴涂在金屬表面；經(jīng)加熱固化形成塑料涂層(噴塑法)外，用層壓法將塑料薄膜直接粘結(jié)在金屬表面，也可形成塑料涂層。 硬橡皮覆蓋層 在橡膠中混入3050的硫進行硫化，可制成硬橡皮。耐酸、堿腐蝕，可用于覆蓋鋼鐵或其他金屬的表面。許多化工設(shè)備采用硬橡皮做襯里。其主要缺點是加熱后會老化變脆，只能在50以下使用。