第五講循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中金屬的腐蝕及控制

1、1 1課程教學(xué)內(nèi)容課程教學(xué)內(nèi)容（1）循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中金屬腐蝕機(jī)理（2）循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中金屬腐蝕的控制（3）冷卻水緩蝕劑及緩蝕機(jī)里2 2課程重點(diǎn)、難點(diǎn)課程重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)內(nèi)容：循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中金屬腐蝕的形態(tài)、控制方法；金屬腐蝕機(jī)理；常用的緩蝕劑難點(diǎn)內(nèi)容：循環(huán)冷卻水中金屬的腐蝕機(jī)里，冷卻水緩蝕劑緩蝕機(jī)理3 3課程教學(xué)課程教學(xué)要求要求（1）熟悉解冷卻水中金屬腐蝕速率的表示方法及腐蝕的形態(tài)。（2）了解常用緩蝕劑和緩蝕阻垢劑的性質(zhì)、合成及應(yīng)用。（3）掌握冷卻水中金屬腐蝕的機(jī)理及影響腐蝕的因素。1 1、冷卻水中系統(tǒng)金屬腐蝕速度的表示方法、冷卻水中系統(tǒng)金屬腐蝕速度的表示方法2 2、冷卻水中系統(tǒng)金屬腐蝕的機(jī)理、

2、冷卻水中系統(tǒng)金屬腐蝕的機(jī)理3 3、冷卻水中系統(tǒng)金屬腐蝕的形態(tài)、冷卻水中系統(tǒng)金屬腐蝕的形態(tài)4 4、冷卻水中系統(tǒng)金屬腐蝕的影響因素、冷卻水中系統(tǒng)金屬腐蝕的影響因素5 5、冷卻水中系統(tǒng)金屬腐蝕的控制、冷卻水中系統(tǒng)金屬腐蝕的控制6 6、冷卻水中系統(tǒng)用緩蝕劑、冷卻水中系統(tǒng)用緩蝕劑第一節(jié)第一節(jié) 冷卻水中金屬腐蝕速度的表示方法冷卻水中金屬腐蝕速度的表示方法 從金屬在冷卻水中腐蝕的定義出發(fā)，它是指，最明顯的是從金屬原有狀態(tài)轉(zhuǎn)變成離子或化合物。 也就是說(shuō)，金屬在遭受水介質(zhì)的腐蝕以后，也就是說(shuō)，金屬在遭受水介質(zhì)的腐蝕以后，這些物理的、化學(xué)的、電化學(xué)的、機(jī)這些物理的、化學(xué)的、電化學(xué)的、機(jī)械的，甚至是力學(xué)性能的變化速

3、率都可以用來(lái)表示金屬腐蝕械的，甚至是力學(xué)性能的變化速率都可以用來(lái)表示金屬腐蝕的程度與速度的程度與速度. .第五講第五講 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中金屬的腐蝕及其控制循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中金屬的腐蝕及其控制腐蝕速度表達(dá)方式腐蝕速度表達(dá)方式 金屬在冷卻水中的腐蝕速度經(jīng)常使用單位面積上和單位時(shí)間內(nèi)的重量變化的重量指標(biāo)、單位時(shí)間內(nèi)的厚度變化的深度指標(biāo)和電流指標(biāo)來(lái)表示。 金屬在腐蝕后生成離子或可在水中溶解的物質(zhì)，則隨著腐蝕的進(jìn)行，金屬本體重量減輕了，用腐蝕前后重量的改變量來(lái)求出腐蝕速度稱為關(guān)重指標(biāo)V V 表示失重腐蝕速度常用的量綱有：克/米2小時(shí)（g/m2hr），毫克/分米2天（mg/dm2day簡(jiǎn)稱mdd）。如果金屬

4、腐蝕產(chǎn)物是氧化物等難溶于水的化合物，而且能全部聚集在金屬表面，則隨著腐蝕的進(jìn)行金屬的重量增加了，這時(shí)也可用腐蝕的增重指標(biāo)來(lái)表示 金屬在冷卻水中遭受腐蝕并且清除腐蝕產(chǎn)物以后，幾何尺寸縮小了，對(duì)于浸入水體的某一個(gè)暴露面而言，它的厚度減薄了，單位時(shí)間內(nèi)厚度的減薄量稱為金屬腐蝕的深度指標(biāo)。表示深度指標(biāo)常用的量納有：毫米/年（mm/a）密耳/年（mPy），英寸/年（iPy）。 腐蝕速度又稱為腐蝕速率或腐蝕率。腐蝕速度又稱為腐蝕速率或腐蝕率。 過(guò)去廣泛使用過(guò)去廣泛使用mpy(mpy(密耳密耳/ /年年) )作為單位。其中的作為單位。其中的m m代表代表milmil( (密耳密耳) )，是，是千分之一千分之

5、一英寸英寸(inch)(inch)，y y則代表則代表yearyear( (年年) )，故，故mpympy這一單位的物理意義是：這一單位的物理意義是：如果金屬表面各處的腐蝕是均勻的，則金屬表面每年的腐蝕深如果金屬表面各處的腐蝕是均勻的，則金屬表面每年的腐蝕深度將是多少度將是多少. 近年來(lái)，隨著近年來(lái)，隨著SISI制制( (國(guó)際單位制國(guó)際單位制) )的推廣，工業(yè)冷卻水的推廣，工業(yè)冷卻水處理中，已經(jīng)采用處理中，已經(jīng)采用SISI制的制的mm/amm/a( (毫米毫米/ /年年) )和和um/aum/a( (微米微米/ /年年) )作為作為腐蝕速度的單位。它們的腐蝕速度的單位。它們的物理

6、意義物理意義是：是：如果金屬表面各處的腐如果金屬表面各處的腐蝕是均勻的，則金屬表面每年的腐蝕深度將是多少蝕是均勻的，則金屬表面每年的腐蝕深度將是多少mmmm或或umum。它們與它們與mpympy之間的單位換算關(guān)系如下：之間的單位換算關(guān)系如下： 金屬電化學(xué)腐蝕過(guò)程中陽(yáng)極反應(yīng)電流ia的大小可用來(lái)表示金屬的腐蝕速度，其常用量綱為：A/cm2，mA/cm2 A/cm。 根據(jù)法拉第第一定律，電流通過(guò)電解質(zhì)溶液時(shí)，在兩相界面上發(fā)生電化學(xué)變化物質(zhì)的量與所通過(guò)的電量成正比，即： 比例常數(shù)，通過(guò)單位電量時(shí)能變化的物質(zhì)量（g/C） 結(jié)合法拉第第二定律，在通過(guò)相同電量的條件下，相界面上不同物質(zhì)電化學(xué)變化量與其化學(xué)當(dāng)

7、量成正比，即： 等式兩邊同除以面積S和時(shí)間t后得到金屬失重腐蝕速度V-與ia的關(guān)系式： 代入各參數(shù)的量綱后，金屬失重腐蝕速度V-與ia的定量關(guān)系為 根據(jù)GB50050一95工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范第條款規(guī)定： 碳鋼管壁的腐蝕率宜小于， 銅、銅合金和不銹鋼管壁的腐蝕率宜小于 由于碳鋼換熱器和碳鋼管道在冷卻水系統(tǒng)中使用最由于碳鋼換熱器和碳鋼管道在冷卻水系統(tǒng)中使用最多，所以，多，所以，以碳鋼作為金屬的代表以碳鋼作為金屬的代表，討論金屬在水中的腐蝕，討論金屬在水中的腐蝕機(jī)理。機(jī)理。一、液滴試驗(yàn)一、液滴試驗(yàn) 當(dāng)我們用當(dāng)我們用一滴含有鐵銹指示劑一滴含有鐵銹指示劑( (酚酞酚酞+ +高鐵氰化

8、鉀高鐵氰化鉀) )的氯化鉀溶液滴在的氯化鉀溶液滴在一塊已用砂紙打磨光亮的一塊已用砂紙打磨光亮的碳鋼試片表面碳鋼試片表面上上時(shí)，如果氯化鉀溶液中含有溶解氧，則可以時(shí)，如果氯化鉀溶液中含有溶解氧，則可以看到看到，在淡黃色，在淡黃色液滴下面的碳鋼表面上將出現(xiàn)許多液滴下面的碳鋼表面上將出現(xiàn)許多藍(lán)色的小點(diǎn)藍(lán)色的小點(diǎn)。開(kāi)始時(shí)開(kāi)始時(shí)，這，這些藍(lán)色小點(diǎn)的些藍(lán)色小點(diǎn)的分布無(wú)規(guī)則分布無(wú)規(guī)則；一段時(shí)間后，；一段時(shí)間后，淡黃色淡黃色的溶液逐的溶液逐漸漸變?yōu)樘壹t變?yōu)樘壹t色，而色，而藍(lán)色沉淀藍(lán)色沉淀則將則將集中在液滴的中部集中在液滴的中部；隨著時(shí)間；隨著時(shí)間的推移，桃紅色和藍(lán)色逐漸加深；的推移，桃紅色和藍(lán)色逐漸加深；最后

9、最后，溶液仍保持桃紅色，溶液仍保持桃紅色，但液滴中部的但液滴中部的藍(lán)色沉淀則逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)辄S色沉淀藍(lán)色沉淀則逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)辄S色沉淀。第二節(jié)第二節(jié) 冷卻水中金屬腐蝕的機(jī)理冷卻水中金屬腐蝕的機(jī)理 當(dāng)當(dāng)試驗(yàn)結(jié)束時(shí)試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，如果把碳鋼試片用水沖洗干凈并，如果把碳鋼試片用水沖洗干凈并用濾紙擦干，人們就會(huì)發(fā)現(xiàn)，在出現(xiàn)用濾紙擦干，人們就會(huì)發(fā)現(xiàn)，在出現(xiàn)藍(lán)色沉淀的部位藍(lán)色沉淀的部位上碳上碳鋼試片的表面鋼試片的表面發(fā)生了腐蝕發(fā)生了腐蝕，而其余部位，而其余部位( (即桃紅色溶液覆即桃紅色溶液覆蓋的部位蓋的部位) )的碳鋼表面則仍保持完整和光亮。的碳鋼表面則仍保持完整和光亮。 在這一試驗(yàn)中，液滴中部的碳鋼表面在這一試驗(yàn)中，

10、液滴中部的碳鋼表面產(chǎn)生藍(lán)色沉淀產(chǎn)生藍(lán)色沉淀說(shuō)說(shuō)明明，在腐蝕過(guò)程中，水中的，在腐蝕過(guò)程中，水中的碳鋼板氧化生成亞鐵離子碳鋼板氧化生成亞鐵離子而發(fā)生了而發(fā)生了腐蝕；而液滴四周的溶液變成腐蝕；而液滴四周的溶液變成桃紅色桃紅色則則說(shuō)明說(shuō)明了從空氣中進(jìn)入液了從空氣中進(jìn)入液滴內(nèi)的滴內(nèi)的氧被還原生成了氧被還原生成了OHOH- -。 由此可見(jiàn)由此可見(jiàn)，在，在有溶解氧存在有溶解氧存在的中性水或中性水溶液中，的中性水或中性水溶液中，金屬腐蝕是一個(gè)氧化還原過(guò)程金屬腐蝕是一個(gè)氧化還原過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，。在這個(gè)過(guò)程中，金屬金屬( (例如鐵例如鐵) )發(fā)生發(fā)生氧化氧化，氧則發(fā)生還原氧則發(fā)生還原。但是這個(gè)氧化還原過(guò)程有一

11、個(gè)特點(diǎn)：。但是這個(gè)氧化還原過(guò)程有一個(gè)特點(diǎn)：金屬的金屬的氧化反應(yīng)發(fā)生在一處氧化反應(yīng)發(fā)生在一處( (陽(yáng)極區(qū)陽(yáng)極區(qū)) )，氧的，氧的還原反應(yīng)則發(fā)生在還原反應(yīng)則發(fā)生在另外的一處另外的一處( (陰極區(qū)陰極區(qū)) )。因此，金屬的腐蝕是一個(gè)。因此，金屬的腐蝕是一個(gè)電化學(xué)過(guò)程電化學(xué)過(guò)程。此時(shí)陽(yáng)極區(qū)、陰極區(qū)、水溶液三者構(gòu)成了一個(gè)此時(shí)陽(yáng)極區(qū)、陰極區(qū)、水溶液三者構(gòu)成了一個(gè)腐蝕電池腐蝕電池。二、冷卻水中金屬腐蝕的機(jī)理二、冷卻水中金屬腐蝕的機(jī)理1 1、碳鋼的金屬表面不均勻性、碳鋼的金屬表面不均勻性 碳鋼表面由于不均勻性，存在許多微小的電極形成碳鋼表面由于不均勻性，存在許多微小的電極形成微電微電池池。當(dāng)與水接觸時(shí)，由于。

12、當(dāng)與水接觸時(shí)，由于水的導(dǎo)電性和水中的溶解氧水的導(dǎo)電性和水中的溶解氧，從而產(chǎn)生，從而產(chǎn)生氧化還原的電化學(xué)腐蝕。其不均勻性的原因主要是：氧化還原的電化學(xué)腐蝕。其不均勻性的原因主要是：化學(xué)成分和金相組織不均勻化學(xué)成分和金相組織不均勻 除除鐵鐵以外，碳鋼還含有以外，碳鋼還含有碳碳及其他少量雜質(zhì)，如及其他少量雜質(zhì)，如錳、硅、錳、硅、硫、磷硫、磷等。其金相組織除基本組織等。其金相組織除基本組織鐵素體鐵素體外，還含有外，還含有滲碳體滲碳體(Fe(Fe3 3C)C)和和石墨石墨( (C)C)。它們具有不同的電極電位，石墨的最高。它們具有不同的電極電位，石墨的最高(+0.37V)(+0.37V)，鐵，鐵素體最低

13、素體最低(-0.44V)(-0.44V)，滲碳體電位介于二者之間。，滲碳體電位介于二者之間。電位負(fù)的成為電位負(fù)的成為微微電池的電池的陽(yáng)極陽(yáng)極，電位，電位正的則為陰極正的則為陰極。所以碳鋼與水接觸時(shí)，就形成。所以碳鋼與水接觸時(shí)，就形成了電位差較大的微電池，了電位差較大的微電池，鐵素體為陽(yáng)極鐵素體為陽(yáng)極，使碳鋼受到腐蝕。，使碳鋼受到腐蝕。應(yīng)力分布不均勻應(yīng)力分布不均勻 金屬在機(jī)械加工過(guò)程中，由于鍛打、擠壓、彎曲和切金屬在機(jī)械加工過(guò)程中，由于鍛打、擠壓、彎曲和切削等原因，使材料變形部分和加工部分產(chǎn)生應(yīng)力集中的情況，削等原因，使材料變形部分和加工部分產(chǎn)生應(yīng)力集中的情況，而而應(yīng)力集中部位其電位較負(fù)，形成陽(yáng)

14、極應(yīng)力集中部位其電位較負(fù)，形成陽(yáng)極。如換熱管子與花板脹。如換熱管子與花板脹接處容易發(fā)生腐蝕。接處容易發(fā)生腐蝕。金屬表面有傷痕、裂縫金屬表面有傷痕、裂縫 這些部分的電位相對(duì)于未損傷部分來(lái)說(shuō)，這些部分的電位相對(duì)于未損傷部分來(lái)說(shuō)，電極電位較電極電位較負(fù)負(fù)，成為微電池的陽(yáng)極，因此腐蝕從這里開(kāi)始。，成為微電池的陽(yáng)極，因此腐蝕從這里開(kāi)始。2 2、氧化還原反應(yīng)、氧化還原反應(yīng) 碳鋼表面存在的碳鋼表面存在的微電池，微電池，其其陽(yáng)極陽(yáng)極區(qū)，區(qū)，碳鋼碳鋼(Fe)(Fe)氧化氧化生成生成FeFe2+2+進(jìn)入水中，并在碳鋼的金屬基體上留下兩個(gè)電子。與此同時(shí)，進(jìn)入水中，并在碳鋼的金屬基體上留下兩個(gè)電子。與此同時(shí)，水中的溶

15、解水中的溶解氧氧則則在陰極在陰極區(qū)接受從陽(yáng)極區(qū)流過(guò)來(lái)的兩個(gè)電子，區(qū)接受從陽(yáng)極區(qū)流過(guò)來(lái)的兩個(gè)電子，還還原為原為OHOH- -。在水中。在水中FeFe2+2+與與OHOH- -相遇生成相遇生成白色白色的不溶物的不溶物Fe(OH)Fe(OH)2 2，碳鋼，碳鋼在含氧中性水中腐蝕機(jī)理見(jiàn)圖在含氧中性水中腐蝕機(jī)理見(jiàn)圖5252。 其電極反應(yīng)可以表示為：其電極反應(yīng)可以表示為： 在水中在水中 FeFe2+2+ + OH + OH- - Fe(OH) Fe(OH)2 2 若水中的若水中的溶解氧溶解氧作用下，則作用下，則Fe(OH)Fe(OH)2 2會(huì)進(jìn)一步氧化會(huì)進(jìn)一步氧化，生，生成成Fe(OH)Fe(OH)3 3

16、，然后進(jìn)一步脫水，生成黃色銹，然后進(jìn)一步脫水，生成黃色銹FeOOHFeOOH或或FeFe2 2O O3 3H H2 2O O。 由以上的金屬腐蝕機(jī)理可知，由以上的金屬腐蝕機(jī)理可知，造成金屬腐蝕的是金屬的造成金屬腐蝕的是金屬的陽(yáng)極溶解反應(yīng)陽(yáng)極溶解反應(yīng)。因此，金屬的腐蝕破壞僅出現(xiàn)在腐蝕電池中的陽(yáng)。因此，金屬的腐蝕破壞僅出現(xiàn)在腐蝕電池中的陽(yáng)極區(qū)，而腐蝕電池的極區(qū)，而腐蝕電池的陰極區(qū)是不腐蝕的。陰極區(qū)是不腐蝕的。 孤立的金屬腐蝕時(shí)，在金屬表面上同時(shí)以相等速度進(jìn)行孤立的金屬腐蝕時(shí)，在金屬表面上同時(shí)以相等速度進(jìn)行著一個(gè)陽(yáng)極反應(yīng)和一個(gè)陰極反應(yīng)的現(xiàn)象，稱為著一個(gè)陽(yáng)極反應(yīng)和一個(gè)陰極反應(yīng)的現(xiàn)象，稱為電極反應(yīng)的耦合

17、電極反應(yīng)的耦合?；ハ囫詈系姆磻?yīng)稱為互相耦合的反應(yīng)稱為共軛反應(yīng)共軛反應(yīng)，而相應(yīng)的腐蝕體系則稱為，而相應(yīng)的腐蝕體系則稱為共軛體共軛體系系。在共軛體系中，。在共軛體系中，總的陽(yáng)極反應(yīng)與總的陰極反應(yīng)速度相等總的陽(yáng)極反應(yīng)與總的陰極反應(yīng)速度相等。此。此時(shí)，陽(yáng)極反應(yīng)釋放的電子恰好為陰極反應(yīng)所消耗，時(shí)，陽(yáng)極反應(yīng)釋放的電子恰好為陰極反應(yīng)所消耗， 金屬表面沒(méi)有金屬表面沒(méi)有電荷的積累，故電荷的積累，故其電極電位也不隨時(shí)間而變化其電極電位也不隨時(shí)間而變化。金屬腐蝕時(shí)的電。金屬腐蝕時(shí)的電極電位稱為極電位稱為腐蝕電位腐蝕電位。 從以上的討論中可以看到，從以上的討論中可以看到，在腐蝕控制中在腐蝕控制中，只要控制只要控制腐蝕

18、腐蝕過(guò)程中的陽(yáng)極反應(yīng)和陰極反應(yīng)兩者中的過(guò)程中的陽(yáng)極反應(yīng)和陰極反應(yīng)兩者中的任意一個(gè)電極反應(yīng)的速度任意一個(gè)電極反應(yīng)的速度，則另一個(gè)電極反應(yīng)的速度也會(huì)隨之而受到控制，則另一個(gè)電極反應(yīng)的速度也會(huì)隨之而受到控制，從而使整個(gè)腐蝕從而使整個(gè)腐蝕過(guò)程的速度受到控制。過(guò)程的速度受到控制。三、伊文思極化圖三、伊文思極化圖1 1、極化曲線、極化曲線 表示電極電位與表示電極電位與極化電流密度或極化電流密度或極化電流強(qiáng)度之間關(guān)系極化電流強(qiáng)度之間關(guān)系的曲線的曲線稱為極化曲線，當(dāng)電極稱為極化曲線，當(dāng)電極進(jìn)行陽(yáng)極極化時(shí)進(jìn)行陽(yáng)極極化時(shí)的極化曲線稱為的極化曲線稱為陽(yáng)極極化曲線陽(yáng)極極化曲線；當(dāng)電極進(jìn)行陰極極化時(shí)的極化曲線稱為陰極極

19、；當(dāng)電極進(jìn)行陰極極化時(shí)的極化曲線稱為陰極極化曲線。化曲線。2 2、伊文思極化圖、伊文思極化圖 如果只考慮腐蝕過(guò)程中陰極極化性能和陽(yáng)極極化性能如果只考慮腐蝕過(guò)程中陰極極化性能和陽(yáng)極極化性能的相對(duì)大小，可以簡(jiǎn)化地將的相對(duì)大小，可以簡(jiǎn)化地將理想極化曲線表示為直線的形式理想極化曲線表示為直線的形式，并用電流強(qiáng)度代替電流密度作橫坐標(biāo)，這樣就可以得到伊文思并用電流強(qiáng)度代替電流密度作橫坐標(biāo)，這樣就可以得到伊文思極化圖極化圖( (圖圖5-3)5-3) 圖中縱坐標(biāo)代表電極圖中縱坐標(biāo)代表電極電位電位E E，其上端電位為負(fù)，用，其上端電位為負(fù)，用- -E E標(biāo)出標(biāo)出, ,下端為正；橫坐標(biāo)則表下端為正；橫坐標(biāo)則表示電

20、流強(qiáng)度示電流強(qiáng)度I I。圖中的。圖中的E Ee,ae,aS S線線是是FeFe的陽(yáng)極極化曲線的陽(yáng)極極化曲線。它。它代表代表FeFe在陽(yáng)極溶解在陽(yáng)極溶解時(shí)時(shí)碳鋼的電極電碳鋼的電極電位隨其電流強(qiáng)度變化的情況。位隨其電流強(qiáng)度變化的情況。當(dāng)電流強(qiáng)度趨于零時(shí)，它處于當(dāng)電流強(qiáng)度趨于零時(shí)，它處于FeFe的平衡電位的平衡電位E Ee,ae,a。隨著。隨著FeFe的的陽(yáng)極溶解的電流強(qiáng)度的增加，陽(yáng)極溶解的電流強(qiáng)度的增加，其電極電位其電極電位逐漸向正的方向移逐漸向正的方向移動(dòng)動(dòng)。 E Ee,ke,kS S線線是水中的溶解是水中的溶解氧的陰極極化曲線氧的陰極極化曲線，代表代表O O2 2在碳鋼電在碳鋼電極表面進(jìn)行陰極

21、還原反應(yīng)時(shí)極表面進(jìn)行陰極還原反應(yīng)時(shí)O O2 2的陰極還原電位隨其電流強(qiáng)度變化的的陰極還原電位隨其電流強(qiáng)度變化的情況。當(dāng)情況。當(dāng)電流強(qiáng)度趨于零時(shí)電流強(qiáng)度趨于零時(shí)，它處于，它處于O O2 2的平衡電位的平衡電位E Ee,ke,k，隨著電流，隨著電流強(qiáng)度的增加，氧的陰極還原電位強(qiáng)度的增加，氧的陰極還原電位逐漸向負(fù)的方向移動(dòng)逐漸向負(fù)的方向移動(dòng)。 因?yàn)橐驗(yàn)殛?yáng)極反應(yīng)的速度應(yīng)等于陰極反應(yīng)的速度陽(yáng)極反應(yīng)的速度應(yīng)等于陰極反應(yīng)的速度，即陽(yáng)極區(qū)，即陽(yáng)極區(qū)的極化電流強(qiáng)度的極化電流強(qiáng)度I Ia a應(yīng)等于應(yīng)等于陰極陰極區(qū)區(qū)的極化電流強(qiáng)度的極化電流強(qiáng)度I Ik k，故此時(shí)鋼的陽(yáng)，故此時(shí)鋼的陽(yáng)極極化曲線和氧的陰極極化曲線極極

22、化曲線和氧的陰極極化曲線兩者相交于兩者相交于S S點(diǎn)點(diǎn)。S S點(diǎn)的電位點(diǎn)的電位即為即為該金屬的腐蝕電位該金屬的腐蝕電位E Ec c，S S點(diǎn)的電流強(qiáng)度即為該金屬的點(diǎn)的電流強(qiáng)度即為該金屬的腐蝕電流強(qiáng)度腐蝕電流強(qiáng)度I Ic c。在在腐蝕電位腐蝕電位E Ec c時(shí)，則有時(shí)，則有 I Ia a I Ik k I Ic c 再用陽(yáng)極區(qū)的面積再用陽(yáng)極區(qū)的面積A A除以除以I Ic c，即可即可得得到到表征腐蝕速度的腐蝕表征腐蝕速度的腐蝕電流密度電流密度i ic c。 在討論緩蝕劑的機(jī)理時(shí)，將要用到伊文思極化圖。在討論緩蝕劑的機(jī)理時(shí)，將要用到伊文思極化圖。 通過(guò)仔細(xì)觀察腐蝕試樣或損壞設(shè)備的金屬腐蝕形態(tài)，根通

23、過(guò)仔細(xì)觀察腐蝕試樣或損壞設(shè)備的金屬腐蝕形態(tài)，根據(jù)金屬腐蝕理論的知識(shí)，再配合一些其他的方法，人們常常能找據(jù)金屬腐蝕理論的知識(shí)，再配合一些其他的方法，人們常常能找出產(chǎn)生腐蝕的原因和解決腐蝕問(wèn)題的措施。出產(chǎn)生腐蝕的原因和解決腐蝕問(wèn)題的措施。一、均勻腐蝕一、均勻腐蝕 又稱又稱全面腐蝕或普通腐蝕全面腐蝕或普通腐蝕。其一般。其一般特點(diǎn)是特點(diǎn)是腐蝕過(guò)程在金腐蝕過(guò)程在金屬的全部暴露表面上均勻地進(jìn)行屬的全部暴露表面上均勻地進(jìn)行。金屬逐漸變薄，最后被破壞。金屬逐漸變薄，最后被破壞。 對(duì)碳鋼而言，均勻腐蝕主要對(duì)碳鋼而言，均勻腐蝕主要發(fā)生在低發(fā)生在低pHpH的酸性溶液中的酸性溶液中。例如例如，換熱器用換熱器用鹽酸、硝

24、酸或硫酸等鹽酸、硝酸或硫酸等無(wú)機(jī)酸無(wú)機(jī)酸進(jìn)行進(jìn)行化學(xué)清洗時(shí)化學(xué)清洗時(shí)，如如果沒(méi)有果沒(méi)有在這些酸中在這些酸中添加適當(dāng)?shù)木徫g劑添加適當(dāng)?shù)木徫g劑，則碳鋼將發(fā)生明顯的均勻，則碳鋼將發(fā)生明顯的均勻腐蝕。腐蝕。實(shí)際危害并不大實(shí)際危害并不大，只要設(shè)備有足夠的厚度，就可以保證一，只要設(shè)備有足夠的厚度，就可以保證一定的使用壽命。定的使用壽命。第三節(jié)第三節(jié) 冷卻水中金屬腐蝕的形態(tài)冷卻水中金屬腐蝕的形態(tài)二、電偶腐蝕二、電偶腐蝕 又稱又稱雙金屬腐蝕雙金屬腐蝕或或接觸腐蝕接觸腐蝕。 當(dāng)兩種不同的金屬浸在導(dǎo)電性的水溶液中時(shí)，兩種金屬當(dāng)兩種不同的金屬浸在導(dǎo)電性的水溶液中時(shí)，兩種金屬之間通常存在著電位差。如果這些金屬互相接觸

25、或用導(dǎo)線連接，之間通常存在著電位差。如果這些金屬互相接觸或用導(dǎo)線連接，則該電位差就會(huì)驅(qū)使電子在它們之間流動(dòng)，從而形成一個(gè)腐蝕電則該電位差就會(huì)驅(qū)使電子在它們之間流動(dòng)，從而形成一個(gè)腐蝕電池。與不接觸時(shí)相比，池。與不接觸時(shí)相比，耐蝕性較差的金屬耐蝕性較差的金屬( (即電位較低的金屬即電位較低的金屬) )在在接觸后腐蝕速度通常會(huì)增加接觸后腐蝕速度通常會(huì)增加，而耐蝕性較好的金屬而耐蝕性較好的金屬( (即電位較高的即電位較高的金屬金屬) )在接觸后腐蝕速度將下降在接觸后腐蝕速度將下降。 例如，例如，換熱器中換熱器中黃銅換熱管和碳鋼管板或鋼制水室之間黃銅換熱管和碳鋼管板或鋼制水室之間在冷卻水中發(fā)生的在冷卻水

26、中發(fā)生的腐蝕腐蝕。在腐蝕過(guò)程中，。在腐蝕過(guò)程中，被加速腐蝕的是很厚的被加速腐蝕的是很厚的鋼制管板或水室鋼制管板或水室，而不是薄的銅管。由于鋼制管板或水室的壁較，而不是薄的銅管。由于鋼制管板或水室的壁較厚，因而仍可長(zhǎng)期使用。厚，因而仍可長(zhǎng)期使用。三、縫隙腐蝕三、縫隙腐蝕 常與孔穴常與孔穴、墊片底面墊片底面、搭接縫、表面沉積物、金屬的腐、搭接縫、表面沉積物、金屬的腐蝕產(chǎn)物以及螺帽、蝕產(chǎn)物以及螺帽、鉚釘帽下縫隙內(nèi)積存的少量靜止溶液有關(guān)鉚釘帽下縫隙內(nèi)積存的少量靜止溶液有關(guān)。因。因此稱作縫隙腐蝕，此稱作縫隙腐蝕，又稱垢下腐蝕、沉積腐蝕、墊片腐蝕又稱垢下腐蝕、沉積腐蝕、墊片腐蝕等。等。 一條縫隙要成為腐蝕

27、部位，必須寬到液體能流入，但又一條縫隙要成為腐蝕部位，必須寬到液體能流入，但又必須窄到液體保持靜止?fàn)顟B(tài)，所以，必須窄到液體保持靜止?fàn)顟B(tài)，所以，縫隙腐蝕常發(fā)生在縫隙腐蝕常發(fā)生在0.10.2mm0.10.2mm的窄縫處。的窄縫處。 例如，例如，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中碳鋼換熱器中沉積物下面金屬循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中碳鋼換熱器中沉積物下面金屬的腐蝕。的腐蝕。又如又如，冷卻水系統(tǒng)腐蝕監(jiān)測(cè)裝置中夾牢碳鋼試片用的螺，冷卻水系統(tǒng)腐蝕監(jiān)測(cè)裝置中夾牢碳鋼試片用的螺帽及墊片下縫隙內(nèi)碳鋼表面發(fā)生的腐蝕。帽及墊片下縫隙內(nèi)碳鋼表面發(fā)生的腐蝕。 金屬和非金屬接觸的表而之間的縫隙也能引起縫隙腐蝕，金屬和非金屬接觸的表而之間的縫隙也能引起

28、縫隙腐蝕，例如使用墊片時(shí)的情況。例如使用墊片時(shí)的情況?？p隙腐蝕的機(jī)理縫隙腐蝕的機(jī)理是：是： 在縫隙中，金屬在縫隙中，金屬M(fèi) M生成金屬離子生成金屬離子M M2+2+，而氧則由于縫隙，而氧則由于縫隙中溶液對(duì)流不暢而貧化，故中溶液對(duì)流不暢而貧化，故氧的還原反應(yīng)主要是在縫隙之外氧氧的還原反應(yīng)主要是在縫隙之外氧容易到達(dá)的陰極區(qū)進(jìn)行容易到達(dá)的陰極區(qū)進(jìn)行。這樣，在。這樣，在縫隙溶液中就有了過(guò)剩的正縫隙溶液中就有了過(guò)剩的正電荷電荷。這些正電荷。這些正電荷需要帶負(fù)電的需要帶負(fù)電的ClCl- -遷移到縫隙中去遷移到縫隙中去，以保持，以保持電中性。電中性。結(jié)果縫隙內(nèi)金屬氯化物的濃度增加結(jié)果縫隙內(nèi)金屬氯化物的濃度增

29、加。然后，。然后，金屬氯化金屬氯化物水解物水解，生成不溶性的金屬氫氧化物沉淀和可溶性的鹽酸；，生成不溶性的金屬氫氧化物沉淀和可溶性的鹽酸； 鹽酸是強(qiáng)電解質(zhì)，它在水中全部電離為鹽酸是強(qiáng)電解質(zhì)，它在水中全部電離為H H+ +和和CICI。這些。這些H H+ +和和ClCl會(huì)加速多數(shù)金屬和合金的溶解會(huì)加速多數(shù)金屬和合金的溶解( (腐蝕腐蝕) )。 凡是耐蝕性依靠氧化膜或鈍化膜的金屬或合金，例如凡是耐蝕性依靠氧化膜或鈍化膜的金屬或合金，例如不銹鋼和碳鋼，特別容易遭受縫隙腐蝕。不銹鋼和碳鋼，特別容易遭受縫隙腐蝕。四、孔蝕四、孔蝕(P169)(P169) 又稱為又稱為點(diǎn)蝕點(diǎn)蝕或或坑蝕坑蝕。是在金屬表面上。

30、是在金屬表面上產(chǎn)生小孔的一種極產(chǎn)生小孔的一種極為局部的腐蝕形態(tài)為局部的腐蝕形態(tài)?？椎闹睆娇纱罂尚。鄶?shù)都比較小。有些?？椎闹睆娇纱罂尚?，但多數(shù)都比較小。有些蝕孔孤立地存在；有些蝕孔則緊湊在一起，像一片粗糙的表面。蝕孔孤立地存在；有些蝕孔則緊湊在一起，像一片粗糙的表面。 孔蝕是孔蝕是破壞性和隱患性最大的腐蝕形態(tài)之一破壞性和隱患性最大的腐蝕形態(tài)之一。它是一種。它是一種局部的但是劇烈局部的但是劇烈的腐蝕形態(tài)，蝕孔通常往的腐蝕形態(tài)，蝕孔通常往重力方向生長(zhǎng)重力方向生長(zhǎng)，使設(shè)備，使設(shè)備短時(shí)間穿孔破壞以及隨之而來(lái)的泄漏，使人措手不及。而短時(shí)間穿孔破壞以及隨之而來(lái)的泄漏，使人措手不及。而發(fā)現(xiàn)蝕發(fā)現(xiàn)蝕孔又很困

31、難孔又很困難，因?yàn)槲g孔既小，通常又被腐蝕產(chǎn)物或沉積物覆蓋著。，因?yàn)槲g孔既小，通常又被腐蝕產(chǎn)物或沉積物覆蓋著。 對(duì)于碳鋼而言，孔蝕對(duì)于碳鋼而言，孔蝕主要發(fā)生在中性的腐蝕性介質(zhì)中主要發(fā)生在中性的腐蝕性介質(zhì)中。例如，在未采取防腐措施的敞開(kāi)式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中。例如，在未采取防腐措施的敞開(kāi)式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中。 實(shí)例，實(shí)例，在碳鋼換熱器冷卻水側(cè)的管壁表面和管板上，可在碳鋼換熱器冷卻水側(cè)的管壁表面和管板上，可以看到許多由孔蝕產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物及其下面的蝕孔。以看到許多由孔蝕產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物及其下面的蝕孔?？孜g的機(jī)理孔蝕的機(jī)理： 孔蝕是金屬溶解的一種獨(dú)特形式。蝕孔中金屬的陽(yáng)極溶解是一種自催化過(guò)程。鐵在蝕孔內(nèi)溶解，生

32、成Fe2+，引起蝕孔內(nèi)產(chǎn)生過(guò)量的正電荷，結(jié)果使Cl遷移到蝕孔中以維持溶液的電中性。因此，蝕孔內(nèi)有高濃度的FeCl2。FeCl2水解產(chǎn)生高濃度的H+和Cl； H+和Cl能促進(jìn)多數(shù)金屬和合金的溶解，且整個(gè)過(guò)程隨時(shí)間而加速。由于氧在蝕孔溶液中的濃度實(shí)際等于零，所以溶解氧的陰極還原過(guò)程是在蝕孔附近的表面上進(jìn)行的，故這部分表面不受腐蝕。 大多數(shù)孔蝕和鹵素離子有關(guān)。其中影響最大的是氯離子、溴離子和次氯酸根離子。所以許多不銹鋼在海水和其他氯化物溶液中有強(qiáng)烈產(chǎn)生孔蝕和縫隙腐蝕的傾向。五、選擇性腐蝕五、選擇性腐蝕 又稱為又稱為選擇性浸出選擇性浸出，是從一種固體金屬中有選擇性地除去，是從一種固體金屬中有選擇性地除

33、去其中一種元素的腐蝕。其中一種元素的腐蝕。最常見(jiàn)最常見(jiàn)的選擇性腐蝕的選擇性腐蝕是是黃銅管的脫鋅黃銅管的脫鋅。 普通黃銅含普通黃銅含鋅鋅約約3030，銅，銅約約7070。黃銅脫鋅時(shí)黃銅脫鋅時(shí)從原來(lái)的黃從原來(lái)的黃色變?yōu)榧t色或鋼的顏色色變?yōu)榧t色或鋼的顏色。 黃銅脫鋅一般有黃銅脫鋅一般有兩類兩類：一類是：一類是均勻型或?qū)有兔撲\均勻型或?qū)有兔撲\，多發(fā)生多發(fā)生于高鋅黃銅于高鋅黃銅，且總是發(fā)生在，且總是發(fā)生在酸性介質(zhì)中；酸性介質(zhì)中；另一類是另一類是局部型或塞型局部型或塞型脫鋅脫鋅，多發(fā)生于低鋅黃銅和中性、堿性或微酸性介質(zhì)中。對(duì)于冷，多發(fā)生于低鋅黃銅和中性、堿性或微酸性介質(zhì)中。對(duì)于冷卻水，海水中易產(chǎn)生均勻型脫

34、鋅，淡水中易產(chǎn)生局部性脫鋅。卻水，海水中易產(chǎn)生均勻型脫鋅，淡水中易產(chǎn)生局部性脫鋅。 黃銅脫鋅的機(jī)理黃銅脫鋅的機(jī)理目前有兩種理論：目前有兩種理論：一種一種認(rèn)為，由于認(rèn)為，由于鋅比銅鋅比銅活潑活潑，脫鋅是黃銅表面層中的，脫鋅是黃銅表面層中的鋅發(fā)生選擇性溶解鋅發(fā)生選擇性溶解，而銅則仍留在，而銅則仍留在黃銅的表面層中；黃銅的表面層中；另一種另一種認(rèn)為，認(rèn)為，銅和鋅一起溶解銅和鋅一起溶解，之后鋅離子留，之后鋅離子留在溶液中，而在溶液中，而銅則鍍回銅則鍍回到黃銅的到黃銅的基體上基體上。六、磨損腐蝕六、磨損腐蝕 又稱又稱沖擊腐蝕沖擊腐蝕、沖刷腐蝕或磨蝕沖刷腐蝕或磨蝕，是由于腐蝕性流體，是由于腐蝕性流體和金屬

35、表面間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的金屬加速破壞和腐蝕。還包括和金屬表面間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的金屬加速破壞和腐蝕。還包括機(jī)械磨耗和磨損作用。此時(shí)，金屬先以溶解的離子狀態(tài)脫離表機(jī)械磨耗和磨損作用。此時(shí)，金屬先以溶解的離子狀態(tài)脫離表面或先生成固態(tài)腐蝕產(chǎn)物，之后受機(jī)械沖刷作用而脫離金屬表面或先生成固態(tài)腐蝕產(chǎn)物，之后受機(jī)械沖刷作用而脫離金屬表面。面。 實(shí)例實(shí)例：在冷卻水系統(tǒng)中，泵的葉輪、凝汽器中冷卻水入：在冷卻水系統(tǒng)中，泵的葉輪、凝汽器中冷卻水入口處銅管的端部、擋板和折流板等處常遭到?jīng)_刷腐蝕?？谔庛~管的端部、擋板和折流板等處常遭到?jīng)_刷腐蝕。 磨損腐蝕的磨損腐蝕的外表特征外表特征是：腐蝕的部位是：腐蝕的部位呈槽、溝、波紋

36、和呈槽、溝、波紋和山谷形山谷形，還常常顯示，還常常顯示有方向性有方向性。許多金屬，例如鋁、不銹鋼和。許多金屬，例如鋁、不銹鋼和碳鋼的耐蝕性是依靠生成某些表面膜碳鋼的耐蝕性是依靠生成某些表面膜( (鈍化膜鈍化膜) )。當(dāng)這些保護(hù)性。當(dāng)這些保護(hù)性表面膜受到破壞或磨損后，金屬或合金的腐蝕就以高速進(jìn)行，表面膜受到破壞或磨損后，金屬或合金的腐蝕就以高速進(jìn)行，形成磨損腐蝕，見(jiàn)圖形成磨損腐蝕，見(jiàn)圖5-45-4。圖圖5-4 5-4 冷卻水中冷凝器管壁的磨損腐蝕冷卻水中冷凝器管壁的磨損腐蝕 磨損腐蝕與磨損腐蝕與表面膜、流速、湍流、沖擊、金屬或合金的表面膜、流速、湍流、沖擊、金屬或合金的性質(zhì)等因素有關(guān)。性質(zhì)等因素

37、有關(guān)。 比如比如鈦鈦是活潑金屬，但由于它生成的是活潑金屬，但由于它生成的TiOTiO2 2保護(hù)膜很穩(wěn)定，保護(hù)膜很穩(wěn)定，故鈦對(duì)海水、氯化物溶液都有良好的耐腐蝕性。但增加流速，特故鈦對(duì)海水、氯化物溶液都有良好的耐腐蝕性。但增加流速，特別是在流速很高的情況下，一般會(huì)使磨損腐蝕加劇。如果材料原別是在流速很高的情況下，一般會(huì)使磨損腐蝕加劇。如果材料原來(lái)的耐蝕性能較好，則耐磨損腐蝕性能較好。來(lái)的耐蝕性能較好，則耐磨損腐蝕性能較好。七、應(yīng)力腐蝕破裂七、應(yīng)力腐蝕破裂 是指由是指由拉應(yīng)力和特定腐蝕介質(zhì)的共同作用拉應(yīng)力和特定腐蝕介質(zhì)的共同作用而引起金屬或而引起金屬或合金的破裂。其合金的破裂。其特點(diǎn)特點(diǎn)是，是，大部

38、分表面未遭破壞，只是一部分細(xì)裂大部分表面未遭破壞，只是一部分細(xì)裂紋穿透金屬或合金內(nèi)部紋穿透金屬或合金內(nèi)部。能在常用的設(shè)計(jì)應(yīng)力范圍之內(nèi)發(fā)生，因。能在常用的設(shè)計(jì)應(yīng)力范圍之內(nèi)發(fā)生，因此后果嚴(yán)重。此后果嚴(yán)重。 應(yīng)力腐蝕破裂的應(yīng)力腐蝕破裂的重要變量重要變量是溫度、溶液成分、金屬或合是溫度、溶液成分、金屬或合金的成分、應(yīng)力和金屬結(jié)構(gòu)。金的成分、應(yīng)力和金屬結(jié)構(gòu)。 實(shí)例實(shí)例：電廠凝汽器黃銅管拉制后應(yīng)力未消除時(shí)發(fā)生的腐：電廠凝汽器黃銅管拉制后應(yīng)力未消除時(shí)發(fā)生的腐蝕。蝕。 應(yīng)力腐蝕破裂的應(yīng)力腐蝕破裂的裂紋外貌是脆性機(jī)械斷裂裂紋外貌是脆性機(jī)械斷裂。應(yīng)力腐蝕破。應(yīng)力腐蝕破裂有裂有晶間破裂和穿晶破裂晶間破裂和穿晶破裂兩

39、種。晶間破裂沿晶界進(jìn)行，而穿晶破兩種。晶間破裂沿晶界進(jìn)行，而穿晶破裂的擴(kuò)展則沒(méi)有明顯的擇優(yōu)晶界。裂的擴(kuò)展則沒(méi)有明顯的擇優(yōu)晶界。 應(yīng)力腐蝕破裂的應(yīng)力腐蝕破裂的方向一般與作用應(yīng)力的方向垂直方向一般與作用應(yīng)力的方向垂直。 應(yīng)力的來(lái)源應(yīng)力的來(lái)源有：外加應(yīng)力、殘余應(yīng)力、焊接應(yīng)力以及有：外加應(yīng)力、殘余應(yīng)力、焊接應(yīng)力以及腐蝕產(chǎn)物產(chǎn)生的應(yīng)力。應(yīng)力增大，產(chǎn)生破裂的時(shí)間縮短。腐蝕產(chǎn)物產(chǎn)生的應(yīng)力。應(yīng)力增大，產(chǎn)生破裂的時(shí)間縮短。 浸在浸在干濕交替狀態(tài)干濕交替狀態(tài)的合金的合金比單相水溶液比單相水溶液中腐蝕中腐蝕嚴(yán)重嚴(yán)重。例例如如，有一個(gè)由不銹鋼鍛造的、壁厚，有一個(gè)由不銹鋼鍛造的、壁厚50mm50mm的高壓釜，間歇作業(yè)，

40、的高壓釜，間歇作業(yè)，僅運(yùn)行了幾次，外表就顯示出許多裂紋。原來(lái)該高壓釜表面是僅運(yùn)行了幾次，外表就顯示出許多裂紋。原來(lái)該高壓釜表面是用自來(lái)水冷卻的，每次運(yùn)行后，冷卻水夾套系統(tǒng)內(nèi)的水都排放用自來(lái)水冷卻的，每次運(yùn)行后，冷卻水夾套系統(tǒng)內(nèi)的水都排放掉，沾在高壓釜表面的水珠干后，氯化物就濃集了。掉，沾在高壓釜表面的水珠干后，氯化物就濃集了。 應(yīng)力腐蝕破裂的應(yīng)力腐蝕破裂的發(fā)展發(fā)展可以分為三個(gè)階段：可以分為三個(gè)階段：(P177)(P177)(1)(1)裂紋的形成裂紋的形成 腐蝕對(duì)裂紋的最初形成起著主要作用，應(yīng)力腐蝕對(duì)裂紋的最初形成起著主要作用，應(yīng)力腐蝕的裂紋一腐蝕的裂紋一般是從蝕孔底部開(kāi)始的般是從蝕孔底部開(kāi)始的

41、；(2)(2)裂紋的擴(kuò)展裂紋的擴(kuò)展 在裂紋的前沿存在著高應(yīng)力，而拉應(yīng)力的作在裂紋的前沿存在著高應(yīng)力，而拉應(yīng)力的作用對(duì)于撕裂保護(hù)膜十分重要，裂紋端部保護(hù)膜受到破壞和不能用對(duì)于撕裂保護(hù)膜十分重要，裂紋端部保護(hù)膜受到破壞和不能修復(fù)，使裂紋得以繼續(xù)擴(kuò)展。修復(fù)，使裂紋得以繼續(xù)擴(kuò)展。(3)(3)斷裂斷裂 裂紋擴(kuò)展時(shí)，金屬受力的截面積減小裂紋擴(kuò)展時(shí)，金屬受力的截面積減小, ,單位截面上單位截面上承受的拉應(yīng)力增大，直至斷裂。承受的拉應(yīng)力增大，直至斷裂。 不同冷卻水系統(tǒng)金屬的腐蝕形態(tài)和腐蝕速度是不同的。不同冷卻水系統(tǒng)金屬的腐蝕形態(tài)和腐蝕速度是不同的。為此，需要了解影響腐蝕的各種因素，知道哪些因素是促進(jìn)腐為此，需

42、要了解影響腐蝕的各種因素，知道哪些因素是促進(jìn)腐蝕的，哪些因素是可以抑制腐蝕的，從而設(shè)法避開(kāi)不利的因素，蝕的，哪些因素是可以抑制腐蝕的，從而設(shè)法避開(kāi)不利的因素，利用有利的因素，以減輕和防止冷卻水中金屬設(shè)備的腐蝕。利用有利的因素，以減輕和防止冷卻水中金屬設(shè)備的腐蝕。 冷卻水中金屬換熱設(shè)備腐蝕的影響因素很多，概括起冷卻水中金屬換熱設(shè)備腐蝕的影響因素很多，概括起來(lái)可以分為來(lái)可以分為化學(xué)因素化學(xué)因素、物理因素物理因素和和微生物因素微生物因素。本章僅討論其。本章僅討論其中的一些化學(xué)因素和物理因素，微生物方面的因素在第六章中中的一些化學(xué)因素和物理因素，微生物方面的因素在第六章中進(jìn)行討論。進(jìn)行討論。第四節(jié)第四

43、節(jié) 冷卻水中金屬腐蝕的影響因素冷卻水中金屬腐蝕的影響因素一、一、pHpH值值 pHpH值對(duì)金屬腐蝕速度的影響往往值對(duì)金屬腐蝕速度的影響往往取決于該金屬的氧取決于該金屬的氧化物在水中的溶解度對(duì)化物在水中的溶解度對(duì)pHpH值的依賴關(guān)系值的依賴關(guān)系。因?yàn)槟臀g性能與其。因?yàn)槟臀g性能與其表面上的氧化膜的性能密切相關(guān)。表面上的氧化膜的性能密切相關(guān)。 若該金屬的若該金屬的氧化物溶于酸氧化物溶于酸性水溶液性水溶液而不溶于堿而不溶于堿性水性水溶液，例如溶液，例如鎳、鐵、鎂鎳、鐵、鎂等，等，則則該金屬在該金屬在低低pHpH值值(4.3)(4.3)時(shí)就時(shí)就腐腐蝕得快蝕得快一些；一些；高高pHpH值值時(shí)就時(shí)就腐蝕得慢

44、腐蝕得慢一些。一些。 4.3pH9.04.3pH9.0，腐，腐蝕速度受蝕速度受pHpH之影響不大；之影響不大； 有些金屬的氧化物有些金屬的氧化物既溶于酸既溶于酸性水溶液中，性水溶液中，又溶于堿又溶于堿性水溶液中，被稱為兩性氧化物，該金屬被稱為性水溶液中，被稱為兩性氧化物，該金屬被稱為兩性金屬兩性金屬，例如例如鋁、鋅、鉛和錫鋁、鋅、鉛和錫。在。在中間的中間的pHpH值范圍內(nèi)值范圍內(nèi)具有最高的腐蝕具有最高的腐蝕穩(wěn)定性，穩(wěn)定性，pH4.3pH10pH10腐蝕快。腐蝕快。( (見(jiàn)教材見(jiàn)教材p179p179圖圖3-143-14，3-15)3-15)二、陰離子二、陰離子 水中不同的陰離子在增加金屬蝕速度方

45、面具有以下順序：水中不同的陰離子在增加金屬蝕速度方面具有以下順序： 冷卻水中的冷卻水中的ClCl、BrBr、I I等活性離子能破壞碳鋼、不等活性離子能破壞碳鋼、不銹鋼和鋁等金屬或合金表面的鈍化膜，銹鋼和鋁等金屬或合金表面的鈍化膜，增加增加其其腐蝕腐蝕反應(yīng)的陽(yáng)極反應(yīng)的陽(yáng)極過(guò)程過(guò)程速度，引起金屬的局部腐蝕速度，引起金屬的局部腐蝕。 水中的水中的鉻酸根、亞硝酸根、硅酸根和磷酸根鉻酸根、亞硝酸根、硅酸根和磷酸根等陰離子等陰離子則對(duì)鋼有則對(duì)鋼有緩蝕緩蝕作用，其鹽類是一些常用的冷卻水緩蝕劑。作用，其鹽類是一些常用的冷卻水緩蝕劑。 三、絡(luò)合劑三、絡(luò)合劑 又稱配體，冷卻水中常遇到的絡(luò)合劑有：又稱配體，冷卻水中

46、常遇到的絡(luò)合劑有：NHNH3 3、CNCN、EDTAEDTA和和ATMPATMP等。它們等。它們能與水中的金屬離子能與水中的金屬離子( (例如銅離子例如銅離子) )生成可溶生成可溶性的絡(luò)離子性的絡(luò)離子( (配離子配離子) )，使，使水中金屬離子水中金屬離子的游離的游離濃度降低濃度降低，金屬的，金屬的電極電位降低，從而電極電位降低，從而使金屬的腐蝕速度增加使金屬的腐蝕速度增加。例如，冷卻水中有。例如，冷卻水中有氨存在時(shí)，能與銅離子生成穩(wěn)定的氨存在時(shí)，能與銅離子生成穩(wěn)定的銅氨絡(luò)離子銅氨絡(luò)離子Cu(NHCu(NH3 3) )4 42+2+而使銅加而使銅加速溶解。速溶解。四、硬度四、硬度 水中含有水中

47、含有一一定濃度的鈣、鎂離子定濃度的鈣、鎂離子時(shí)，形成致密堅(jiān)硬的水時(shí)，形成致密堅(jiān)硬的水垢可起保護(hù)層的作用，垢可起保護(hù)層的作用，減緩碳鋼腐蝕減緩碳鋼腐蝕，故，故軟水比硬水腐蝕性強(qiáng)軟水比硬水腐蝕性強(qiáng)。 鈣、鎂離子鈣、鎂離子濃度過(guò)高時(shí)濃度過(guò)高時(shí)，會(huì)與水中的碳酸根、磷酸根或，會(huì)與水中的碳酸根、磷酸根或硅酸根生成多種水垢，若沉積在金屬表面不均勻則引起硅酸根生成多種水垢，若沉積在金屬表面不均勻則引起垢下腐蝕垢下腐蝕。五、金屬離子五、金屬離子 冷卻水中的冷卻水中的堿金屬離子堿金屬離子，例如，例如NaNa+ +和和K K+ +，對(duì)對(duì)金屬和合金金屬和合金的的腐蝕速度沒(méi)有明顯腐蝕速度沒(méi)有明顯或直接的或直接的影響影響

48、。 銅、銀、鉛等銅、銀、鉛等重金屬重金屬離子離子在冷卻水中在冷卻水中對(duì)鋼、鋁、鎂、鋅對(duì)鋼、鋁、鎂、鋅這幾種常用金屬起這幾種常用金屬起有害有害作用。因?yàn)樗鼈儤?biāo)準(zhǔn)電極電位高，在水作用。因?yàn)樗鼈儤?biāo)準(zhǔn)電極電位高，在水中通過(guò)中通過(guò)置換作用置換作用，以小陰極的形式析出在金屬表面，形成微電，以小陰極的形式析出在金屬表面，形成微電池而池而引起基體金屬的腐蝕引起基體金屬的腐蝕，稱析出腐蝕。，稱析出腐蝕。 在在酸性酸性溶液中溶液中，F(xiàn)eFe3+3+是一種陰極反應(yīng)加速劑是一種陰極反應(yīng)加速劑。某些礦。某些礦物水具有強(qiáng)烈的腐蝕性，其原因就在于此。在物水具有強(qiáng)烈的腐蝕性，其原因就在于此。在中性中性溶液中溶液中，F(xiàn)eFe2

49、+2+可抑制銅和銅合金的腐蝕可抑制銅和銅合金的腐蝕。 ZnZn2+2+對(duì)鋼有緩蝕作用，對(duì)鋼有緩蝕作用，故鋅鹽被廣泛用作冷卻水緩蝕故鋅鹽被廣泛用作冷卻水緩蝕劑。劑。六、溶解性氣體六、溶解性氣體1 1、氧、氧 氧對(duì)鋼鐵的腐蝕有氧對(duì)鋼鐵的腐蝕有兩個(gè)作用兩個(gè)作用：濃度低時(shí)，參加陰極反應(yīng)，：濃度低時(shí)，參加陰極反應(yīng)，加速腐蝕；濃度高時(shí)，在金屬表面形成氧化膜，抑制腐蝕。所以，加速腐蝕；濃度高時(shí)，在金屬表面形成氧化膜，抑制腐蝕。所以，在在中性或微堿性溶液中中性或微堿性溶液中，腐蝕速度先隨溶解氧濃度增加而增加，腐蝕速度先隨溶解氧濃度增加而增加，過(guò)了臨界點(diǎn)，隨溶解氧濃度升高而下降過(guò)了臨界點(diǎn)，隨溶解氧濃度升高而下降

50、( (形成氧化膜形成氧化膜) )。但。但pH7pH7時(shí)時(shí)，溶解氧不會(huì)在碳鋼表面形成氧化膜，無(wú)溶解氧臨界點(diǎn)值，氧越多，溶解氧不會(huì)在碳鋼表面形成氧化膜，無(wú)溶解氧臨界點(diǎn)值，氧越多，腐蝕速度越快。腐蝕速度越快。 氧對(duì)腐蝕性的影響隨金屬而變化。氧對(duì)腐蝕性的影響隨金屬而變化。(1)(1)鋼鐵鋼鐵 在水對(duì)鋼鐵的腐蝕過(guò)程中，溶解氧的濃度是控制因在水對(duì)鋼鐵的腐蝕過(guò)程中，溶解氧的濃度是控制因素。素。P183P183圖圖3-183-18中示出了淡水中低碳鋼的腐蝕速度與氧含量和溫中示出了淡水中低碳鋼的腐蝕速度與氧含量和溫度間的關(guān)系。由圖中可見(jiàn)，在實(shí)驗(yàn)的溫度和氧含量的范圍內(nèi)，度間的關(guān)系。由圖中可見(jiàn)，在實(shí)驗(yàn)的溫度和氧含量

51、的范圍內(nèi)，低低碳鋼的腐蝕速度隨氧含量的增加而增加。碳鋼的腐蝕速度隨氧含量的增加而增加。(2)(2)銅和銅合金銅和銅合金 其腐蝕速度較低。在很軟的水中，氧和二氧其腐蝕速度較低。在很軟的水中，氧和二氧化碳含量高時(shí)，能使銅的腐蝕速度增加?；己扛邥r(shí)，能使銅的腐蝕速度增加。(3)(3)鋁鋁 鋁的表面在水中有生成氧化膜的傾向，甚至在沒(méi)有溶鋁的表面在水中有生成氧化膜的傾向，甚至在沒(méi)有溶解氧時(shí)也是如此。在鋁腐蝕過(guò)程中，氧并不是一種腐蝕促進(jìn)劑。解氧時(shí)也是如此。在鋁腐蝕過(guò)程中，氧并不是一種腐蝕促進(jìn)劑。2 2、二氧化碳、二氧化碳 一方面一方面，當(dāng)，當(dāng)COCO2 2含量高時(shí)，不易生成碳酸鈣沉淀，使碳鋼含量高時(shí)，不

52、易生成碳酸鈣沉淀，使碳鋼表面易受腐蝕；表面易受腐蝕；另一方面另一方面， COCO2 2溶于冷卻水中，生成碳酸或碳酸溶于冷卻水中，生成碳酸或碳酸氫鹽，水的酸性增加，有助于氫的析出和金屬表面膜的溶解破壞。氫鹽，水的酸性增加，有助于氫的析出和金屬表面膜的溶解破壞。總的來(lái)說(shuō)，沒(méi)有氧影響的明顯?？偟膩?lái)說(shuō)，沒(méi)有氧影響的明顯。 沒(méi)有氧存在時(shí)，溶沒(méi)有氧存在時(shí)，溶解狀態(tài)二氧化碳解狀態(tài)二氧化碳的存在的存在會(huì)引起鋼和會(huì)引起鋼和銅的腐蝕銅的腐蝕，但，但不會(huì)引起鋁的腐蝕不會(huì)引起鋁的腐蝕。3 3、氨、氨 氨多在工藝系統(tǒng)泄漏時(shí)進(jìn)入冷卻水中，例如合成氨廠。氨多在工藝系統(tǒng)泄漏時(shí)進(jìn)入冷卻水中，例如合成氨廠。當(dāng)冷卻水中當(dāng)冷卻水中存

53、在氧化劑時(shí)存在氧化劑時(shí)，氨就選擇性地，氨就選擇性地腐蝕銅腐蝕銅，生成可溶性，生成可溶性的四氨合銅絡(luò)離子的四氨合銅絡(luò)離子Cu(NHCu(NH3 3) )4 42+2+。 冷卻水中的冷卻水中的氨對(duì)鋁和碳鋼都沒(méi)有腐蝕性氨對(duì)鋁和碳鋼都沒(méi)有腐蝕性。4 4、硫化氫、硫化氫 是能夠進(jìn)入冷卻水系統(tǒng)中的是能夠進(jìn)入冷卻水系統(tǒng)中的最有害的氣體之一最有害的氣體之一。它是由。它是由于工藝過(guò)程污染、大氣污染、有機(jī)體污染而進(jìn)入的，或者是由于工藝過(guò)程污染、大氣污染、有機(jī)體污染而進(jìn)入的，或者是由于硫酸鹽還原菌還原水中的硫酸鹽后生成的。于硫酸鹽還原菌還原水中的硫酸鹽后生成的。 硫化氫硫化氫會(huì)加速銅、鋼和合金鋼的腐蝕會(huì)加速銅、鋼和

54、合金鋼的腐蝕，尤其是加速凝汽，尤其是加速凝汽器銅合金管的點(diǎn)蝕。在水中生成器銅合金管的點(diǎn)蝕。在水中生成FeSFeS沉淀，對(duì)金屬鐵來(lái)說(shuō)成為陰沉淀，對(duì)金屬鐵來(lái)說(shuō)成為陰極，鐵為陽(yáng)極，形成電偶腐蝕。但硫化氫極，鐵為陽(yáng)極，形成電偶腐蝕。但硫化氫對(duì)鋁沒(méi)有腐蝕性對(duì)鋁沒(méi)有腐蝕性。5 5、二氧化硫、二氧化硫 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的噴淋式冷卻塔噴淋式冷卻塔在運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)在運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)吸收工業(yè)性大氣中的吸收工業(yè)性大氣中的SOSO2 2。溶解的溶解的SOSO2 2會(huì)降低水的會(huì)降低水的PHPH值，增加它值，增加它對(duì)金屬的腐蝕性對(duì)金屬的腐蝕性。 6 6、氯、氯 氯是控制冷卻水中微生物生長(zhǎng)最常用的殺生劑。氯

55、進(jìn)入氯是控制冷卻水中微生物生長(zhǎng)最常用的殺生劑。氯進(jìn)入水中后，水解生成鹽酸和次氯酸：水中后，水解生成鹽酸和次氯酸： 因此，氯會(huì)因此，氯會(huì)降低冷卻水的降低冷卻水的pHpH值值，增加水的腐蝕性增加水的腐蝕性。同時(shí)，。同時(shí)，生成的生成的氯離子促進(jìn)碳鋼、不銹鋼、鋁等金屬或合金的局部腐蝕氯離子促進(jìn)碳鋼、不銹鋼、鋁等金屬或合金的局部腐蝕( (孔蝕、縫隙腐蝕孔蝕、縫隙腐蝕) )，還會(huì)對(duì)某些氧化性保護(hù)膜的形成起阻滯、還會(huì)對(duì)某些氧化性保護(hù)膜的形成起阻滯、破壞作用破壞作用。所以，循環(huán)冷卻水中要求氯離子濃度。所以，循環(huán)冷卻水中要求氯離子濃度500mg/L500mg/L。七、酸、堿、鹽的濃度七、酸、堿、鹽的濃度 多數(shù)金

56、屬多數(shù)金屬在非氧化性酸在非氧化性酸( (例如鹽酸例如鹽酸) )中中，隨著，隨著酸濃度的增酸濃度的增加加，腐蝕加劇腐蝕加??；在；在氧化性酸氧化性酸( (例如硝酸、濃硫酸例如硝酸、濃硫酸) )中中，則隨著濃度，則隨著濃度的增加，的增加，腐蝕速度有一個(gè)最高值腐蝕速度有一個(gè)最高值。當(dāng)濃度超過(guò)一定數(shù)值以后，金。當(dāng)濃度超過(guò)一定數(shù)值以后，金屬表面生成保護(hù)膜，腐蝕速度下降。屬表面生成保護(hù)膜，腐蝕速度下降。 稀堿溶液中金屬的腐蝕產(chǎn)物是稀堿溶液中金屬的腐蝕產(chǎn)物是不易溶解的不易溶解的氫氧化物氫氧化物，對(duì)，對(duì)金屬金屬有保護(hù)作用有保護(hù)作用。但如果。但如果堿的濃度增加或溫度升高堿的濃度增加或溫度升高，則，則某些某些金屬金

57、屬的的氫氧化物將會(huì)溶解氫氧化物將會(huì)溶解( (如如FeFe、Al)Al)，腐蝕速度又增大腐蝕速度又增大。 水中水中含鹽量多含鹽量多，電導(dǎo)率大，電子傳遞快，電導(dǎo)率大，電子傳遞快，腐蝕加劇腐蝕加劇。在。在不具有氧化性和緩蝕作用的不具有氧化性和緩蝕作用的中性鹽水溶液中中性鹽水溶液中，腐蝕速度，腐蝕速度- -濃度曲濃度曲線上有一最高點(diǎn)。低濃度范圍內(nèi)，濃度的增加，導(dǎo)電性增加，腐線上有一最高點(diǎn)。低濃度范圍內(nèi)，濃度的增加，導(dǎo)電性增加，腐蝕速度增大；當(dāng)超過(guò)某個(gè)濃度后，由于溶解氧濃度減小，腐蝕速蝕速度增大；當(dāng)超過(guò)某個(gè)濃度后，由于溶解氧濃度減小，腐蝕速度下降。度下降。八、懸浮固體八、懸浮固體 冷卻水中往往存在由泥土

58、、砂粒、塵埃、腐蝕產(chǎn)物、水冷卻水中往往存在由泥土、砂粒、塵埃、腐蝕產(chǎn)物、水垢、微生物粘泥等不溶性物質(zhì)組成的懸浮物。垢、微生物粘泥等不溶性物質(zhì)組成的懸浮物。 這些懸浮物這些懸浮物在在冷卻水的冷卻水的低流速部位低流速部位，容易生成不均勻的，容易生成不均勻的疏松的沉積層，沉積層下面的金屬和周圍的金屬形成濃差電池，疏松的沉積層，沉積層下面的金屬和周圍的金屬形成濃差電池，引起垢下腐蝕。引起垢下腐蝕。 當(dāng)冷卻水的當(dāng)冷卻水的流速過(guò)高時(shí)流速過(guò)高時(shí)，這些懸浮物的顆粒容易，這些懸浮物的顆粒容易對(duì)硬度對(duì)硬度較低的金屬或合金較低的金屬或合金( (例如凝汽器中的黃銅管例如凝汽器中的黃銅管) )產(chǎn)生磨損腐蝕產(chǎn)生磨損腐蝕。

59、所以，。所以，應(yīng)適當(dāng)控制冷卻水的濁度。應(yīng)適當(dāng)控制冷卻水的濁度。 九、流速九、流速 在淡水中，金屬的腐蝕主要是耗氧腐蝕。因此在淡水中，金屬的腐蝕主要是耗氧腐蝕。因此在流速在流速較低較低時(shí)，時(shí)，腐蝕速度隨水流速的增加而增加腐蝕速度隨水流速的增加而增加。因?yàn)榱魉僭黾?，水。因?yàn)榱魉僭黾?，水?dāng)y帶到金屬表面的溶解氧的流量隨之增加。當(dāng)水的攜帶到金屬表面的溶解氧的流量隨之增加。當(dāng)水的流速足夠高流速足夠高時(shí)時(shí)，足量的氧足量的氧到達(dá)金屬表面，到達(dá)金屬表面，使金屬部分使金屬部分或全部或全部鈍化鈍化。如果鈍。如果鈍化發(fā)生，化發(fā)生，腐蝕速度下降腐蝕速度下降。 如果水的如果水的流速繼續(xù)增加流速繼續(xù)增加，這時(shí)，這時(shí)水對(duì)水對(duì)

60、金屬表面上金屬表面上鈍化膜鈍化膜的沖擊腐蝕將使金屬的腐蝕速度重新增大的沖擊腐蝕將使金屬的腐蝕速度重新增大。 對(duì)氯離子濃度高的對(duì)氯離子濃度高的海水海水，流，流速增加，腐蝕速度總是加速增加，腐蝕速度總是加快快的。因?yàn)楹Ｋ谌魏瘟魉傧露疾粫?huì)發(fā)生金屬鈍化。的。因?yàn)楹Ｋ谌魏瘟魉傧露疾粫?huì)發(fā)生金屬鈍化。十、電偶十、電偶 在冷卻水系統(tǒng)中，不同金屬或合金材料間的接觸或連在冷卻水系統(tǒng)中，不同金屬或合金材料間的接觸或連接常常是不可避免的，尤其在復(fù)雜的設(shè)備或成套的裝置中。接常常是不可避免的，尤其在復(fù)雜的設(shè)備或成套的裝置中。發(fā)發(fā)生連接的兩種生連接的兩種( (或兩種以上或兩種以上) )的金屬的金屬或合金，或合金，如如果