大學化學與化工安全工程經典課件第七章 工業(yè)腐蝕與預防措施.ppt

1、第一節(jié)工業(yè)腐蝕及其危害第二節(jié)工業(yè)腐蝕的典型類型第三節(jié)應力腐蝕裂紋第四節(jié)腐蝕監(jiān)測技術第五節(jié)設置修訂和選擇材料的防腐考慮第六節(jié)材料的防腐措施，第七章工業(yè)腐蝕和預防措施，一、工業(yè)腐蝕概要腐蝕是材料在周圍介質的作用下產生的破壞。 材料的腐蝕原因有物理、化學、生物、機械等。 工業(yè)腐蝕主要是由于原材料中含有以及過程中生成的腐食性成分。 大氣中的雜質、水中的微量氯元素和溶存氧也會產生腐蝕作用。 第一節(jié)工業(yè)腐蝕及其危害、腐蝕按環(huán)境或原因分為大氣腐蝕、土壤腐蝕、海洋腐蝕、生物腐蝕、水腐蝕、非水溶液腐蝕等。 根據(jù)腐蝕結果或表現(xiàn)形式，有點腐蝕、間隙腐蝕、粒間腐蝕、應力腐蝕、應力腐蝕裂紋、腐蝕疲勞、磨損腐蝕等。 第一

2、節(jié)工業(yè)腐蝕及其危害，二、腐蝕反應歷程1、化學腐蝕是指周圍介質對金屬產生化學作用而造成的破壞。 有金屬氧化、高溫硫化、滲碳、脫碳、氫腐蝕(氫脆)等。 金屬氧化是金屬在高溫或干燥瓦斯氣體中與氧反應生成的腐蝕。 高溫硫化是指含硫介質在高溫下與金屬作用生成硫化物的腐蝕過程。 特別是在水蒸氣存在的條件下進行腐蝕。 滲碳是指一氧化碳、烴類等含碳物質在高溫下與鋼接觸分解成游離碳，侵入鋼內形成碳化物的過程。 第一節(jié)工業(yè)腐蝕及其危害、脫碳是指鋼中的滲碳體在高溫與瓦斯氣體介質發(fā)生化學反應而引起滲碳體脫碳過程。 氫腐蝕：氫介質與金屬中的碳反應使金屬脫碳的過程。 2 .電化學腐蝕：當金屬材料與電解質溶液接觸時，在不同

3、成分或組成的金屬材料之間形成原電池，在此背景下，由于陽兩極間發(fā)生的氧化還原反應，某些成分或組成的金屬材料溶解，材料發(fā)生故障。 兩種不同的金屬在溶液中直接接觸，根據(jù)其電極電位的不同構成腐蝕電池，使電極電位的負金屬溶解腐蝕，這是電腐蝕或接觸腐蝕。 3、物理腐蝕：高溫熔化(熔鹽設備)，第一節(jié)工業(yè)腐蝕及其危害，三、腐蝕的危害和損失化工中的腐蝕可引起各種事故(特別是壓力容器和管道)。 污染環(huán)境的物質大部分是腐蝕性物質(酸雨)。 腐蝕造成的嚴重經濟損失見P177-178，第一節(jié)工業(yè)腐蝕及其危害，一、均勻腐蝕是金屬結構全面或大面積程度相同的腐蝕，也稱為均勻腐蝕。 局部腐蝕是指在金屬結構的特定區(qū)域或部位的腐蝕

4、。 均勻腐蝕的速度也可以用金屬結構的每單位時間的質量損失表示的金屬每年腐蝕的深度，即金屬部件每年變薄的程度來表示。 第二節(jié)工業(yè)腐蝕的典型類型，金屬材料的腐蝕等級，第二節(jié)工業(yè)腐蝕的典型類型，二、狹縫腐蝕是在電解質溶液中，在金屬和金屬、金屬和非金屬之間的狹縫內發(fā)生的腐蝕。 1 .腐蝕反應歷程縫隙液積存的流動差，峰內構成濃差電池，與陽極溶解發(fā)生陰極還原反應。 陽極反應： MeMe e陰極反應： O2 2H2O 4e OH-儲液流動差，氧難以補充，腐蝕產物發(fā)生堵塞作用，產生多金屬絡離子，破壞狹縫內外的電平衡，溶液內的氯元素絡離子等進入狹縫內形成金屬鹽， 鹽水解作用形成游離酸加速金屬熔化率，促進金屬絡離

5、子的增加，在自催化作用下，第二節(jié)工業(yè)腐蝕的典型，2 .影響因素的狹縫寬度在0.10-0.12mm之間最易腐蝕，一般腐蝕的狹縫寬度約為0.025-3.125mm的溶氧量越大， 如果間隙反應進行的溶液中的氯元素絡離子增加，間隙腐蝕進行的腐蝕溶液的PH處于使狹縫外金屬鈍化的狀態(tài)，則PH降低時腐蝕進行。第二節(jié)工業(yè)腐蝕的典型類型，三、點腐蝕是金屬表面?zhèn)€別小點上深度大的腐蝕，簡稱點腐蝕，也稱小點腐蝕。 金屬表面的露頭、偏移、介質的不均等是點蝕源。 介質對點蝕的影響：含有氯化物、溴化物、次氯酸鹽等溶液和氯元素絡離子的天然水最容易發(fā)生點蝕。 氯化亞銅、氯化亞鐵等存在于氟化劑和云同步，就發(fā)生點蝕。 介質中的OH

6、-、NO3-、SO4-、ClO4-和存在溶液中的氯元素絡離子比達到一定值時具有抑制點蝕的作用，否則作用增強。 通過增加溶液的流速，可以減少點蝕。 第二節(jié)工業(yè)腐蝕的典型類型是四、氫損傷包括氫腐蝕和氫脆化，是由于氫的作用導致材料性能下降的現(xiàn)象。 1 .氫腐蝕高溫高壓下，氫引起鋼組織架構的變化，使機械性能惡化。 氫瓦斯氣體在高溫高壓下在鋼表面分解為h，h通過化學吸附透過金屬表面固態(tài)溶液，擴散到鋼內部，h在夾雜物和金屬的邊界形成H2或與碳化相結合生成甲烷。 封閉凝聚形成高壓，引起應力集中，引起微裂紋的產生。 常見的鋼氫腐蝕在軟鋼或鋼表面出現(xiàn)鼓泡，金相組織沿晶界出現(xiàn)許多微裂紋。 被腐蝕的鋼強度塑性降低，

7、容易脆斷。 無法通過脫氫來恢復機器的性能。 第二節(jié)工業(yè)腐蝕的典型類型，2 .氫脆化是指氫向金屬內部擴散，使金屬材料脆化的現(xiàn)象。 氫脆具有可逆性，在不脆之前在100-150之間進行熱處理，保溫24小時即可消除脆性。 氫脆與應力腐蝕不同，不需要腐蝕環(huán)境，常溫下更容易發(fā)生氫脆。 合金鋼材碳化物的組織狀況直接影響氫脆，合金鋼材強度水平越高，氫脆易感性越大。 第二節(jié)工業(yè)腐蝕的典型類型，一、應力腐蝕簡介金屬或合金由于應力，特別是抗拉應力，在特定的腐蝕環(huán)境中，材料在外觀上變化不大，但發(fā)生了裂紋。 這是應力腐蝕裂紋。 外觀無明顯變化，發(fā)展迅速，預測困難，因此更加危險。 消除應力腐蝕裂紋一般通過改變材料來解決。

8、 焊接部位沒有發(fā)生應力腐蝕裂紋，平時要特別注意。 第三節(jié)在應力腐蝕裂紋、化工行業(yè)引起應力腐蝕的產品材料中的雜質有硫、硫化物、氯化納金屬釷和氯化錳等無機鹽、脂環(huán)族酸、氮化合物等，堿、催化劑等也可以引起應力腐蝕裂紋。 二、應力腐蝕的反應歷程和表征機械化學效應：金屬材料在應力作用下在應力集中處快速變形屈服成為腐蝕電池陽極區(qū)，構成金屬表面腐蝕電池陰極區(qū)和小陽極大陰極的腐蝕電池。 使金屬沿著特定的狹窄區(qū)域迅速溶解開裂。 堵塞電池理論：若干幾何因素使電解液在金屬裂紋發(fā)生點的流動惡化，形成堵塞電池。 這里是陽極，其他是陰極，閉塞區(qū)域內的金屬溶解，通過之后的自催化作用，溶解變得更加迅速，發(fā)展為裂縫。第三節(jié)應力

9、腐蝕裂紋、表面膜理論：金屬表面膜因應力而破壞，露出新的表面，由于新的表面與保護膜的有部分有電位差，構成腐蝕電池陽極，溶解發(fā)生裂紋。 氫脆理論：根據(jù)應力，金屬腐蝕生成的氫被金屬吸收，產生氫應變鎳鋅鐵氧體和高活性氫化物，使金屬材料脆化并產生裂紋。 產生應力腐蝕的材料主要是合金，引起應力腐蝕裂紋的主要是抗拉應力。 壓縮應力會引起應力腐蝕裂紋，但很明顯。 第三節(jié)應力腐蝕裂紋、三、應力腐蝕的影響因素1 .不銹鋼應力腐蝕(1)氯化物(2)堿(3)硫化物2 .碳鋼、低合金鋼應力腐蝕(1)硫化氫(2)堿(3)co-2 .尺極化電阻：對電解液中腐蝕的金屬施加小的電壓，就會產生一定的電流，電壓和電流之比稱為極化電

10、阻。 極化電阻與腐蝕速率成反比。 可以通過極化電阻的測定來決定腐蝕速率。 3 .電位法：通過電位測定確定腐蝕程度和腐蝕種類。 4、渦流技術：第四節(jié)腐蝕監(jiān)測技術、二、物理監(jiān)測技術1、醫(yī)學超聲技術2、氫監(jiān)測技術3、腐蝕環(huán)境監(jiān)測法1、化學法工藝材料構成了設備的腐蝕環(huán)境。 用化學分析的方法測定了材料PH值、氧濃度、銦比特爾濃度等腐蝕相關殘奧，了解腐蝕情況。 2 .罷工尺說唱樂是將材料試驗片掛在腐蝕材料上，保持一定時間后，確定其腐蝕狀況。第四節(jié)腐蝕監(jiān)測技術，一、防腐設置糾正時不出現(xiàn)間隙，焊接時進行雙面焊，進行連續(xù)焊接，避免焊接和點焊。 盡可能減少設備的死角，消除積液引起的設備腐蝕。 二、材料選擇防腐設備

11、選擇材料根據(jù)介質的性質、濃度、雜質、腐蝕產物、材料化學反應、溫度、壓力、流速等工藝條件，材料的耐腐蝕性能進行材料的綜合選擇。 化學工業(yè)中應用于腐食性介質的推薦耐腐蝕材料如P184表7-2所示。 第五節(jié)設置修訂和材料選擇防腐，一、電化學保護在腐蝕介質中，腐蝕的金屬通過陽極電流，在其表面形成強耐腐蝕性的鈍化膜，保護金屬稱為陽極保護。 既可以以電雙位數(shù)式陽極保護的形式應用，也可以與涂料或靛比特爾并用。 對腐蝕金屬也可以進行陰極保護。 有外加電流法和犧牲陽極法。 施加電流法：將直流電源的負極與被保護金屬連接，將正極與施加輔助電極連接，電源使陰極電流流過被保護金屬，抑制腐蝕。第六節(jié)材料防腐措施、犧牲陽極

12、法：也稱屏幕保護，通過連接電極電位的負金屬和被保護金屬構成腐蝕電池。 電位的負的金屬(陽極)在腐蝕中流出的電流抑制被保護的金屬的腐蝕。 也可以與涂料和靛比特爾并用。 二、印加比特爾的應用，能夠阻止腐蝕介質對金屬的腐蝕、降低腐蝕速率的物質叫做印加比特爾。 有無機砷比特爾和有機砷比特爾。 無機銦比特爾中，有鉻酸鹽、硝酸鹽等氧化性銦比特爾的有機銦比特爾有胺類、醛類、雜環(huán)化化合物、咪唑啉、有機硫等。 第六節(jié)材料防腐、緩蝕作用的反應歷程吸附理論：腐蝕抑制劑吸附在金屬表面，形成連續(xù)的吸附膜，在腐食性介質和金屬之間發(fā)揮隔離作用，阻止金屬腐蝕。 成膜理論：腐食性介質與銦比特爾反應生成難溶性化合物，在金屬表面形

13、成難溶性金屬膜，對金屬發(fā)揮屏蔽作用，阻止對金屬的腐蝕。 電化學理論：吲哚比特爾對金屬陽極或陰極腐蝕發(fā)揮封搖滾樂作用，降低腐蝕速率，達到緩蝕的目的. 第6節(jié)材料的防腐蝕對策一般情況下，緩蝕效率隨著砷比特爾濃度的增加而增加，但達到一定濃度時，砷比特爾濃度的增加反而緩蝕效率降低。 溫度低，緩蝕效率高，溫度上升，吸附作用降低，腐蝕加劇。 溫度上升，有時緩蝕效率高。 這是因為形成的反應生成物膜和鈍化膜的質量好。 腐食性介質流速增加，緩蝕效率降低。 但是，由于腐食性介質的流動，印加比特爾分布變得均勻，印加比特爾效率可能提高。 第六節(jié)材料的防腐措施，三、金屬保護層1 .保護層和其類型(內襯層)金屬保護層是指

14、用具有強耐腐蝕性的金屬或合金復蓋耐腐蝕性差的金屬表面的金屬層。 有襯里金屬層、表面合金化金屬層、無電解鍍金屬層、絡離子鍍金屬層、噴鍍金屬層、熔融鍍金屬層、鍍金屬層。 2 .化學被膜(化學被膜，例如磷酸鹽被膜)對被保護的金屬表面進行預處理，除去水垢、銹生成物及油污等污染物質，使云同步得到適當?shù)拇植诙?。然后，進行化學或電化學反應，形成具有良好附著力、耐腐蝕性的反應生成物膜，稱為化學成膜或化學成層。 第六節(jié)材料的防腐措施、鐵元素鋼氧化膜、轉化過程是氧化，稱為藍發(fā)。 由磷酸處理形成的磷酸鹽被膜稱為磷酸鹽。 草酸處理形成的草酸鹽膜稱為草酸化。 鉻酸鹽處理中形成的鈍化膜稱為鈍化處理。 進行陽極轉化膜形成陽極氧