金属腐蚀与防护保护技术PPT学习教案

1、会计学1 金属腐蚀与防护保护技术金属腐蚀与防护保护技术 材料 环境 材料本性 环境条件 腐蚀原因 腐蚀形式 本质机理 规律性 影响因素 控 制 方 法 效果 工艺 施工 经济 环境 效益 第1页/共101页 最常用防护技术和措施最常用防护技术和措施 (1) 合理选材； (2) 合理防腐设计； (3) 电化学保护（阴极保护、阳极保护、牺牲阳极 保护）； (4) 介质环境处理； (5) 缓蚀剂； (6) 表面处理； (7) 表面涂覆和衬里。 第2页/共101页 8.1 合理选材合理选材 （1）实际环境、工况条件及可能的变化； （2）材料结构、性能及可能的变化。 合理选材合理选材正确设计 精心施工

2、选材依据： 维护管理 耐久安全 选材重要一环 第3页/共101页 1实际介质实际介质/环境条件环境条件 介质、浓度、杂质、电导、pH、腐蚀产物、温度、压力、流速等。 氧化性介质（HNO3） 不锈钢、铝、钛等钝化型金属。 还原性介质（HCl） 硅铸铁、铅、钛等或非金属材料。 高温腐蚀加快 更高耐蚀材料。 压力体系 高强度合金材料, 压力越大, 耐蚀性要求越高。 第4页/共101页 环境特殊腐蚀环境特殊腐蚀 设备工件热加工, 焊接可引起晶间腐蚀。 设备受力作用可能诱发应力腐蚀开裂。 介质Cl是引起点腐蚀的主要因素。 设备机械连接, 结垢可能产生电偶腐蚀和缝隙腐蚀。 设备反复运转则可能存在腐蚀疲劳危

3、险性。 第5页/共101页 2. 材料性能材料性能 材料本性 强度、塑性、冲击韧性、耐蚀性、加工性能、成本、经济效应等， 应综合考虑各项指标, 最佳选择。 选材一般步骤： （1） 查阅有关资料, 手册, 书籍, 数据库, 专家系统， 参考前人工作, 数据和经验积累； （2） 实地调查, 科学分析, 为选材提供第一手资料； （3） 必要的实验, 当现有数据资料不足, 要设计实验, 如现场挂片试验、模拟生产实验、实验室挂片、各种方法的腐蚀速率测量及各类局部腐蚀的评价。 第6页/共101页 选材图 I 0Cr13, 1Cr18Ni9, Ti II Cr18Ni12MoTi, 0Cr18Ni9 III

4、 0Cr18Ni9,Cr18Ni12M o3Ti IV Ti, Cr35Ni, 锆，高硅 铁 V Cr18Ni11Si4AlTi, Ti, 高纯铝 第7页/共101页 腐蚀图（0.1mm/y可用) 特定材料在一定的环境介质和温度条件下的腐蚀图 Cr17Ti 第8页/共101页 8.2 合理设计合理设计 从从腐蚀与防蚀原理出发, 合理设计至关重要。 结构设计 机械加工 工艺流程 防腐蚀设计 第9页/共101页 1. 防腐蚀设计原则防腐蚀设计原则 (1) 防电偶腐蚀电偶腐蚀 选用同种金属或电偶序相近材料，当电位差大于50mV , 连接处隔离绝缘, 注意避免大阴极和小阳极； (2) 避免SCC 设备

5、部件在改变形状尺寸时， 要有足够的圆弧过渡。减小外压力集中, 减小工件残余应力, 如焊接热处理 (如退火,固溶处理) ； (3) 避免缝隙缝隙 消除铆接, 改善法兰垫片, 尽量完全封闭或完全敞开。防止产物结垢沉淀； (4) 避免局部高温局部高温 高温气体的入口管端； (5) 避免浓差电池浓差电池防止残留液或沉淀物腐蚀； (6) 避免强烈冲刷冲刷加料入口管端等； (7) 结构尽量简单, 表面积尽量小，便于施工、维修、处理 第10页/共101页 Al Cu Al 第11页/共101页 第12页/共101页 高速热流高速热流 第13页/共101页 2. 材料机械加工对腐蚀的影响材料机械加工对腐蚀的影

6、响 （1） 焊接对腐蚀影响 焊接位置优先快速腐蚀破坏 普遍、难题 表面缺陷、夹杂、组织变化、残余应力腐蚀主要原因 焊接热影区的金相组织变化，焊接过程因加热速度、冷却速度不同而导致不同热影响区的组织不同, 腐蚀行为亦不同。 焊接缺陷对腐蚀性能有较大影响， 如焊瘤引起缝隙和应力集中， 咬边引起缝隙和应力集中， 未焊透存在缝隙和孔洞， 焊渣是重要的夹杂物缺陷。 第14页/共101页 焊接引起非金属夹杂或二次相， 如氧化物 SiO2, Al2O3，MnO, CaO, FeO及复合硅酸盐夹杂；焊接过程产生 8Fe+N2 2Fe4N, 氮化物Fe4N硬度大, 塑性下降； 焊接残余应力对SCC的影响， 焊接

7、局部加热, 焊缝金属收缩引起内应力, 可接近屈服极限, 引起SCC。 焊条材料/母材搭配不妥，可引起电偶腐蚀。 第15页/共101页 第16页/共101页 第17页/共101页 狭窄, 过热, 使晶粒粗大 14901100， 粗大奥氏组织, 过饱和亚稳定组织 晶粒细化, 强度高 不均匀组织, 粗大铁素体 强度大,塑性小, 裂纹易生成 第18页/共101页 焊缝区应力分布 第19页/共101页 第20页/共101页 电位1-不腐蚀 电位2- 母材腐蚀 电位3- 焊缝腐蚀 电位4-不同母材腐 蚀 电位5-熔合区腐蚀 电位6-热影响区腐 蚀 E 第21页/共101页 防止晶间腐蚀 a. 超低碳不锈钢

8、或稳定化(Ti、Nb) b. 固溶处理(10101120)碳化物溶解； c. 超低碳焊条, 含Nb焊条, 双相焊条； d. 改进焊接方法； F. 防止大阴极/小阳极。 防止应力腐蚀开裂 a. 退火、喷砂、锤击消除残余应力； b. 抑制环境、阴极保护、缓蚀剂、去氧； c. 选材耐SCC。 第22页/共101页 (3) 冷热加工成型对腐蚀影响 冷热加工成型 残余应力， 加工程度越大，残余应力越大，对腐蚀影响很大，还会引起SCC。如热交换器弯管部位的腐蚀明显严重。 热加工比冷加工残余应力较小， 热加工 脱碳或碳化物析出，导致不均一腐蚀和晶间腐蚀。一般采用改进工艺, 后处理：热处理, 表面酸洗, 钝化

9、 . 消除应力，降低腐蚀。 第23页/共101页 （4）表面处理影响 表面机械加工、抛光、酸洗等 残余应力、表面缺陷、化学污染及渗氢，也可成为腐蚀中心， 促进局部腐蚀和应力腐蚀开裂。 在表面加工工艺上应加以注意， 避免损害材料耐蚀性能。 第24页/共101页 第25页/共101页 8.3 电化学保护电化学保护 电化学保护 施加一定的外电势使金属的电位移向免蚀区或钝化区, 大幅度降低腐蚀速度。 电化学保护特点 效果显著：可使金属设备几十年不腐蚀； 施工方便: 工艺成熟、规范、标准； 效益显著：如海船表面涂装占造船费5%, 牺牲阳极只占 1%费用。 采油平台成本1亿, 只能使用五年；投资100万元

10、阴极保护, 采油平台可延长20年寿命。 第26页/共101页 电化学保护 阳极保护表面形成稳定钝化膜， 使金属免遭腐蚀。 阴极保护 提供阴极极化, 改变金属表面电子能级结构。 牺牲阳极 外加电流 第27页/共101页 1. 阴极保护 （1）阴极保护原理 恒电位或整流器向设备提供阴极电流, 设备受保护。辅助电极是一种不溶性或微溶的电极，只提供电流，不发生反应。 电源电源 +- I 第28页/共101页 pH-电位图 (a)提高环境介质pH (b)金属电位正移使 之进入钝化区。 (c)金属电位负移使 之进入免蚀区。 阴极保护原理 。 第29页/共101页 极化曲线 当电位Ecorr 1时, 阳极电

11、流为Ia , Ia Icorr。 当外加电流为Ik，完全保护电流Ip (腐蚀电流Ia=0) 电位极化到a, 腐蚀电池阳极平衡电位，金属完全受保护。 外 加 电 流 1 外 加 电 流 2 第30页/共101页 K A KA Ic Ia 腐蚀微电池原理 第31页/共101页 K A K A C 电源 C 电源 Ip Ip 第32页/共101页 （2）基本参数及选定 最小保护电位与金属材料、介质 (成份、浓度等)及环境条件有关。 可由经验或实验获得(比Ecorr负0.150.3V)。 最小保护电流密度与金属、表面状态、表面覆盖膜、介质(组成、浓度、温度、流速等)有关, 腐蚀越严重, 阴极极化需电流

12、越大。 第33页/共101页 保护电位选定原则 达到一定的保护效果 P=保护度 = (保护前腐蚀速度保护后腐蚀速度) / 保护后腐蚀速度 x 100% 耗电不能太大； 避免析H2，防止涂层阴极极化脱落； 防止过保护, 破坏钝化膜。 不能太复杂, 避免引起屏蔽, 保护不完全。 第34页/共101页 （3）应用范围 阴极保护应用范围非常广泛，如地下管线、电缆、舰船、平台、水闸、码头、桥梁、城市地下区域、石油化工中冷却设备、贮油罐、结晶槽、反应器、蒸发器等。 第35页/共101页 第36页/共101页 第37页/共101页 （4）外加电流阴极保护工程设计 阳极材料 耐蚀, 高排流, 良电导, 机械性

13、能好, 易加工, 成本低 (如碳钢, 石墨, 高硅铸铁, Pb / Ag合金, 镀铂钛, 钯等)。 电流分布及阳极布置增加阳极数目, 合理布置阳极, 增大阴阳极之间的距离, 采用涂料阴极保护联合防腐, 在阳极附近涂衬耐蚀绝缘层，使电流分布均匀，改善电流分散能力。 阳极实际计算： I = i A G = K ga I G 阳极重量，ga阳极消耗率(查表)，A阳极表面积， 工作年限，I保护电流，K校正系数（一般取 K=1.5） 第38页/共101页 阳极安装注意密封, 绝缘, 接触良好, 防止短路。 直流电源恒电位仪 （负反馈工作原理）或整流器。 参比电极用于控制/测量, 要求电位稳定, 耐蚀,

14、长寿命, 便宜, 易制, 使用方便等。甘汞(中性)、CuSO4(土壤)、AgCl(含Cl)、氧化汞(碱性)、不锈钢、铸铁、铅/ 锑合金 维护与管理 计算机监控管理 注意要点 第39页/共101页 2. 牺牲阳极保护法牺牲阳极保护法 (1) 牺牲阳极原理 本质 阴极保护, 通过牺牲阳极的溶解, 使金属设备获得阴极电流, 发生阴极极化受到保护。 特点 不需电源, 干扰少, 免维护，设备简单, 分散能力好, 但成本较高， 化工介质腐蚀性强, 牺牲阳极消耗量大, 少用。 第40页/共101页 (2) 阳极材料 牺牲阳极材料要求 电位足够负、电位稳定、极化小、不钝化、溶解均匀、单位重量排出电量大、电流效

15、率高、成本低、无污染、加工方便等。 锌与锌合金 电位/-1.12V, 电量/0.74A.h/g, 电流效率/75%电位不够负 (海水和少量土壤) 铝合金电位/-1.2V, 电量/2.47A.h/g, 电流效率/65% 重量轻、电量大、电位负、资源丰富、价格便宜 (海水) 。 镁合金电位/-1.6V, 电量/1.19A.h/g, 电流效率/45% 电位太负、电流效率低、损耗大 (土壤和淡水) 。 第41页/共101页 （3） 阳极安装 牺牲阳极安装 阳极与设备良好绝缘；涂绝缘屏蔽层，改善分散能力，阳极接触介质需良导电体。 第42页/共101页 Al 绝缘垫 受保护体 固定栓 第43页/共101页

16、 第44页/共101页 3. 阳极保护 (1) 阳极保护原理 与阴极保护完全不同, 阳极极化使金属进入钝态, 腐蚀大大减慢而得到保护。 只有具有钝性特征的体系，即钝化区足够宽，维钝电流足够小的体系，才能施行阳极保护。 第45页/共101页 pH - 电位图 当电位正移，金属表面形成Fe2O3(钝化膜), 溶解速率下降, 金属获得保护。 第46页/共101页 极化曲线 电位达到一定区域, 阳极电流下降, 保持稳定钝态, 金属受到保护。 第47页/共101页 维钝电流决定于材料, 介 质条件(组成, 温 度, 浓度, pH), 活性离子Cl、 表面状态, 涂覆 状态等 钝化区电位 决定于材料, 介

17、质 条件(组成, 温度, 浓 度, pH), 活性离子 Cl、表面状态, 涂覆 状态等 致钝电流与金属材 料, 介质条件( 组成, 温度, 浓度, pH) 有关 最佳保护电位当维钝电流和双层 电容最小, 表面电阻最 大, 膜最致密, 保护效 果最好，最佳保护电 位。 E/V I/mA 第48页/共101页 (2) 阳极保护主要参数及测定 致钝电流 维钝电流 钝化区电位 最佳保护电位 保护参数通过实验或由经验给出。 极化曲线, 阻抗, 失重, 电镜等研究，确定最佳保护电位。 第49页/共101页 (3) 阳极保护设计要点： 辅助电极耐阴极极化, 强度大, 成本低, 来源广, 加工容易。 电流屏蔽

18、与阴极分布阴极分布均匀, 阳极表面电阻高(形成钝化膜、盐膜或绝缘涂层等), 溶液电导好, 阴阳极距离大, 分散能力好。 参比电极电位稳定, 耐蚀, 长寿, 便宜，易制， 使用方便。常用的有： AgCl, 不锈钢, Pb / Td。 直流电源恒电位仪。 阳极保护方式 - 连续保护和间歇式保护，在化工中常用, 如不锈钢/ H2SO4体系等。 维护管理 - 重要。 第50页/共101页 给定信号 E EI - + 恒电位仪原理（负反馈工作原理） E IC WE RE E CE 第51页/共101页 阴极保护与阳极保护比较： 阴极保护普遍采用， 阳极保护适宜体系少； 阴极保护 “安全”，阳极保护 “危

19、险”； 阳极保护适合强氧化性介质； 阴极保护注意氢脆 第52页/共101页 8.4 介质处理介质处理 去除介质中有害成分, 如O2, Cl; H+ , SO2, H2O 等 调节 pH; 去水份; 干燥环境等； 工业生产复杂, 工艺流程各种各样， 需具体分析, 考虑防护可能性及有效措施。 第53页/共101页 氧 重要氧化剂 (去极化剂), 普遍存在；使大多数金属发生腐蚀。去除介质中O2，常用方法有： 加热除氧水温达沸点，水中所有氧和其它气体均被赶出, 有效除氧方法。 化学除氧联氨(H2N4)可迅速与溶解氧发生反应： H2N4 + O2 N2 + 2H2O 达到除氧目的。Na2SO3也可与溶解

20、氧发生反应： 2Na2SO3 + O2 2Na2SO4 但体系中可能使 Na2SO4增加，有不利的影响。 第54页/共101页 Cl 腐蚀活性物质，Cl去除对于腐蚀防护十分重要。常用除Cl方法有：控制原料中Cl含量；化学法沉淀法、离子交换法等。 pH 提高介质 pH值 (工艺允许), 可降低腐蚀速度。如无机氨的处理： NH3 + H2O NH4OH NH4OH + H2CO3 NH4HCO3 + H2O pH可调至8.59.2，但对铜不能用（SCC） 也可用有机胺处理，但药品价格较贵。 第55页/共101页 合成氨半水煤气 腐蚀性大为减轻 化工气体水分 降低腐蚀性 湿Cl2腐蚀性强(HCl,

21、HClO, O) 干燥Cl2腐蚀轻微 干燥 除湿 浓H2SO4吸收 H2O 降低环境中H2O成份, 可有效减缓腐蚀。常用方法有： 化学干燥法干燥剂吸收水分 (如硅胶, 活性氧化铝, 生石灰, CaCl2等)； 冷凝法冷却使H2O冷凝,吸收去除； 提高温度防止冷凝附在金属表面或加热去除水汽。 第56页/共101页 综合处理 如原油中含 HClH2SH2O对炼油设备腐蚀破坏严重。炼油厂采用 “一脱四注” 处理，可有效解决常压系统的腐蚀问题。 脱盐去除原油中腐蚀性盐类 注碱减少HCl腐蚀 注氨使HCl进一步下降： NH3 + HCl NH4Cl 注缓蚀剂防止NH4Cl沉淀引起局部腐蚀 注水(碱性水)

22、冲稀HCl, 中和, 减轻对空冷器腐蚀破坏。 第57页/共101页 电脱盐 加 热 炉 常 压 炉 空冷器 回流器产品罐 去H2S 原油 挥发线 注 碱 注 氨 注 缓 蚀 剂 注 水 碱 水 第58页/共101页 缓蚀剂定义 具有抑制金属腐蚀功能的无机或有机物质(复合物质)总称, 少量缓蚀剂可有效阻止或减缓金属腐蚀。 8.5 缓蚀剂缓蚀剂 缓蚀剂特点 使用方便, 投量少, 见效快, 成本低，选择性强, 有临界浓度值，一般只用于循环系统, 以免缓蚀剂流失; 应考虑缓蚀剂对产品质量和生产过程有无不良影响。 第59页/共101页 缓蚀效果与金属材料性质, 介质, 温度, 流动状态等多种因素有关，

23、缓蚀效率定义： I = (VOV) / VO100% = (1V / VO)100% VO 未加缓蚀剂时腐蚀速度，V 加缓蚀剂后腐蚀速度 第60页/共101页 1缓蚀剂分类 （1 1）按作用机理：）按作用机理： (a) Ecorr正移，Icorr 下降 (b) Ecorr 负移，Icorr 下降 (c) Ecorr 不变，Icorr 下降 作用机理： (a) 阳极型阳极极化率增加; (b)阴极型阴极极化率增加; (c) 混合型抑制阴阳极过程 第61页/共101页 阳极型缓蚀剂（中性介质用）阳极型缓蚀剂（中性介质用） 铬酸盐、亚硝酸盐、正磷酸盐、硅酸盐、苯甲酸盐等。通过覆盖阳极面积而抑制腐蚀，属

24、“危险性”缓蚀剂。 混合型缓蚀剂混合型缓蚀剂 含氮胺类、亚硝酸盐，含硫硫醇、硫醚、环状硫化物，含硫、氮硫脲及衍生物等。 可同时抑制腐蚀的阴极过程和阳极过程。 阴极型缓蚀剂阴极型缓蚀剂 酸式碳酸钙、聚磷酸盐、硫酸盐、砷、锑等。 形成沉淀膜，抑制阴极过程，属“安全缓蚀剂”。 第62页/共101页 （2 2） 按保护膜特征分类按保护膜特征分类 按缓蚀剂在保护过程保护膜性质，有三类成膜型缓蚀剂： 氧化膜型缓蚀剂(钝化剂), 如铬酸盐使表面形成致密、附着力强的氧化膜, 用量不足会加速腐蚀； 吸附膜型缓蚀剂有物理吸附型如胺类, 硫醇, 硫脲通过物理吸附而缓蚀， 化学吸附型如吡啶衍生物, 苯胺衍生物, 环状

25、亚胺等。 沉淀膜型缓蚀剂, 如聚邻酸钠与有关离子形成防蚀性的沉淀膜, 膜可能较厚。 第63页/共101页 （3） 其它分类 用途分类 冷却水缓蚀剂、油溶性缓蚀剂、油气井缓蚀剂、酸洗缓蚀剂、石油化工工艺缓蚀剂、气相缓蚀剂、锅炉缓蚀剂等； 化学组成分类 无机缓蚀剂、有机缓蚀剂； 相态分类 气相缓蚀剂、液相缓蚀剂、固相缓蚀剂； 金属分类 钢铁缓蚀剂、铜合金、铝合金等； 溶解性分类 水溶性缓蚀剂、油溶性缓蚀剂； 酸碱性分类 酸性缓蚀剂、中性缓蚀剂及碱性缓蚀剂等。 第64页/共101页 2缓蚀作用机理 缓蚀作用机理至今还没有公认的一致见解， 缓蚀作用过程十分复杂，缓蚀剂及体系繁多，不同体系的缓蚀作用机理

26、不尽相同。 综观各种观点： 吸附理论，即表面吸附(活性点) 成膜理论，即表面成相膜(钝化膜) 电化学理论，即电化学过程受到阻滞等 相互联系、补充, 具体分析。 第65页/共101页 （1）氧化膜型缓蚀剂作用机理 以缓蚀剂本身或以介质中的溶解氧作氧化剂，在金属表面形成钝态氧化膜，减缓腐蚀。可分阳极抑制型缓蚀机理和阴极去极化型缓蚀机理两种： 阳极抑制型缓蚀机理 通过阻止阳极区金属离子进入溶液，减缓金属腐蚀，阳极型缓蚀剂又称为钝化剂。如CrO42-、K2Cr2O7等在表面形成保护膜, 使阳极区覆盖。其临界浓度一般为103105mol / 1。 阴极去极化型缓蚀剂 促进阴极过程, 使金属钝化, 阳极行

27、为不变。 第66页/共101页 （a) 阳极抑制型缓蚀机理 表面生成钝化膜，阻 止阳极区金属溶解， 减缓腐蚀，缓蚀剂又 称为钝化剂。 抑制阳极过程/金属钝 化, 阴极行为不变。 无缓蚀剂 加缓蚀剂 第67页/共101页 （b）阴极去极化型缓蚀机理 促进阴极过程，使金属进入钝化状态。 阳极行为不变。 在中性含氧水溶液中，亚硝酸盐，铬酸盐、钼酸盐等抑制铁的腐蚀，属阴极去极化型缓蚀剂。 足量缓蚀剂 无缓蚀 剂 不足缓蚀剂 第68页/共101页 （2）沉淀膜型缓蚀机理 在金属表面形成防护型沉淀膜， 沉淀膜可由缓蚀剂相互作用而形成，或由缓蚀剂与介质中金属离子反应生成。 沉淀膜比氧化膜厚，沉淀膜一般厚10

28、01000埃, 致密, 附着力较差, 投入量较多101-103mol/l。 通过形成沉淀膜使金属和介质隔离，从而抑制腐蚀过程，可分为两种： 阴极抑制型 混合抑制型 第69页/共101页 （a）阴极抑制型缓蚀沉淀膜型缓蚀剂，覆盖阴极表面, 阻碍O2扩散或H放电，属安全型缓蚀剂。 硫酸锌、碳酸氢钙、聚磷酸盐等为阴极抑制沉淀膜型缓蚀剂。如缓蚀剂与腐蚀时阴极产物生成的碱反应： O2 + 2H2O + 4e 4OH （阴极反应） Zn2+ + 2OH Zn(OH)2 （沉淀反应） 第70页/共101页 特点：特点： 阳离子向阴极表面迁移, 发生相应沉淀反应，发挥缓蚀作用。 缓蚀剂与水溶液中某些阳离子作用

29、, 如聚磷酸盐与水溶液中Ca2+离子反应生成络离子(Na2CaP8O18)nn+ 大胶体阳离子在阴极区放电而形成较厚实的覆盖层。 砷、锑离子放电, 形成金属元素，可使氢过电位增加, 而使阴极过程受到抑制。 第71页/共101页 （b）混合抑制型缓蚀剂 主要是有机化合物与金属离子作用形成保护性沉淀膜。沉淀膜对阴、阳极均有抑制作用。 N OH + Al 3+ ( )3 Al+ 3H+ OH N 8-羟基喹啉 第72页/共101页 （3）吸附膜型缓蚀剂作用机理 有机缓蚀剂 吸附膜型缓蚀剂，缓蚀剂极性基团发生的物理吸附或化学吸附。 改变金属表面电荷状态, 界面性质, 表面能量状态, 腐蚀反应活化能增,

30、 使腐蚀减缓。 吸附型缓蚀剂使金属表面腐蚀活性点受吸附阻化， 腐蚀活性点 腐蚀非活性点。 缓蚀剂的非极性基团在金属表面形成疏水保护膜，极性基团的定向吸附排列， 阻挡与腐蚀有关的电荷或物质转移，使腐蚀速度降低。 第73页/共101页 物理吸附 带电荷缓蚀剂与金属表面电荷静电作用或范德华作用, 吸附快速、可逆、吸附不强。 物理吸附的关键 金属表面电荷与缓蚀剂电荷合理搭配, 使缓蚀率提高。金属表面电荷（偏离零电荷电位值）受阴离子、阳离子吸附, 受外加电位影响；缓蚀剂电荷阴、阳缓蚀剂离子，缓蚀剂在介质中受极化, 反应而带不同电荷。 + + + - - - M + R + R + N 第74页/共101

31、页 化学吸附中性缓蚀剂分子与金属形成化学键, 吸附强, 不可逆, 吸附速度较慢。缓蚀剂分子极性基团中心元素的未共用电子对和金属形成配价键 特点 选择性显著、单分子层、缓蚀效果好、用量少、吸附后自由度小 。 。 N R F e H H 第75页/共101页 物理吸附与化学吸附 与缓蚀剂分子空间结构、能级轨道等有密切关系。 物理吸附与化学吸附的统一解释 物理吸附 化学吸附 第76页/共101页 3. 缓蚀作用影响因素 浓度影响：大多缓蚀剂的缓蚀效率随浓度增而增; 有的缓蚀剂缓蚀效率与浓度关系有极值；有的缓蚀剂用量不足, 反而促进腐蚀, 如亚销酸钠、铬酸盐等。 腐 蚀 率 浓度 浓度浓度 腐 蚀 率

32、 腐 蚀 率 Fe/H2SO4Fe/HClFe/HCl 若丁 硫化二乙二 醇 Cr/Zn复合盐 协同效应 第77页/共101页 温度影响 低温, 缓蚀效果好（一般） 一定温度范围, 缓蚀效率变化不大 温度升高, 缓蚀效果增加。 流动速度影响 增大流速, 缓蚀效率降低 增大流速, 效率增加。 增大流速,缓蚀率降低， 具体分析/其它因素。 第78页/共101页 4缓蚀剂选用原则 保护对象不同金属材料选用不同缓蚀剂。 中性溶液, O2阴极还原为腐蚀的控制过程， 选用氧化型或沉淀型缓蚀剂; 酸性溶液, H+阴极还原为腐蚀的控制过程， 选用吸附性缓蚀剂; 碱性溶液, 易发生沉淀， 选用螯合剂, 如硅酸盐

33、等沉淀型缓蚀剂; 石油介质环境, 油水共存， 选用水溶性/油溶性吸附型缓蚀剂; 大气环境 ， 选用挥发性缓蚀剂, 如苯并三唑（BAT）等。 腐蚀环境 第79页/共101页 经济效益 设备的保护价值 缓蚀剂消耗费用 适宜用于循环体系，缓蚀剂合理用量和投资 环境保护 缓蚀剂应毒性小、无污染、不影响产品质量，还要防止细菌繁殖。 第80页/共101页 2. 应用实例 油气井， 炼油工业， 酸洗 化学工业， 循环冷却水 冷却水 变质（O2、菌、垢、离子） 循环 Cr盐 阳极抑制 聚磷酸盐阻垢 硅酸盐缓蚀 Zn盐协同效应 有机磷酸盐稳定剂 循环冷却水缓蚀 第81页/共101页 8.6 表面保护性覆盖层表面

34、保护性覆盖层 表面保护性覆盖层可避免金属与腐蚀介质直接接触, 普遍采用. 表面保护性覆盖层 占腐蚀控制总投资的50%。 金属覆盖层 非金属覆盖层 第82页/共101页 保护性覆盖层基本要求： (1) 覆盖层本身耐蚀、化学稳定, 结合牢固, 附着力好; (2) 覆盖层致密, 孔隙率小; (3) 覆盖层良好物理机械性能 (硬度、耐磨性); (4) 一定厚度和均匀性。 第83页/共101页 金属涂覆层金属涂覆层 电镀、热镀、渗镀、喷镀、化学镀等。 在化学工业设备防护中衬里起到重要的作用， 衬里衬里 有机材料(橡胶、塑料、玻璃钢)和无机材料(玻璃、耐蚀砖板、耐蚀岩板、石墨等)。 非金属涂覆层非金属涂覆

35、层 油基漆（防锈漆、大漆、漆酚、酚醛）、树脂漆（环氧、过氯乙烯、沥青、呋喃、聚胺基甲酚酯）、无机富锌漆、水基漆等。 第84页/共101页 表面处理表面处理 表面氧化、磷化、发黑、发兰等化学处理，使表面形成稳定氧化膜层。经电化学钝化处理，使表面生成转化膜层。 物理气相沉积 ( PVD), 化学气相沉积 ( CVD), 金属有机化合物化学气相沉积 (MOCVD), 等离子体辅助(PCVD), 激光化学气相沉积 (LCVD) . 激光束、电子束、离子束等物理处理，使表面合金化层/离子注入, 防护表面处理，对材料改性优化，只改变表面性质 (耐蚀,耐磨,美观)，不改变材料体相同部性质，是提高材料耐腐蚀性

36、很有效和经济的方法。 第85页/共101页 1 1金属覆盖层金属覆盖层 (1) 电镀 以镀件为阴极, 通电，使镀液中金属离子还原为金属原子态, 在镀件表面析出, 形成镀层。可镀任何金属和合金，电镀层具有耐蚀和装饰作用，如锌镀层广泛用于材料防护，全世界锌产量一半用于热镀锌或电镀锌。镀镍层防护/装饰功能。 (2) 热镀 金属制品浸入熔融金属液中, 形成覆盖层(Al、Zn、Sn、Pb等)，热镀层厚度大，耐蚀。锡镀层广泛用于食品工业, 全世界用量达每年数百吨；国外达每年100万吨热镀铝板规模。 第86页/共101页 (3) 渗镀 高温下利用金属原子扩散, 表面形成合金扩散层(Si、Cr、Al、Ti、B

37、、W、Mo等)。结合力好, 热稳定性高。 (4) 喷镀 利用火焰或电弧使金属熔化, 借助高压空气或保护气氛喷射到保护体表面形成覆盖层。主要有Al、Zn、Sn、Pb、不锈钢、Cu等，喷铝工业发展迅速，已成为重要的防护手段。 (5) 化学镀 利用置换反应或氧化/还原反应, 使金属离子在表面还原为金属覆盖层，与电镀相近, 但不需电源, 适用于结构形状复杂的工件，如：Ni / P非晶合金异常耐蚀。 第87页/共101页 阴极性覆盖层 阳极性覆盖层 第88页/共101页 2. 2. 非金属涂覆层非金属涂覆层 非金属涂层在化工防腐中普遍应用。 特点 施工简便, 适应性广, 重涂容易, 成本、施工费用低。

38、有机涂料最重要非金属涂覆层，利用有机涂料的胶粘性和粘附性，在表面固化成薄覆盖层，使金属(材料)与腐蚀环境隔离而起到防腐，发展迅猛。 第89页/共101页 （1 1） 涂层保护机理涂层保护机理 阻挡作用阻挡作用高聚物结构间隙平均直径105107 cm, 而H2O, O2分子直径为几个埃, 涂料应选用结构致密成膜物质和屏蔽大固体填料，增加涂覆层数和厚度, 厚度为0.30.4mm时, 抗渗大为提高。 电化学保护电化学保护涂料内活性填料如锌电位较负, 可起牺牲阳极保护作用, 而锌腐蚀产物又可填塞空隙, 腐蚀下降。 缓蚀作用缓蚀作用涂料内组分如红丹, 铬锌黄使金属钝化, 或具缓蚀剂作用。 第90页/共1

39、01页 （2 2）涂层破坏形式）涂层破坏形式 涂层存在各种缺陷, 引起金属局部腐蚀, 导致涂层鼓泡、剥离、脱落等腐蚀破坏： 涂层下残碱, 残盐或氧化物等使腐蚀发生而导致涂层脱落; 介质渗透到涂层下, 引起浓差电池, 腐蚀使涂层破坏; 涂层受水浸渍后吸收水分，体积增加, 内应力使涂层鼓泡; 光照、温度、化学介质、磨损、机械损伤等引起涂层本身的破坏; 施工不当而引起的破坏。 第91页/共101页 涂料 主成膜物质 辅成膜物质 次成膜物质（填料） 油料和树脂半干性油 干性油 天然/合成树脂固化剂固化 氧与油料不饱和双键聚合而固化 溶剂挥发固化 聚乙烯、聚过氯乙烯等 。 环氧、酚醛、呋喃、聚脂等 着色颜料 防锈颜料红丹(Pb3O4)、锌铬黄、锌粉、磷酸盐等 体质颜料（Fe2O3、铝粉、有机铬酸盐等）。 各种溶剂、稀释剂、催干 剂、固化剂、防雾剂