第二节金属的腐蚀和防护

1、金属材料的腐蚀是指金属材料和周围介质接触时发生化学或电化学作用而引起的一种破坏现象。 由于金属材料的腐蚀可造成设备的跑、冒、滴、漏，污染环境，甚至发生中毒、火灾、爆炸等恶性事 故以及资源和能源的严重浪费。因此，研究金属材料的腐蚀机理，弄清腐蚀发生的原因及采取有效的 防护措施，对于延长设备寿命、降低成本、提高劳动生产力都具有十分重大的意义。金属腐蚀的分类：按照金属的腐蚀机理可以将金属腐蚀分为化学腐蚀与电化学腐蚀两大类。不管是化学腐蚀还是电化学腐蚀，金属腐蚀的实质都是金属原子被氧化转化成金属阳离子的过程。1. 化学腐蚀化学腐蚀是指金属与非电解质直接发生化学作用而引起的破坏其腐蚀过程是一种纯氧化和还

2、原的纯 化学反应，即腐蚀介质直接同金属表面的原子相互作用而形成腐蚀产物。反应进行过程中没有电流产生，其过程符合化学动力学规律。2. 电化学腐蚀电化学腐蚀是金属与电解质溶液发生化学作用而引起的破坏。反应过程同时有阳极失去电子，阴极获得电子以及电子的流动，其历程服从电化学的基本规律。电化学腐蚀又根据其电解质溶液酸碱性的不同分为吸氢腐蚀和析氢腐蚀。金属材料的主要防腐措施（1 ）改善金属的本质根据不同的用途选择不同的材料组成耐蚀合金，或在金属中添加合金元素，提高其耐蚀性，可以防止 或减缓金属的腐蚀。如，在钢中加入镍制成不锈钢可以增强防腐蚀的能力。（2）形成保护层在金属表面覆盖各种保护层，把被保护金属气

3、腐蚀性质隔开，是防止金属腐蚀的有效方法。工业窿辅使用的保护层有非金属保护层和金属保护层两大类，通常采用以下方法形成保护层：1）金属的磷化处理：钢铁制品去油、除锈后，放入特定组成的磷酸盐溶液中浸泡，即可在金属表面形成一层不溶于水的磷酸盐薄膜，这种过程叫做磷化处理。磷化膜呈暗灰色至黑灰色，厚度一般为5至20微米，在大气中有较好的耐蚀性。膜是微孔结构，对油漆等的吸附能力强，如用作油漆底层， 耐腐蚀性可进一步提高。2）金属的氧化处理：将钢铁制品加到 NaOH和NaN02，的混合溶液中，加热处理，其表面即可形成 一层厚度约为微米的蓝色氧化膜（主要成分Fe3O4），以达到钢铁防腐蚀的目的，此过程称为 发蓝

4、处理，简称发蓝。这种氧化膜具有较大的弹性和润滑性，不影响零件的精度。故精密仪器和光学 仪器的部件，弹簧钢、薄钢片、细钢丝等常用发蓝处理。3）非金属涂层：用塑料喷涂金属表面，比喷漆效果更佳。塑料覆盖层致密光洁。色泽艳丽，兼具防蚀 与装饰的双重功能。搪瓷是含 SiO2量较高的玻璃瓷釉，有极好的耐腐蚀性能，因此作为耐腐蚀非金 属涂层，广泛用于石油化工、医药、仪器等工业部门和日常生活用品中。4）金属保护层：这是以一种金属镀在被保护的另一种金属制品表面上所形成的保护镀层，前一种金属 称为镀层金属。金属镀层的形成，除电镀、化学镀外，还有热浸镀、热喷镀、渗镀、真空镀等方法。（3）电化学保护电化学保护是金属腐

5、蚀防护的重要方法之一，其原理是利用外部电流使被腐蚀金属电位发生变化从而 减缓或抑制金属腐蚀。电化学保护可分为阳极保护和阴极保护两种方法。阳极保护是向金属表面通入足够的阳极电流，使金属发生阳极极化即电位变正并处于钝化状态，金属溶解大为减 缓。阴极保护是向腐蚀金属表面通入足够的阴极电流，使金属发生阴极极化，即电位变负以阻止金属溶解。(4 )缓蚀剂法缓蚀剂法是一种常用的防腐蚀措施，在腐蚀环境中加入少量缓蚀剂就能和金属表面发生物理化学作用,从而显著降低金属材料的腐蚀。由于缓蚀剂在使用过程中无须专门设备，无须改变金属构件的性质，因而具有经济、适应性强等优点，广泛应用于酸洗冷却水系统、油田注水等。牺牲阳极

6、法将被保护金属和一种可以提供阴极保护电流的金属和合金(即牺牲阳极)相连，使被保护体极化以降低速率的方法。在被保护金属与牺牲阳极所形成的大地电池中，被保护金属体为阴极，牺牲阳极的电位往往负于被保护金属体的电位，在保护电池中是阳极，被腐蚀消耗，故此称之为牺牲”阳极。通常用作牺牲阳极的材料有镁和镁合金、锌合金、铝合金等。镁阳极适用于淡水和土壤电阻率较高的土壤中，锌阳极大多 用于土壤电阻率较低的土壤和海水中，铝阳极主要应用在海水、海泥以及原油储罐污水介质中。牺牲阳极保护法的主要特点是：适用范围广，尤其是中短距离和复杂的管网阳极输出电流小，发生阴极剥离的可能性小(3) 随管道安装一起施工时，工程量较小(

7、4) 运行期间，维护工作简单。(5) 阳极输岀电流不能调节，可控性较小。2. 强制电流保护法将被保护金属与外加电流负极相连，由外部电源提供保护电流，以降低腐蚀速率的方法。外部电源通 过埋地的辅助阳极将保护电流引入地下，通过土壤提供给被保护金属，被保护金属在大地电池中仍为 阴极，其表面只发生还原反应，不会再发生金属离子的氧化反应，使腐蚀受到抑制。强制电流保护法 的主要设备有，恒电位仪、辅助阳极、参比电极。强制电流保护法的主要特点是：(1) 适用于长输管线和区域性管网的保护(2) 输岀电流大，一次性投资相对较小(3) 安装工程量较小，可对旧管道补加阴极保护(4) 运行期间需要专业人员维护(5) 容

8、易实现远程自动化监控3. 强制电流阴极保护系统组成阳极地床阳极地床一般分为浅埋阳极地床和深井阳极地床两种。阴极保护控制系统阴极保护的控制系统由恒电位仪、控制箱、阳极地床、阴极通电点组成。阳极地床通过汇流电缆与恒 电位仪阳极接点相连。阴极通电点设置两根阴极电缆和两支电位控制用长寿命固体硫酸铜参比电极。阴极保护检测系统阴极保护检测系统由恒电位仪和管线测试桩组成，恒电位仪可以自动测量通电点的电位、恒电位仪的工作电位和输岀电流；管线测试桩可检测管道的保护电位和牺牲阳极的工作电位、输岀电流、开路电 位。阴极保护排流系统杂散电流干扰强烈的地区的管道应采取排流保护。在长输管道与高压输电线路平行段或者与电气化铁路交叉平行段必须根据杂散电流影响的大小设置排流阳极组。临时保护系统按照阴极保护设计规范的要求，如果管道的施工期超过6个月，此管道应该设置临时阴极保护系统， 来避免外加电流阴极保护系统投用前管