材料设备的腐蚀防护及保温.

第二章材料设备的腐蚀、防护与保温《水工艺设备与仪表》主要内容：金属的化学腐蚀金属的电化学腐蚀金属腐蚀破坏的形态非金属材料的腐蚀设备腐蚀防护技术设备的保温重点：掌握腐蚀与防护的基本原理与方法。2.1材料设备的腐蚀与防护2.1.1．概述腐蚀现象：2.1材料设备的腐蚀与防护2.1.1．概述1、腐蚀的定义腐蚀是材料与它所处环境介质之间发生作用而引起材料的变质和破坏。材料：金属，非金属；环境介质：大气，土壤，海水，酸，碱，盐，非电解质溶液…；发生作用：化学，电化学，物理，生物。腐蚀问题无处不在。2.1材料设备的腐蚀与防护2.1.1．概述2、腐蚀的分类：金属材料腐蚀非金属材料腐蚀化学腐蚀电化学腐蚀高温腐蚀常温腐蚀材料类型腐蚀机理腐蚀温度分类依据2.1材料设备的腐蚀与防护2.1.1．概述2、腐蚀的分类：大气腐蚀土壤腐蚀自然环境依据腐蚀的环境状态（自然环境和工业环境）淡水腐蚀海水腐蚀微生物腐蚀酸性溶液碱性溶液工业环境盐类溶液工业水中液态金属2.1材料设备的腐蚀与防护2.1.1．概述2、腐蚀的分类：电偶腐蚀点蚀局部腐蚀缝隙腐蚀晶间腐蚀选择性腐蚀应力腐蚀共同作用腐蚀疲劳腐蚀磨损均匀的不均匀的全面腐蚀依据腐蚀形态（全面腐蚀、局部腐蚀、力与环境因素共同作用下的腐蚀）2.1材料设备的腐蚀与防护2.1.1．概述3、腐蚀的危害（P46）：经济损失巨大资源和能源浪费严重引发灾难性事故造成环境污染（跑、冒、滴、漏）2.1材料设备的腐蚀与防护2.1.1．概述3、腐蚀的危害（P46）：直接损失：指采用防护技术的费用和发生腐蚀破坏以后的维修、更换费用和劳务费用。间接损失：指设备发生腐蚀破坏造成停工、停产；跑、冒、滴、漏造成物料流失；腐蚀使产品污染，质量下降，设备效率降低，能耗增加；在计算壁厚时需增加腐蚀裕度，造成钢材浪费等。2009年，我国每年包括间接损失在内的腐蚀总损失可达4979亿元以上,约占GDP的5%。经济损失包括直接损失和间接损失：2.1材料设备的腐蚀与防护2.1.1．概述3、腐蚀的危害（P46）：经济损失包括直接损失和间接损失：1975年美国芝加哥一个大的炼油厂一根15cm的不锈钢弯管破裂引起爆炸和火灾，停车6周，这次腐蚀事故总维修费50万美元，停车造成的税收损失高达500万美元。美国：1949年55亿美元1960～1969年150～200亿美元1975年700亿美元1982年1269亿美元1995年8000亿美元英国：1969年13.65亿英镑（27.3亿美元）2.1材料设备的腐蚀与防护2.1.1．概述自来水管道的腐蚀：化学和生物腐蚀(沉积物、锈蚀物、粘垢)；管壁变薄、出现局部的凹坑和麻点(黑水、红水、绿水)；水质变坏、降低管网输水能力、增加泵站能耗、可能产生爆管。3、腐蚀的危害（P46）：2.1材料设备的腐蚀与防护2.1.2．腐蚀与防护基本原理2.1.2.1.金属的腐蚀金属腐蚀是指金属与环境介质发生化学或电化作用，由单质变成化合物的过程。金属腐蚀主要有化学腐蚀和电化学腐蚀。2.1材料设备的腐蚀与防护2.1.2．腐蚀与防护基本原理2.1.2.1.金属的腐蚀：一、金属的化学腐蚀定义：金属的化学腐蚀是指金属与环境介质（干燥气体，液体；非电解液）发生化学作用，生成金属化合物并使材料性能退化的现象。特点：纯氧化还原过程，金属被氧化，腐蚀介质被还原。气体腐蚀、非电解质溶液腐蚀；金属与介质之间的电子交换直接进行，反应进行中没有电流产生。2.1材料设备的腐蚀与防护2.1.2．腐蚀与防护基本原理2.1.2.1.金属的腐蚀：一、金属的化学腐蚀（1）金属氧化及其氧化膜氧化条件——在一定温度下，金属氧化物的分解压＜氧气的分压（0.022MPa）时，金属可能被空气中氧气氧化。氧化膜的作用——金属氧化后在表面形成一层氧化物固相膜，保护金属防止继续氧化。氧化膜厚度（结构）与温度有关（见表2.1）温度越高，氧化膜越厚保护性氧化膜的条件——1）金属表面的氧化膜致密完整；2）金属氧化物本身稳定；3）氧化膜具有足够的强度和塑性；4）氧化膜与基体结合良好，热胀系数相近。2.1材料设备的腐蚀与防护2.1.2．腐蚀与防护基本原理2.1.2.1.金属的腐蚀：一、金属的化学腐蚀（2）钢铁在高温气体中的腐蚀：高温氧化铁在铸造、扎制、热处理过程中发生高温氧化。570℃以下，生成的氧化物为Fe3O4和Fe2O3（致密，保护性）超过570℃时，在氧化膜内层生成FeO（疏松）。高于800℃，表面上就开始形成多孔、疏松的“氧化铁皮”。2.1材料设备的腐蚀与防护2.1.2．腐蚀与防护基本原理2.1.2.1.金属的腐蚀：一、金属的化学腐蚀（2）钢铁在高温气体中的腐蚀：脱碳脱碳是指在腐蚀过程中，内层渗碳体Fe3C与介质中的氧、二氧化碳、水等作用，生成的气体降低了膜的保护作用。渗碳体减少会降低材料表层硬度和强度，使综合力学性能下降；降低材料的使用寿命。防止：增加气体介质中CO和CH4的含量或在钢中添加铝和钨。2.1材料设备的腐蚀与防护2.1.2．腐蚀与防护基本原理2.1.2.1.金属的腐蚀：一、金属的化学腐蚀（2）钢铁在高温气体中的腐蚀：氢蚀高温（200-300°C）、高压（30.4MPa）下氢气对钢的显著破坏作用。第一阶段是可逆氢脆：氢以原子状态向钢的内部扩散，没有起化学反应，也未改变其组织，却降低了钢的韧性。在一定条件下韧性又可以部分或全部恢复。第二阶段是氢蚀阶段：侵入并扩散到钢中的氢与不稳定化合物发生反应。防止：降低含碳量，减少脱碳过程；加入铬、钛等合金元素形成稳定的碳化物。2.1材料设备的腐蚀与防护2.1.2．腐蚀与防护基本原理2.1.2.1.金属的腐蚀：一、金属的化学腐蚀（2）钢铁在高温气体中的腐蚀：铸铁的肿胀是一种晶间气体腐蚀。腐蚀性气体沿晶界、石墨夹杂物和细微裂缝渗入到铸铁内部，发生氧化作用。由于氧化物的生成，铸铁体积变大，产生肿胀，其强度大大降低。防止：在生铁中加适量硅（5%—10%），形成SiO2提高保护膜的保护性能，阻止氧气的渗入。2.1材料设备的腐蚀与防护2.1.2．腐蚀与防护基本原理2.1.2.1.金属的腐蚀：一、金属的化学腐蚀（3）防止钢铁气体腐蚀的方法合金化：加入元素Cr、Al、Si,形成有效的保护层。改善介质：通过设法改善介质成分。耐高温氧化的陶瓷覆盖层。2.1材料设备的腐蚀与防护2.1.2．腐蚀与防护基本原理2.1.2.1.金属的腐蚀：二、金属的电化学腐蚀铜板上的铁铆钉为什么特别容易生锈？带有铁铆钉的铜板若暴露在空气中，表面被潮湿空气或雨水浸润，空气中的CO2/SO2溶解其中，形成电解质溶液，这样组成了原电池，铜作阴极，铁作阳极，所以铁很快腐蚀形成铁锈。电化学腐蚀是一种最普遍的金属腐蚀现象！2.1材料设备的腐蚀与防护2.1.2．腐蚀与防护基本原理2.1.2.1.金属的腐蚀：二、金属的电化学腐蚀主要内容：（1）电化学腐蚀的原理（2）极化现象极化作用可以使金属腐蚀速度减缓（3）去极化作用氢去极化腐蚀氧去极化腐蚀去极化作用会加速金属的腐蚀（4）金属的钝化金属的钝化可提高金属的耐蚀性2.1材料设备的腐蚀与防护2.1.2．腐蚀与防护基本原理2.1.2.1.金属的腐蚀：二、金属的电化学腐蚀（1）电化学腐蚀的原理1）电化学腐蚀定义：金属在电解质介质中形成短路的原电池，发生氧化所导致的腐蚀；腐蚀过程中有电流流动。2）腐蚀原电池原理：组成：阳极、阴极、导体介质。电极电位较低的金属形成阳极，失去电子（流向阴极，氧化反应），不断溶解，产生腐蚀。电极电位较高的金属形成阴极，得到电子。阳极阴极2.1材料设备的腐蚀与防护2.1.2．腐蚀与防护基本原理2.1.2.1.金属的腐蚀：二、金属的电化学腐蚀（1）电化学腐蚀的原理2）腐蚀原电池原理：腐蚀原电池包括四个过程——阳极反应、阴极反应、电子流动、离子传递。如果阻止电化学反应中的某一个环节，可阻止腐蚀的进行保持干燥的作用？2.1材料设备的腐蚀与防护2.1.2．腐蚀与防护基本原理2.1.2.1.金属的腐蚀：二、金属的电化学腐蚀（1）电化学腐蚀的原理3）腐蚀原电池分类：宏观腐蚀电池：宏观结构上的不合理微观腐蚀电池：金属或者合金因电化学不均一性而存在大量微小的阴极和阳极。就构成短路的微电池系统。产生条件：化学成分不均一；组织结构不均一；物理状态不均一；表面氧化膜不完整（P51-52）。2.1材料设备的腐蚀与防护2.1.2．腐蚀与防护基本原理2.1.2.1.金属的腐蚀：二、金属的电化学腐蚀（1）电化学腐蚀的原理3）E-pH图：定义：以电极系统的平衡电极电位（氢标电位）为纵坐标，以pH值为横坐标，用来反映电极系统平衡电极电位与介质溶液pH值关系的电化学平衡图。作用：通过电极电位与介质溶液pH值的关系曲线，将坐标面划分成若干区域，从而直观地显示出各类氧化还原反应中，不同物质在给定条件下所处的热力学稳定状态。pHE(V)2.1材料设备的腐蚀与防护2.1.2．腐蚀与防护基本原理2.1.2.1.金属的腐蚀：二、金属的电化学腐蚀（1）电化学腐蚀的原理3）E-pH图：应用①阴极保护：保证体系pH值不变，降低体系电位，进入免蚀区。②阳极保护：保证体系pH值不变，提高体系电位，进入钝化区（产生固体钝化膜）。③缓蚀处理：保证体系电位不变，提高体系pH值，进入钝化区（产生固体钝化膜）。E(V)pH2.1材料设备的腐蚀与防护2.1.2．腐蚀与防护基本原理2.1.2.1.金属的腐蚀：二、金属的电化学腐蚀（2）极化现象定义：指原电池由于电流通过，使阴极和阳极电位偏离起始电位值产生过电位的现象。极化的结果：极化使阳极电位升高，使阴极电位下降，使两电极的电位差减小；金属腐蚀速度降低。极化类型（P53）：活化极化浓差极化电阻极化总之，产生极化作用具有防止腐蚀作用；是控制金属电化学腐蚀速度的一个重要手段。2.1材料设备的腐蚀与防护2.1.2．腐蚀与防护基本原理2.1.2.1.金属的腐蚀：二、金属的电化学腐蚀（3）钝化(P53)钝化就是金属与介质作用后，失去其化学活性，变得更为稳定的现象。钝化能千百倍地提高金属的耐蚀性能。钝化剂：使金属发生钝化的物质—HNO3，NO3-，O2，重铬酸钾、高锰酸钾等氧化剂。•成相膜理论：当金属溶解时，可在金属表面生成一层致密的、覆盖性良好的固体产物。•吸附理论：引起金属钝化并不一定要形成固相膜，而只要在金属表面或部分表面上形成氧或含氧粒子的吸附层。2.1材料设备的腐蚀与防护2.1.2．腐蚀与防护基本原理2.1.2.1.金属的腐蚀：二、金属的电化学腐蚀（4）去极化作用—加速腐蚀能消除或抑制原电池阳极或阴极极化过程的均叫作去极化。能起到这种作用的物质叫作去极剂，去极剂也是活化剂。对腐蚀电池阳极极化起去极化作用的叫阳极去极化;对阴极起去极化作用的叫阴极去极化，在电极上能吸收电子的还原反应都能起到去极化作用。2.1材料设备的腐蚀与防护2.1.2．腐蚀与防护基本原理2.1.2.1.金属的腐蚀：二、金属的电化学腐蚀（4）去极化作用腐蚀体系中，阳极的去极化不易发生，而常会发生阴极的去极化作用。电化学腐蚀的阴极过程是溶液中各种氧化剂（去极化剂）在腐蚀电池阴极上被还原的过程，也称阴极去极化作用。水处理中常见的去极化剂有O2，H2S，CO2等常见（最重要）的阴极去极化过程有2个：氢离子的还原—氢去极化腐蚀（析氢腐蚀）氧分子的还原—氧去极化腐蚀（吸氧腐蚀）2.1材料设备的腐蚀与防护2.1.2．腐蚀与防护基本原理2.1.2.1.金属的腐蚀：二、金属的电化学腐蚀（4）去极化作用—①氢去极化腐蚀定义：金属在腐蚀介质中，以氢离子的还原反应为阴极过程的腐蚀，称氢去极化腐蚀，简称析氢腐蚀去极化剂是氢离子，腐蚀产物是氢气。析氢腐蚀是常见的危害性较大的一类腐蚀。2.1材料设备的腐蚀与防护2.1.2．腐蚀与防护基本原理2.1.2.1.金属的腐蚀：二、金属的电化学腐蚀（4）去极化作用—①氢去极化腐蚀析氢腐蚀的条件：金属的电极