防腐方法及防腐表面质量检测方法

防腐方法及防腐表面质量检测方法综述

摘要：腐蚀是工业中常见的一种现象，可能导致设备使用寿命下降，引起安全事故，造成环境污染，或造成经济损失；各类腐蚀在化工领域腐蚀尤为多见。本文首先对腐蚀进行简单分类，然后依据不同腐蚀类型，总结了相关的防腐蚀方法；文章最后总结了防腐表面定检过程中表面质量检测方法。

关键词：金属腐蚀应力腐蚀开裂流动腐蚀防腐表面检测

腐蚀是工业生产中常见的一种现象，不仅会是生产设备失效或者导致事故发生，而且一旦出现问题会影响正常生产，造成严重的经济损失以及可能引起环境污染。由于腐蚀机理尚未研究透彻，故对于腐蚀问题本质解决方法未能提出，只能从防腐的角度去解决这一问题。本文在对腐蚀方式进行分类的基础上，总结不同腐蚀形式的防腐办法及其使用范围，最后总结了防腐表面定检过程中表面质量检测方法，以确保设备在投入使用时的安全性。1.腐蚀分类

1.1.金属腐蚀

金属腐蚀是指金属与其周围介质发生化学或电化学作用而引起的破坏现象。主要分为两大类：化学腐蚀和电化学腐蚀。

（1）化学腐蚀

化学腐蚀是指金属与非电解质介质直接发生纯化学反应而引起的破坏现象，腐蚀过程是腐蚀介质直接与金属表面的原子相互作用形成腐蚀产物。电子的传递是在金属与腐蚀介质之间直接进行，没有电流产生，这是区别于电化学腐蚀的一大特点。（2）电化学腐蚀

电化学腐蚀是指金属与电解质溶液发生电化学作用而引起的破坏现象。特点是腐蚀过程同时存在着两个相对独立的反应过程，即阳极反应和阴极反应。腐蚀过程中，电子的传递是通过金属从阳极流向阴极，有电流产生。在电化学腐蚀过程中，电极电位较低金属失去电子的反应称为阳极反应，即氧化反应（金属被腐蚀）；电极电位较高金属得到电子，称为阴极反应，即还原反应（金属被保护）。

1.2.应力腐蚀开裂[1]

金属在拉应力和特定腐蚀介质的共同作用下导致的脆性开裂称为应力腐蚀开裂（即SSC），其主要特征是：（1）金属承受一定拉伸应力，该拉伸应力包括外加载荷，冷热加工引起的应力，裂纹锈蚀产物引起的应力；（2）只有特定合金与介质组合才会造成应力腐蚀；（3）腐蚀过程为延迟脆裂，应力腐蚀裂纹形成，扩展需要一定时间，断裂没有宏观变形。

1.3.流动腐蚀[1]

流动腐蚀是腐蚀与流动的耦合作用所引起的的腐蚀现象，需要综合分析过程工艺，运行情况，流动过程及多相流中腐蚀性介质在设备或管道的壁面对材料发生的化学或电化学腐蚀。流动腐蚀具有临界特性，失效具有局部性，且一般流速越快，腐蚀越严重。

2.腐蚀形式及其防腐方法

2.1.腐蚀形式

金属腐蚀按照腐蚀形式可以分为全面腐蚀和局部腐蚀，全面腐蚀又称均匀腐蚀，设备发生这类腐蚀易于检测，危险性较低，局部腐蚀难以检测，危险性大，常见形式有晶间腐蚀，小孔腐蚀，缝隙腐蚀；应力腐蚀开裂与具体合金及介质组合有关；流动腐蚀形式主要有冲蚀，磨蚀，汽蚀，垢下腐蚀，露点腐蚀。

2.2.防腐方法

2.2.1.金属腐蚀防护方法[2]

金属腐蚀常用的防护措施主要有隔离法，缓蚀剂法，电化学保护法。

2.2.1.1.隔离法

微电池作用是造成金属腐蚀的主要原因，构成电池必须同时具备阴阳两极。因此，防治金属腐蚀的第一大对策就是将金属(阳极)和其它介质(阴极)隔离开来，使之构不成电池。常采用的隔离方法有涂层法、钝化法和电镀法等。

（1）涂层法

涂层防腐在我国和世界其它国家已有悠久历史，涂料涂层防腐蚀也是最有效、最经济、应用最普遍的方法。涂层防腐不仅保护金属不受环境的侵蚀具有施工简便、适应性广、不受设备面积和形状约束、重涂和修复方便等优点。目前应用较多的防腐涂料主要有酚醛树脂、环氧树脂、聚氨酯、乙烯

树脂、过氯乙烯树脂、呋喃树，但是随着防腐要求的提高，这些树脂涂料已不能满足实际应用的要求。

近年来国内外开发出了新型含氟树脂、聚苯硫醚树脂、聚氯醚树脂、聚苯胺树脂等一系列新的防腐涂料[2]。

（2）钝化法

钝化是一种电化学现象，当金属在一定的环境中由于显著的电位提高而产生强的抗蚀能力，该金属就发生了钝化，钝化工艺总体上可分为形成氧化性膜和沉积性膜(吸附膜)两类钝化工艺。前者是采用有氧化性的钝化剂进行处理，使钢铁表面形成致密氧化膜，合金钢中可以形成氧化铁膜含铬氧化性膜；后者是利用各种无机盐的溶液对金属进行处理，由于各种不同的金属盐在水中的溶度积不同，形成的难溶盐在金属表面沉积而形成致密的钝化膜。

据常用钝化剂种类，钝化工艺可分为磷酸及磷酸盐工艺、磷酸及聚磷酸盐工艺、有机膦酸工艺、亚硝酸盐工艺、联胺及各种有机除氧剂工艺等。但这些工艺都存在一些问题，比如DH值高，钝化剂具有毒性等。双氧水与上述钝化剂相比，毒性低，且无害，但存在对水质要求高，高pH下不稳定，受铁离子影响较大，效果相对较差的缺点，故不能完全代替磷酸类钝化剂。

（3）电镀法

对于电镀镀层，可分为阳极性镀层和阴极性镀层两种。前者是指镀上去的金属比被保护的金属有较低的电极电势，比如把锌镀在铁上(锌为阳极，铁为阴极)，后者是镀上去的金属比被保护的金属有较高的电极电势，比如把锡镀在铁上(锡为阴极，铁为阳极)。当镀层完整时，这两种镀层的作用都是将被保护金属与腐蚀介质分离开来。阳极性镀层由于被保护的金属是阴极。即使损坏，受腐蚀的也是镀层本身，被保护的金属则仍不受腐蚀；阴极性镀层由于被保护的金属是阳极，一旦损坏，受腐蚀的将是被保护的金属，此时，镀层的存在反而加速了被保护金属的腐蚀。

2.2.1.2.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、金属制品的储运等工业过程中。

缓蚀剂的作用是通过吸附与腐蚀产物生成沉淀而覆盖在金属电极表面形成保护膜，从而减缓电极过程的速度，达到缓蚀的目的。缓蚀剂也可分为阳极缓蚀剂和阴极缓蚀剂。阳极缓蚀剂是直接阻止阳极表面的金属进入溶液，或在金属表面上形成保护膜，使阳极免于腐蚀。如果加入缓蚀剂的量不足，阳极表面覆盖不完全，则导致阳极的电流密度增大而使腐蚀加快，故有时也将阳极缓蚀剂称为危险性缓蚀剂。阴极缓蚀剂主要抑制阴极过程的进行，增大阴极极化，有时也可在阴极上形成保护膜。阴极缓蚀剂则不具有“危险性”。随着社会进步和人类环保意识的增强，缓蚀剂的开发和运用越来越重视环境保护的要求。绿色化学及其技术将广泛应用于腐蚀防护领域。缓蚀剂发展趋向低毒性甚至无毒性发展。

2.2.1.

3.电化学保护法

电化学保护是金属腐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人足够的阳极电流，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人足够的阴极电流，使金属发生阴极极化，即电位变负以阻止金属溶解。阴极保护根据电流来源不同分为外加电流法和牺牲阳极法两种方法。前者是利用外加电源，将被保护金属与电源负极相连，通过辅助阳极构成电流回路，使金属发生阴极极化。后者则是将被保护金属与电位更负的牺牲阳极直接相连，构成电流回路，从而使金属发生阴极极化。采用牺牲阳极法进行阴极保护时，保护效果好坏与牺牲阳极材料本身的性能有着直接关系。

牺牲阳极材料必须具备以下条件：(1)电位负，极化小。牺牲阳极的电位一定要比被保护金属的电位更负，以保证被保护金属发生显著的阴极极化。同时，在工作过程中，牺牲阳极的电位变化要小，不能随着输出电流增加发生较大改变；(2)单位质量的阳极放出的电量大；(3)阳极腐蚀小、电流效率高，阳极溶解时产生的电流大部分用于被保护金属的阴极极化；(4)溶解均匀性良好；(5)价格低廉，来源广泛，加工方便。目前研制成功并被广泛用于钢铁设施阴极保护的牺牲阳极材料有3大类：镁阳