化工腐蚀与防护

穿晶腐蚀
电偶腐蚀
腐蚀原理
金属的电化学腐蚀可以简单看做是一个的氧化还原过程。
金属在酸中的腐蚀 Zn+2HCl → ZnCl2+H2↑ 金属在中性或碱性溶液中的腐蚀 4Fe+6H2O+3O2 → 4Fe(OH)3
2Fe2O3 +6H2O （铁锈）
金属在盐溶液中的腐蚀 Zn+2FeCl3 → 2FeCl2+ZnCl2
——吸氧反应（好氧反应）
（3）氧化性的金属离子 Zn+Cu2+→ Zn2++Cu↓
产生于局部区域，少见，可引起严重局部腐蚀。Zn+2Fe3+→ Zn2++ 2Fe2+
电极电位（E）
标准电极电位表（电动顺序表，电动序）
能斯特（Nernst）方程式 Ee=E0+(RT/nF) lna氧化态/a还原态
高合金钢：大于10%的称为。
金属材料
非金属材料
优点： （1）改善钢在不同腐蚀环境中的耐蚀性——耐蚀低合金钢； （2）合金元素少，成本低，强度高，综合力学能力及加工工艺 性能好； （3）耐蚀性比碳钢优越； （4）高强度值（包括高温强度值）。 在自然条件下（特别在大气中）低合金钢比碳钢的耐蚀性能 以及耐高温气体腐蚀性能强。
阳极
阴极
阳极：Fe – 2e → Fe2+ 阴极：H+ + 2e → H2 通式：
M → Mn+ + ne D + ne → [D.ne]
钢铁的析氢腐蚀示意图
常见的去极剂
（1）氢离子
2H++2e→H2↑——析氢反应
（2）溶解在溶液中的氧
中性或碱性溶液中O2+2H2O+4e → 4OH酸性溶液中O2+ 4H++4e →2H2O
定义：含硅10%～16%的一系列合金铸铁称为高硅铸铁。
硅在普通铸铁中的含量一般不超过3%。 当硅含量为4～6%时，铸铁具有良好的高温组织稳定性。同时， 硅促进铸铁表面形成一种含有硅酸铁的致密氧化膜，降低铸铁在高温 下的氧化速度。因此，这种成分范围的铸铁是成本低廉的良好的耐热 材料。 当硅含量超过14%时，其耐腐蚀性提高十分显著。随着硅含量的 增加，铸铁强度下降。当硅含量超过18%时，铸铁明显变脆,并难以 加工。最常用的高硅铸铁的含硅量为14～15%。
金属材料
非金属材料
五、有色金属及其合金
4.钛及钛合金
耐蚀性：
钛在各种氧化性介质，包括各种大气和土壤中都非常耐蚀；钛在中性和弱酸性氯化 物溶液中仍有良好的耐蚀性—耐气蚀和点蚀。 钛在非氧化性酸(盐酸、稀硫酸)的腐蚀速度随温度、浓度增高而增加。 钛在稀碱液如20％以下的NaOH中是耐蚀的。若高于此浓度，特别是在高温下，则 不耐蚀，会生成氢和钛酸盐。
Ee-平衡电极电位，V；E0-标准电极电位，V F-法拉第常数，96500C/mol； R-气体常数，8.314J/（mol.K）； T-热力学温度，K； n-参加电极反应的电子数； a氧化态(还原态)-氧化（还原）态物质的平均活度（有效浓度）
电位较负的电极（阳极）反应往氧化方向进行（腐蚀）， 电位较正的电极（阴极）反应则往还原方向进行(不腐蚀)。
金属材料
非金属材料
（1）耐蚀性 缺点：质脆，安装、维修、使用时小心。 高硅铸铁在诸如醋酸、磷酸、硝酸、硫酸、铬酸及温度不高的盐酸 等大多数介质中具有良好的耐腐蚀性。 对于能溶解SiO2膜的溶液或能穿透SiO2膜的离子，普通高硅铸铁是 不耐蚀的。 可加入：稀土镁合金、铜、钼等元素，提高耐腐蚀性及抗氯腐蚀。
合金：耐蚀钛合金主要都是为了提高纯钛在还原性介质中的耐蚀性或耐缝隙腐蚀。 缺点：钛及钛合金常常发生氢脆。因为钛非常容易吸收氢、氧、氮。钛合金在高应 力下，或纯钛在苛刻的腐蚀条件下会发生应力腐蚀破裂。
金属材料
非金属材料
非金属材料
分为：无机非金属材料、有机非金属材料 常见：水泥、人造石墨、特种陶瓷、合成橡胶、合成树脂 （ 塑料）、合成纤维。
4.含钼的18-8型不锈钢
5.节镍型铬镍奥氏体不锈钢
6.含钼、铜的高铬镍奥氏体不 锈钢
常用作条件苛刻的耐磷酸、硫酸腐蚀的设备。
金属材料
非金属材料
1.铝及铝合金
五、有色金属及其合金
性能：轻金属，良好的导热性与导电性；塑性高，但强度低；冷韧性好，焊接性与 铸造性差； 耐蚀性：铝在空气及含氧的介质中能自钝化，在表面生成一层致密、牢固的氧化膜， 同时破裂时，能自行修复。因此，铝在许多介质中都很稳定，一般说来，铝越纯越耐 蚀。 铝硅合金 铝-镁-硅合金系列、硬铝（杜拉铝）
材料的耐蚀性
金属材料
非金属材料
一、铁碳合金
铁碳合金：碳钢和普通铸铁，是工业上应用最广泛的金属材料。
特点：产量大，价格低廉，有较好的力学性能及工艺性能。 缺点：耐蚀性较差，需要采用多种方法进行保护； 普通铸铁属于脆性材料，强度低。使用安装过程中要注意。
金属材料
非金属材料
铸铁在大气、海水、酸、碱、盐和其他介质的作用下都会发生腐蚀。
用离子方程式表示的电化学腐蚀反应 Zn+2HCl → ZnCl2+H2↑ Zn+2H++2Cl- → Zn2++2Cl-+H2↑ Zn+2H+ → Zn2++H2↑
氧化反应（阳极反应） 还原反应（阴极反应） Zn→Zn2++2e 2H++2e→H2↑
金属电化学腐蚀反应式由至少一个阳极反应和一 个阴极反应构成的电化学反应。
金属材料
非金属材料
耐蚀的原因：
铁铬合金表面形成了一层富铬钝化膜（1—10mm）。
优点: (1)良好的耐腐蚀性 (2)高机械强度和高延伸性 缺点： （1）高温脆性 （2）晶间腐蚀
提高不锈钢耐蚀性的途径就是在铁铬合金基础上添加或降低某些元素。
金属材料
非金属材料
分 类
1.铬镍奥氏体不锈钢 2.普通18-8型不锈钢 3.含钛的18-8型不锈钢 良好的耐蚀性能及冷加工性能，应用于几乎所有的 化工过程生成中。 在化学工业中主要用途之一是用以处理硝酸。 由于钢中的钛促使碳化物的稳定，因而有较高的抗 晶间腐蚀性能。 提高了钢的抗还原性酸的能力 是添加锰、氮以节镍而获得的奥氏体组织，在一定 条件下部分代替18-8钢，它可耐稀硝酸和硝铵腐蚀； 可用于硝酸，化肥的生产设备和零部件。
不同的使用条件，不同的腐蚀环境，腐蚀过程、机理不同，腐蚀 形式也不相同。 为了改善铸铁耐蚀性，通常向铸铁中加人Ni、Cr、Si、Cu和Al等合 金元素；Ti（钛）、V（钒）等元素偶尔也作为合金元素加入。这些 元索单独或联合加入对改善铸铁的耐腐蚀性和耐热性有很大的作用。
金属材料
非金属材料
二、高硅铸铁
特点：密度小，机械强度低、导热性差（除石墨）、 原料来源丰富，价格低廉、优越的耐蚀性能。
金属材料
非金属材料
一、防腐蚀涂料
涂布于物体表面在一定的条件下能形成薄膜而起保护、 装潢或其他 特殊功能（绝缘、防锈、防霉、耐热等）的一类液体或固体材料。
举例：
氯磺化聚乙烯（橡胶）涂料
高氯化聚乙烯涂料 聚氨酯涂料 环氧树脂涂料 呋喃树脂涂料 酚醛树脂涂料 改性树脂涂料 玻璃鳞片涂料
（2）应用 优点：耐酸腐蚀性能优越，广泛用于化工防腐蚀。
由于高硅铸铁硬而脆，力学性能差，应避免承受冲击力，不能用 于制造压力容器。铸件一般不能采用除磨削以外的机械加工。
金属材料
非金属材料
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
三、 低合金钢
低合金钢：合金元素质量分数小于3%的碳钢。 低合金钢：当合金总量低于3%时称为。
中合金钢：合金含量在3-10%之间称为；
金属材料
非金属材料
五、有色金属及其合金
2.铜及铜合金
性能：铜的强度较高、塑性、导电导热性好。低温下塑性和抗冲击韧性良好。
耐蚀性：在大气、水（海水）、中性盐溶液中，特别是在碱溶液中是耐蚀的，但不耐氨。 合金：由于铜的强度较低，铸造性能较差，常添加一些合金元素来改善这些性能。 黄铜（铜锌合金） 青铜（铜与锡、铝、硅、锰等合金）
金属与电解质溶液 发生电化学作用而 引起的破坏
腐蚀定义
腐蚀危害 腐蚀本质
腐蚀分类
2.按腐蚀破坏的形式 全面腐蚀 局部腐蚀
在力学和环境因素 共同作用下的腐蚀
腐蚀定义
腐蚀危害 腐蚀本质
腐蚀分类
全面腐蚀
均匀的全面腐蚀
不均匀的全面腐蚀
腐蚀定义
腐蚀危害 腐蚀本质
腐蚀分类
局部腐蚀 点蚀
缝隙腐蚀 选择性腐蚀 晶间腐蚀
富锌涂料
厚浆型耐蚀涂料
重防腐涂料
金属材料
非金属材料
二、塑料
塑料是以合成树脂为原料，再加入各种助剂和填料组成的一种可 塑成型的材料。
聚氯乙烯塑料（PVC） 聚乙烯塑料（PE） 聚丙烯塑料（PP） 聚苯硫醚（PPS） 氯化聚醚（CPE） 氟塑料
分类： （1）热固性塑料 （2）热塑性塑料
金属材料
非金属材料
金属材料
非金属材料
五、有色金属及其合金
3.镍及镍合金
性能：镍的强度、塑性高，延展性、可锻性好。易于加工，耐蚀性优良。镍基合金 还具有非常好的高温性能。 合金 蒙乃尔(Monel)合金：镍铜合金；包括一系列的含镍70%左右、含铜30%左 右的合金 哈氏合金：镍、钼、铁合金和镍、铬、钼、铁合金
机械及加工性能良好，可以铸造、焊接和切削，因此用途广泛。
三、玻璃钢
玻璃纤维(或玻璃纤维布)与热固性树脂组成的树脂基复合材料称为 玻璃纤维热固性增强塑料，俗称玻璃钢。玻璃钢学名玻璃纤维增强塑料。 分类：有聚酯玻璃钢、环氧玻璃钢、酚醛玻璃钢等。 特点：质轻而硬，不导电，机械强度高，回收利用少，耐腐蚀。可以 代替钢材制造机器零件和汽车、船舶外壳等。
金属材料
非金属材料
1、化工陶瓷的应用 除了氢氟酸、硅氟酸、热的磷酸和浓碱外，几乎能耐任何化 工介质，包括热浓硝酸、硫酸、盐酸、王水、盐溶液和有机溶剂 等。
化工生产中，化工陶瓷主要用来制造接触强腐蚀介质的塔器、
贮槽、泵、风机以及旋塞、管道、管件等等。常常作为防腐蚀衬
里材料。
金属材料
非金属材料
2.玻璃 化工中使用的是石英玻璃、高硅氧玻璃和硼硅酸盐玻璃。 石英玻璃：除了氢氟酸和热磷酸外，在任何温度下，可以耐 受任何浓度的无机酸和有机酸的腐蚀，因此石英玻璃是优良的耐 酸材料。 石英玻璃对碱性介质会生成可溶性硅酸盐，耐蚀性能不好，因 此不能用于强碱介质。
金属材料
非金属材料
使用低合金高强度钢时，希望取其强度高的优点而用较薄的截面， 这不仅是为了节省重量而且也是为了尽可能的经济。但是，必须要充分 考虑腐蚀这一因素，钢材截面愈薄就愈应注意防腐。 在表面上涂防腐层并且对防腐层加以保护的方法来达到的。 提高低合金钢耐大气腐蚀性能的元素是铜、磷、硅、铬、镍和钼。 中国 10MnSiCu、09MnCuPTi
2017年工业类继续教育培训
化学工业中的腐蚀与防护
目录
01 02 03 04
腐蚀概况 腐蚀原理 材料耐蚀性 防腐蚀方法
腐蚀概况
3
腐蚀定义
腐蚀危害
腐蚀本质
腐蚀分类
传统腐蚀定义 — 金属与周围环境介质之间发生的化学、电化学或 物理作用而损坏或变质现象；
腐蚀定义
腐蚀危害
腐蚀本质
腐蚀分类
广义腐蚀定义 — 材料和材料性质与其所处的环境介质作用发生退 化变质的现象。
金属材料
非金属材料
3.花岗岩 花岗石在浓的硫酸、硝酸和盐酸中具有良好耐蚀性，耐碱 性也较好，但不耐氢氟酸和高温磷酸的侵蚀。
腐蚀定义
腐蚀危害
腐蚀本质
腐蚀分类
材料：金属、非金属材料 三 个 本 要 素
环境：介质、温度、流速、压力
反应种类：电化学、化学、溶胀、老化、溶解
腐蚀定义
腐蚀危害 腐蚀本质
腐蚀分类
1. 经济损失：直接损失和间接损失 2. 对安全和环境的危害 3. 造成金属资源和能源的浪费 4. 阻碍新技术的发展
腐蚀定义
四、硅酸盐材料
硅酸盐指的是硅、氧与其它化学元素（主要是铝、铁、钙、镁、钾、 钠等）结合而成的化合物的总称。
如：化工陶瓷、 玻璃、化工搪瓷等产品都属于硅酸盐材料。
硅酸盐材料对于大多数无机酸都很稳定，但不耐氢氟酸、300℃以上 的磷酸、苛性碱溶液不耐蚀，因为在这些介质中，SiO2都要溶解。
金属材料
非金属材料
腐蚀危害
腐蚀本质
腐蚀分类
金属 （不稳定） 腐蚀（－能量） 自发过程 矿石 （稳定） 能量差＝
冶炼
(＋能量)
腐蚀驱动力
金属腐蚀的本质：金属由能量高的单质状态自发地向能量低的
化合物状态转变的过程。
腐蚀定义
腐蚀危害 腐蚀本质
腐蚀分类
1.按腐蚀机理分类
化学腐蚀
电化学腐蚀
金属与非电解质直 接发生化学作用而 引起的破坏
金属材料
非金属材料
四、不锈钢
不锈钢是指铁基合金中铬含量（质量分数）大于等于13% 的一类钢的总称。
（1）不锈钢具有较高的耐蚀性，耐热性
性 能 特 征
（2）不锈钢具有一定的力学性能，较好的高温强度，抗氧化性 是低温结构材料。 （3）不锈钢应有良好的工艺性能，是无磁材料。 焊接性、冷变形性、耐磨性等，