腐蚀与防护 第十讲

材料的化学成分
矿物学组成
孔隙
结构类型
SiO2↑, Al2O3 耐酸↑
高温下材料性质的变异 腐蚀介质的性质
CaO, MgO 耐 碱
2、陶瓷材料的特性指标： 孔隙率和吸水率


不渗透性
耐热冲击性能

耐酸度
第四节 碳 - 石墨
碳素材料是一种重要的工 程材料 耐磨、耐蚀的特点； 应用：冶金、机电、化工、 原子能和航空等
2、酚醛树脂
热塑性酚 醛树脂
防腐工程 用热固性 酚醛树脂
较高的化学稳定性
在非氧化性酸中，耐蚀性>环氧树脂 和聚酯树脂，不耐碱腐蚀
马丁耐热度为120℃，最高为 150 ℃（不受力） 具有较大的收缩率和气孔率
环氧-酚醛树脂
使材料的耐酸、碱，耐热以及收缩率、 粘结性等性能得到综合提高
3、呋喃树脂 分子中含有呋喃环的高聚物称为呋喃树脂
4、运转及开停车的条件
二、掌握材料的基本特性
首先了解各种材料的共性，
然后分析某些材料的特殊性质， 全面掌握各种材料的基本特性
三、材料选择的基本要点 耐蚀性
力学物理特性
加工成型工艺性能
材料价格与来源
第五章 非金属结构材料的耐蚀特性
第一节 高分子材料的腐蚀性和影响因素 第二节 耐腐蚀高分子材料 第三节 耐腐蚀无机非金属材料 第四节 碳-石墨 第五节 树脂基复合材料-玻璃钢的耐蚀性
具有良好的耐酸、耐碱性能
可在酸碱交替的环境中使用 不耐氧化性酸和其他氧化性介质的腐蚀
耐溶剂性和耐热性较好 塑性差易脆裂 与金属的粘结能力差
4、聚酯树脂 聚酯：多元醇与多元酸形成的缩聚物的总称 不耐氧化性介质、易老化
在碱和热酸的作用下，发生水解
成型工艺性能良好
制品致密性好
制造玻璃钢主要用不饱和聚酯
二、玻璃钢的耐蚀特性
热力学稳定性；
可减弱钢在海水中的缝隙腐蚀：加入Cu后， 钢的阳极过程受到阻滞，使钝化临界电流 密度减小。
常用结构材料的耐蚀性能
一、依靠钝化获得耐蚀能力的金属 主要有不锈钢、铝及铝合金、钛及钛合金、硅铸铁等
1、18-8不锈钢（Cr18%, Ni8%-9% ;n=2)
在空气、水、中性溶液和各种氧化性介质中十分稳定 在酸性介质中（氧化性酸或非氧化性酸，以及氧化性 的强弱有关） 不锈钢设备的腐蚀多是局部腐蚀破坏： 晶间腐蚀、孔蚀、应力腐蚀
性能与玻璃纤维及树脂的种 类、组成相的比例、组成相 之间的结合强度有关
玻璃钢 制品
一、 化工玻璃钢常用树脂的耐蚀特性
1、环氧树脂
凡分子结构中含有环氧基团 的高分子化合物统称为环氧 树脂。
环氧基
粘接性能优异 环氧固化物具有优良的化学稳定性 固化收缩率小（一般<2％）： 酚醛树脂为8％～10％；不饱和聚酯树脂为4％～ 6％；有机硅树脂为4％～8％) 环氧固化物的马丁耐热度105～130℃ 常温下流动性好
铜（Cu)： 是低合金钢、不锈钢、镍基合金、铸铁中常用 的耐蚀合金元素之一；
耐大气腐蚀：铜在低合金钢大气腐蚀过程中起
着活性阴极的作用，在一定条件下可以促使钢 产生阳极钝化，从而降低腐蚀速率；
钝化膜易被活性氯离子破坏，所以铜钢只
在较纯净的空气中具有较好的耐蚀性；
可提高钢对H2SO4的耐蚀性：提高了合金的
第六章 防腐方法
目前工程中用得最多的防腐方法： 金属或非金属材料覆盖层
金属覆盖层：金属衬里；金属镀层；复合金属板等
非金属覆盖层：衬里；搪瓷；搪玻璃；涂料；
联合覆盖层
电化学保护 包括阴极保护；阳极保护 防腐结构设计 介质处理
从防腐效果、施工难易、 经济成本等方面综合考 虑选取防腐方法
高分子材料的腐蚀特性和影响因素
一、溶胀、溶解与渗透 渗透：高分子材料处于环境中，腐蚀性介质通过材料 表面渗入内部，同时，材料的可溶成分及腐蚀 产物逆向扩散进入介质。 溶胀：相当数量的介质小分子渗入高聚物内部，引起 高分子材料宏观上的体积和重量的增加 溶解：如果大分子间无交联键，溶胀可以一直进行下 去，大分子充分溶剂化后会缓慢的向溶剂中扩 散，形成均一的溶液
无定形碳和 石墨的成品 统称为碳素 材料
一、碳-石墨制品的制造
无烟煤、焦 炭、石油焦
压制石墨
浇铸石墨
填塞孔隙 合成树脂、水玻 璃、低熔点金属
第五节树脂基复合材料-玻璃钢的耐蚀性
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。
具有高强度、耐腐蚀、成型 加工性好等特点。
第一节 电化学保护法
电化学保护是根据金属电化学腐蚀原理对金属设备进 行保护的方法。分为阴极保护和阳极保护 （一）阴极保护
一 、阴极保护 1、原理
电保护和护屏保护的原理完全相同； 腐蚀着的金属看作是双电极腐蚀厚电池
2、阴极保护的基本参数
硅（Si)： 在相应的合金中具有耐氯化物腐蚀破裂、耐孔蚀、耐 浓热硝酸、抗氧化、耐海水腐蚀等作用 不锈钢随硅含量的增加，耐应力腐蚀破裂性能显著改 善（依靠加硅形成富硅保护膜） 耐氯离子腐蚀（耐氯化物应力腐蚀破裂） 改善耐孔蚀性能（提高了钢的钝态稳定性） 耐强氧化物腐蚀：形成富集Si, Cr, O的表面膜 Si与Cr, Mo与Cu配合，可以得到各种耐海水钢
第三节 结构材料的选择原则
一、纯金属的耐蚀特性 金属的热力学稳定性 判断依据：标准电位值 酸性溶液中EH = 0V 中性溶液中EH = -0.414V 中性溶液中EO2 = 0.805V 当金属的电极电位小于以上值时，即发生腐蚀
金属的钝化 热力学不稳定的金属在氧化性介质中容易钝 化可钝化的金属有 锆、钽、铌、铝、铬、铍钼镁、镍、钴、铁 这些金属大多在氧化性介质中易钝化 在Cl- 、Br-、F-，离子作用下钝态易破坏。 易钝化的金属可作为合金元素加入合金中使 合金获得耐蚀性 腐蚀产物膜（机械钝态膜）的保护性能
4、使合金表面生成电阻大的腐蚀产物膜
三、主要合金元素对耐蚀性的影响
铬（Cr）：
是不锈钢的基本合金元素；热力学不稳定
与铁基合金组成固溶体时，合金呈现不同程度的类似
铬的耐蚀特性 在具备钝化的条件下，含量越高，耐蚀性越好 在不能实现钝化的条件下，随着含量的增高，腐蚀速 率反而加大
镍（Ni)： 热力学不够稳定 与Fe-Ni合金在硫酸、盐酸和硝酸中的腐蚀速率 都随着镍的含量的增加而减小； 镍在铁的基体中的耐蚀性不是钝化作用，而是 使合金的热力学稳定性提高
聚全氟乙丙烯（FEP，F – 46）
3、氯化聚醚塑料 结晶 大分子结构中存在醚键
4、聚苯硫醚塑料PPS 耐热 机械性能高
具有较高的耐蚀性。
热塑性塑料加工成型
热塑性塑料加工成型
用做耐蚀和耐热的阀门、 泵、密封环
用做涂层和衬里
主要用于防腐涂层
第三节 耐腐蚀的无机非金属材料
一、 陶瓷 1、陶瓷的耐蚀性的影响因素： 陶瓷的化学 组分为各类 硅酸盐
在氧化性介质和还原性介质中均有效
优势： 与铬配合加入铁中获得不锈钢； 综合了铬镍的优势，耐氧化性介质腐蚀也 耐还原性介质腐蚀； 形成奥氏体，具有良好的热加工性、冷变 形能力、可焊性、良好的低温韧性。
不利之处：增加不锈钢的晶间腐蚀倾向
钼（Mo)：
使合金耐还原性介质的腐蚀和抗氯离子等引起
的孔蚀 含量较小时，使钢对氯化物腐蚀破裂敏感，而 当钼含量大于4%时，钢的耐应力腐蚀破裂性能 提高 钝化膜厚度随着钢中钼含量增高而增厚，而膜 厚度的增加通常会延长蚀孔形成的孕育期，提 高耐孔蚀性能。
五、老化（耐侯性）
影响高分子材料老化的因素：
紫外线 红外线
阳光 温度
水分、 雨雪
湿度
其他作用
第二节 耐腐蚀的高分子材料
一、硬聚氯乙烯塑料：nCH2﹦CHCl→〔CH2—CH· n Cl〕
材料的溶 解性和渗 透性增加
聚合物裂解 交联 氧化产物降解 交联（老化）
硬聚氯乙烯塑料：nCH2﹦CHCl→〔CH2—CH· n Cl〕
4、高硅铸铁
含14.5-18%硅的铁硅合金称为高硅铸铁
n=2 表面钝化形成SiO2保护膜 在碱，氢氟酸，氟化物，卤素，亚硫酸等环境中 不耐蚀
抗热冲击能力差
结构材料的选择原则
一、根据工艺条件分析对设备材料的要求
1、介质的特性与温度、压力 2、工艺条件对材料的限制
3、设备的功能和结构
二、金属耐蚀合金化的途 径 1、提高金属的热力学稳定性 （贵金属，成本高，难以推广） 2、减弱合金的阴极活性
减小金属或合金中的活性阴极面积；通 过热处理的方法形成稳定的固溶体
加入析氢超电压高的合金元素（增大合 金阴极析氢反应的阻力）
3、减弱合金的阳极活性（是最有效、应 用最广泛的方法） 减少阳极相的面积 加入易钝化的合金元素 加入阴极合金元素促进阳极钝化
二、化学腐蚀--氧化
聚二烯烃 > 聚丙烯 > 低密度聚乙烯 > 高密度聚乙烯
三、化学腐蚀--水解
• 加聚反应合成的产物的主链“C—C”共价键不易水解
• 杂链高聚物易水解，杂原子与碳原子键的极性越大，
越易水解 • 高分子材料的水解基团在酸碱介质中的水解活化能越高，
越不易水解
耐酸性介质水解的能力： 醚键 > 酰胺键或酰亚胺键 > 酯键 > 硅氧键 耐碱性介质水解的能力： 酰胺键或酰亚胺键 > 酯键
常用耐腐蚀部件和设备： 贮槽、塔设备、电除雾器、离心泵、风机、管道、 管件及阀门等 研制开发改性的聚氯乙烯： FR-PVC


C-PVC
玻璃钢增强PVC
PVC使用实例见P104
二、其他塑料 1、聚丙烯塑料（PP）
具有良好的耐蚀性、耐溶剂性、耐热性（>PVC）