13材料设备腐蚀与防护.ppt
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由于金属表面电极电位不同，金属在电解质溶液中形成 腐蚀原电池；
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。
腐蚀原电池示意图
金属产生原电池的可能性
基体与杂质中金属的电极电位不同；
铁、铝、锌电极电位＜金、银、铜、铅、汞
悬浮物
微生物
物理因素
温度 水的流速
高流速促进磨损腐蚀
材料的表面状况
二、金属腐蚀原理
（一）金属的化学腐蚀
1、金属氧化
2、钢铁的气体腐蚀
（二）金属的电化学腐蚀
1、电化学腐蚀原理 2、极化现象 3、去极化作用 4、金属的钝化
1、金属氧化
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。
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
导致金属腐蚀速度降低。
极化类型：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因素。
阳极活化极化
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。
4、金属的钝化
定义：金属与介质作用后，失去化学活性，
使金属更稳定的现象
钝化剂：使金属发生钝化的物质
HNO3，NO3-， O2，重铬酸钾、 高锰酸钾氧化剂等
钝化机理：成相膜理论、吸附理论
总之，金属的钝化可提高金属的耐蚀性
去极化作用
去除极化会促进阳极和阴极过程进行，
即去极化会加速腐蚀进行。
1）脱碳
2）氢蚀
3）铸铁肿胀
预防方法
1）合金化
加入合金元素铬、铝、硅可 以抗氧化；
2）改善介质 3）保护性覆盖
表面喷涂 表面渗镀
脱碳
脱碳现象：
脱碳作用的危害：
钢中的渗碳体Fe3C与O2、 H2、CO2和水反应，使 渗碳体减少的现象。
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。
是电子的传导过程快于阳极表面的电化学反应 过程，从而使得电极上出现过剩的正电荷，从 而使电位向正方向移动。
浓差极化：
在电解过程中，电极附近某离子浓度由于电极 反应而发生变化，本体溶液中离子扩散的速度 又赶不上弥补这个变化，就导致电极附近溶液 的浓度与本体溶液间有一个浓度梯度，这种浓 度差别引起的电极电势的改变称为浓差极化.
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）氧化膜具有一定强度和塑性； 3）氧化膜稳定，不易脱落。
高温氧化的危害
2、钢铁的气体腐蚀
气体腐蚀类型
氧化膜内形成疏松的FeO，表 面产生易脱落的疏松氧化皮。
铸铁肿胀
铸铁肿胀
是一种晶间气体腐蚀现象。气体渗入铸铁内部，
发生氧化作用，产生氧化物使铸铁肿胀，强度
降低。
防止方法：
在铸铁中加入5%--10%Si，形成SiO2保护膜，阻 止氧气的渗入。
（二）金属的电化学腐蚀
1、电化学腐蚀原理 2、极化现象
1、电化学腐蚀原理
3）E-pH图——
表示金属与水的电化学反应和 化学反应平衡关系图
可判断金属在溶液中的腐蚀倾向、 腐蚀产物、防腐的途径
采用阴极保护，将EFe降至非腐蚀区 采用阳极保护，将EFe升至钝化区 在溶液中加阳极型缓蚀剂
调节溶液pH值为8－13，进入钝化区
2、极化现象
定义：
F3C eH 2 3F eC4H
防止氢蚀的Байду номын сангаас法：
降低钢中含碳量，减少脱碳过程； 加入铬、钛等合金元素形成稳定的碳化物
高温氧化
在200-300 ℃时，钢铁表面形 成氧化膜，温度升高，氧化 膜厚度增加。
温度＜570 ℃
形致成密的，氧使化氧膜化（速度Fe降2O低3 ，；Fe3O4）
温度＞ 570 ℃，
材料设备的腐蚀防护与保 温
§2－1材料设备的腐蚀 §2－2材料设备腐蚀防护技术 §2－3设备的保温
§2－1材料设备的腐蚀
一、腐蚀的危害及影响因素 二、金属腐蚀原理
三、金属的腐蚀破坏形态 四、非金属材料的腐蚀
一、腐蚀的危害及影响因素
1.腐蚀现象及危害
设备和管材的结垢与腐蚀导致设备和管道的报 废；维护费用增加；腐蚀产物进入水中，使水 质下降。
1
Fe C O 3 Fe CO
3
22
Fe C CO 3 Fe 2 CO
3
2
Fe C H O 3 Fe CO H
3
2
2
Fe C H 3 Fe CH
2
2
4
防止脱碳的措施：
增加气体介质中CO， CH4的含量；
钢中加入合金元素铝、 钨。
氢蚀
氢蚀：
温度＞200～300℃，压力＞30.4MPa时，氢气使 钢产生剧烈脆化的现象。
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
1、电化学腐蚀原理
1）电化学腐蚀定义：
金属在电解质中发生氧化还原反应后，产生腐蚀现象
2）腐蚀原电池原理：
腐蚀原电池构成示意图
组成：阳极、阴极、导体介质
水工程中大型设备采用钢丝绳或拉链会产生磨 损、断线、锈蚀，导致事故。
如，沉淀池中的刮泥机上的钢丝绳腐蚀断裂， 直接影响排泥效果，导致沉淀池出水恶化。
2.影响因素
镀锌钢管的腐蚀
腐蚀的影响因素
化学因素
环境的pH 溶解盐
Cl，SO4
溶解气体
CO2促进腐蚀 O2， H2S,Cl2促进酸性侵蚀。
组织结构不同；
铁素体电极电位＜渗碳体
物理状态不均匀，如受力不同；
高应力区电极电位＜低应力区； 温度高的部位电极电位＜温度低的部位
表面氧化膜不完整；
无保护膜区域电极电位＜有保护膜区域
电极电位较低的金属形成阳极
不断溶解，产生腐蚀，阳极上多余的电子由金属内部流 向电极电位较高的阴极
电极电位较高的金属形成阴极
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。
腐蚀原电池示意图
金属产生原电池的可能性
基体与杂质中金属的电极电位不同；
铁、铝、锌电极电位＜金、银、铜、铅、汞
悬浮物
微生物
物理因素
温度 水的流速
高流速促进磨损腐蚀
材料的表面状况
二、金属腐蚀原理
（一）金属的化学腐蚀
1、金属氧化
2、钢铁的气体腐蚀
（二）金属的电化学腐蚀
1、电化学腐蚀原理 2、极化现象 3、去极化作用 4、金属的钝化
1、金属氧化
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。
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
导致金属腐蚀速度降低。
极化类型：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因素。
阳极活化极化
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。
4、金属的钝化
定义：金属与介质作用后，失去化学活性，
使金属更稳定的现象
钝化剂：使金属发生钝化的物质
HNO3，NO3-， O2，重铬酸钾、 高锰酸钾氧化剂等
钝化机理：成相膜理论、吸附理论
总之，金属的钝化可提高金属的耐蚀性
去极化作用
去除极化会促进阳极和阴极过程进行，
即去极化会加速腐蚀进行。
1）脱碳
2）氢蚀
3）铸铁肿胀
预防方法
1）合金化
加入合金元素铬、铝、硅可 以抗氧化；
2）改善介质 3）保护性覆盖
表面喷涂 表面渗镀
脱碳
脱碳现象：
脱碳作用的危害：
钢中的渗碳体Fe3C与O2、 H2、CO2和水反应，使 渗碳体减少的现象。
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。
是电子的传导过程快于阳极表面的电化学反应 过程，从而使得电极上出现过剩的正电荷，从 而使电位向正方向移动。
浓差极化：
在电解过程中，电极附近某离子浓度由于电极 反应而发生变化，本体溶液中离子扩散的速度 又赶不上弥补这个变化，就导致电极附近溶液 的浓度与本体溶液间有一个浓度梯度，这种浓 度差别引起的电极电势的改变称为浓差极化.
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）氧化膜具有一定强度和塑性； 3）氧化膜稳定，不易脱落。
高温氧化的危害
2、钢铁的气体腐蚀
气体腐蚀类型
氧化膜内形成疏松的FeO，表 面产生易脱落的疏松氧化皮。
铸铁肿胀
铸铁肿胀
是一种晶间气体腐蚀现象。气体渗入铸铁内部，
发生氧化作用，产生氧化物使铸铁肿胀，强度
降低。
防止方法：
在铸铁中加入5%--10%Si，形成SiO2保护膜，阻 止氧气的渗入。
（二）金属的电化学腐蚀
1、电化学腐蚀原理 2、极化现象
1、电化学腐蚀原理
3）E-pH图——
表示金属与水的电化学反应和 化学反应平衡关系图
可判断金属在溶液中的腐蚀倾向、 腐蚀产物、防腐的途径
采用阴极保护，将EFe降至非腐蚀区 采用阳极保护，将EFe升至钝化区 在溶液中加阳极型缓蚀剂
调节溶液pH值为8－13，进入钝化区
2、极化现象
定义：
F3C eH 2 3F eC4H
防止氢蚀的Байду номын сангаас法：
降低钢中含碳量，减少脱碳过程； 加入铬、钛等合金元素形成稳定的碳化物
高温氧化
在200-300 ℃时，钢铁表面形 成氧化膜，温度升高，氧化 膜厚度增加。
温度＜570 ℃
形致成密的，氧使化氧膜化（速度Fe降2O低3 ，；Fe3O4）
温度＞ 570 ℃，
材料设备的腐蚀防护与保 温
§2－1材料设备的腐蚀 §2－2材料设备腐蚀防护技术 §2－3设备的保温
§2－1材料设备的腐蚀
一、腐蚀的危害及影响因素 二、金属腐蚀原理
三、金属的腐蚀破坏形态 四、非金属材料的腐蚀
一、腐蚀的危害及影响因素
1.腐蚀现象及危害
设备和管材的结垢与腐蚀导致设备和管道的报 废；维护费用增加；腐蚀产物进入水中，使水 质下降。
1
Fe C O 3 Fe CO
3
22
Fe C CO 3 Fe 2 CO
3
2
Fe C H O 3 Fe CO H
3
2
2
Fe C H 3 Fe CH
2
2
4
防止脱碳的措施：
增加气体介质中CO， CH4的含量；
钢中加入合金元素铝、 钨。
氢蚀
氢蚀：
温度＞200～300℃，压力＞30.4MPa时，氢气使 钢产生剧烈脆化的现象。
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
1、电化学腐蚀原理
1）电化学腐蚀定义：
金属在电解质中发生氧化还原反应后，产生腐蚀现象
2）腐蚀原电池原理：
腐蚀原电池构成示意图
组成：阳极、阴极、导体介质
水工程中大型设备采用钢丝绳或拉链会产生磨 损、断线、锈蚀，导致事故。
如，沉淀池中的刮泥机上的钢丝绳腐蚀断裂， 直接影响排泥效果，导致沉淀池出水恶化。
2.影响因素
镀锌钢管的腐蚀
腐蚀的影响因素
化学因素
环境的pH 溶解盐
Cl，SO4
溶解气体
CO2促进腐蚀 O2， H2S,Cl2促进酸性侵蚀。
组织结构不同；
铁素体电极电位＜渗碳体
物理状态不均匀，如受力不同；
高应力区电极电位＜低应力区； 温度高的部位电极电位＜温度低的部位
表面氧化膜不完整；
无保护膜区域电极电位＜有保护膜区域
电极电位较低的金属形成阳极
不断溶解，产生腐蚀，阳极上多余的电子由金属内部流 向电极电位较高的阴极
电极电位较高的金属形成阴极