过程装备腐蚀与防护综述

过程装备腐蚀与防护综述班级：装控131班学号：1304310125姓名：杨哲指导老师：黄福川过程装备腐蚀与防护综述装控131杨哲 1304310125材料表面现代防护理论与技术摘要：从材料表面防护技术与防护理论的角度，全面的介绍了材料表面防护技术与防护理论在人们的日常生活和国民经济发展中的重要性，并从金属材料有可能发生的腐蚀老化失效、摩擦磨损失效和疲劳断裂失效的理论基础，介绍了多种现代常见的材料表面防护新技术，如特种电沉积技术、热能改性表面技术、三束表面改性技术、气象沉积技术。

金属表面转化膜技术等。

同时，对于材料表面的涂、镀层界面结合理论，材料涂、镀层的防护理论，零部件表面防护涂、镀层设计等内容进行了专门的介绍。

关键词：材料表面；防护技术；腐蚀机理；防护理论；材料涂、镀层Abstract: From the Angle of material surface protection technology and protection theory, comprehensive material surface protection technique is introduced and protection theory in People's Daily life and national economic development, the importance of and the possible corrosion of metal materials aging failure friction and wear and fatigue fracture failure of the theoretical foundation, introduced a variety of modern common material surface protection technology, such as special heat surface modification technology of electrodeposition three beam surface modification technology of meteorological deposition technology conversion film on the metal surface at the same time, such as interface for material surface coatings combined with theory, theory of protective materials, coatings, parts design content such as surface protective coatings specifically introducedKeywords: Material surface; Protection technology; Corrosion mechanism; Protective theory; Material coatings前言人们在日常的生活工作中不可避免的都要使用各种不同材料制成部件或产品，而使用这些部件或产品其目的是不同的，有的是为了工作，有的是为了日常生活。

在使用这些不同材料制成的产品时，人们经常会发现，一些产品部件在不同的使用环境中，或者在环境条件发生变化时，表面很快会发生腐蚀、氧化、摩擦、磨损、老化等失效破坏现象，使产品的使用功能或使用价值受到影响，严重时甚至导致产品或部件的报废。

因此，需要有针对性的对产品部件涂覆不同的防护膜层，以达到在不同使用环境中能够长期使用的目的。

但是现代科学技术的进步和产品所处环境的复杂性，要求产品部件的屠夫膜层不再是简单的表面防护作用，而是需要具有多种功能，如耐高温、抗氧化、抗老化，满足光电磁等功能要求，甚至要求与产品部件的结构功能一体化。

因此，对产品部件表面进行防护或表面处理，关系到产品应用部件的应用寿命和功能化。

实际上，对产品部件涂覆功能性膜层是进一步发挥部件材料潜力的体现，也是现代社会提倡的节约原料资源、节约能源的一项重要措施。

设备和设施的绝大部分零件或构件都是由各种金属材料加工制作的，而多种金属材料在空气、水和各种介质中均会产生不同程度的腐蚀现象，致使零件失效，引发设备故障或事故，造成严重后果。

所以，设备的腐蚀及其防护问题日益受到工程技术人员和科研人员的高度重视。

腐蚀现象由来己久，随着工业化的发展这个问题愈加突出，而且超出工程技术和企业管理关注的范畴，成为严重影响人们健康与生命以及企业、国家财产的社会问题。

腐蚀造成金属材料的损失是相当严重的。

金属在各种环境中都可能发生腐蚀。

使用量最大的钢铁因遭受腐蚀而变成铁锈，因此使许多设备过早地报废，不能使用。

据一些国家的经济部门统计分析：全球因腐蚀而报废的金属量已超过总产量的30%，其中大约有三分之一不能回收利用；腐蚀给人类造成的危害和损失甚至超过风灾、火灾、水灾和地震等自然灾害的总和。

有资料显示，因腐蚀造成的经济损失约占国民生产总值的3%~5% 不仅如此，近30年来世界许多国家因工业设备、设施腐蚀引起的事故，已形成巨大的社会灾难。

腐蚀不仅大量吞噬钢材，同时由于生产过程中的腐蚀造成设备的跑、冒、滴、漏，不仅污染环境，甚至着火、爆炸，从而引起厂房、机器设备破坏，酿成严重的事故。

特别是石油化工生产工艺在高温高压情况下，腐蚀介质强，危害性更大，直接威胁人员的身体健康和生命安全，这不仅会造成巨大的经济损失，而且还可能造成惨重的人员伤亡事故，严重地损害了社会效益。

如1983年，西班牙奥图埃利亚地区的一个学校的地下煤气管道，因年久失修发生锈蚀泄漏，引起爆炸，致使53人死亡，其中包括50名儿童；1984年12月，印度博帕尔市一家农药厂因管道腐蚀泄漏引发爆炸，剧毒气体笼罩整个城市，致使3000余人死亡，18万人受到伤害；1992年，墨西哥瓜达拉哈拉市一家石化工厂，汽油管道腐蚀泄漏引起爆炸，造成300人当场余人死亡此外，据美国国会问责局（GAO）2010年12月发布的一份报告称，截至2007年10月已服役的新型F- 22 猛禽战斗机，共发生534起机仓飞行员座椅的排水装置发生严重锈蚀事件。

这可能导致在危险时刻座椅弹射机构失灵。

为此，美国国防部支付2.28亿美元用以除锈。

由以上事例可以看出腐蚀引起设备、设施发生故障与事故已经造成各方面的巨大损失，应引起人们对腐蚀防护工作的高度重视。

腐蚀现象几乎涉及国民经济的一切领域。

腐蚀不仅造成经济上的巨大损失，并且往往阻碍新技术、新工艺的发展。

因此，研究材料的腐蚀规律，弄清腐蚀发生的原因及采取有效的防止腐蚀的措施，做好防腐蚀工作。

不但可以延长设备寿命、节省大量的金属材料、降低成本，避免巨大的经济损失，而且还可以防止许多恶性事故的发生。

同时对促进新技术、新工艺的发展来提高劳动生产率也是必不可少的。

材料的腐蚀主要为金属腐蚀。

金属腐蚀按照腐蚀机理可以将腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀两大类。

腐蚀与防护原理主要介绍腐蚀电化学理论，其研究对象是非平衡体系中的金属电极系统，而不是平衡体系中的理想电极系统。

该电极系统有两个特点：其一是在没有外电流的自然电位情况下，腐蚀金属电极上有两个或两个以上的电极过程同时进行，腐蚀电位是两个或两个以上电极反应耦合的非平衡电极电位，实质上可以说是一个多电极系统。

其二是与一般的电化学过程不同，腐蚀金属电极上所发生的电极过程，通常是不可逆过程；而前者主要是可逆状态下的电化学过程。

因此，在分析和研究腐蚀问题时，必须要注意这些特点和区别，否则就不会得到正确的结果。

这篇综述抓住腐蚀金属电极系统的特点，在有关可逆过程电化学理论的基础上，进一步阐述腐蚀电极过程的相关理论。

为此，补充并加强讨论了与金属腐蚀相关的电极过程的不可逆热力学问题。

另外，强调了基本概念、基本原理，但更注重这些原理的实际应用。

讨论腐蚀过程动力学，结合两类常的氢和氧的去极化腐蚀、金属的钝化以及常见的局部腐蚀，介绍典型的环境介质，讨论腐蚀的发生、发展，揭示机制，以寻找有效的腐蚀控制途径。

其中涉及了国民经济的重要领域，如石油、化工、电力、水利枢纽、铁路运营工业系统中的腐蚀及其控制。

1 金属电化学腐蚀基本理论1.1 金属电化学腐蚀原理1.1.1 金属的电化学历程金属的腐蚀是金属与周围介质作用转变成金属化合物的过程，实际上就是金属和介质之间发生了氧化还原反应。

氧化还原反应根据条件不同，将分别按以下两种不同的历程进行。

一种历程是氧化剂直接与金属表面的原子碰撞，化合而形成腐蚀产物，即氧化还原在反应粒子相碰撞的瞬间直接于相碰撞的反应点上完成。

这种腐蚀历程所引起的金属破坏称为化学腐蚀。

另一种历程是金属腐蚀的氧化还原反应有着两个同时进行却又相对独立的过程。

虽然也是一个氧化还原反应，即锌被氧化,同时氧被还原，但是反应产物 Zn（OH）2不是通过氧分子与锌原子直接碰撞结合形成的，而是通过了以下步骤：（1）Zn→Zn2++ 2e（2）1/2O2+H2O+2e→2OH-（3） Zn2++2OHZn（OH）2（1）+（2）+（3）: Zn+1/2O2→Zn(OH)2其中反应（1）和反应（2）是同时但又相对独立地进行，即反应（1）中的锌原子并没有同反应（2）中的氧分子直接碰撞。

锌原子被氧化成锌离子而进入溶液，它释放出的电子从发生反应（1）的表面部位通过金属锌本身传递到发生反应（2）的表面部位，再同氧分子结合而使氧还原。

直接生成的腐蚀产物从金属表面进入溶液的Zn2+和OH-称为一次产物。

这两种离子在水溶液中扩散相遇，进而按反应（3）生成白色腐蚀产物Zn（OH）2,通常称后者为二次产物。

1.1.2 金属与溶液的界面特性——双电层金属浸入电解质溶液内，其表面的原子与溶液中的极性水分子、电解质离子相互作用，使界面的金属和溶液侧分别形成带有异性电荷的双电层。

双电层的模式随金属、电解质溶液的性质而异，一般有以下三种类型。

1) 金属离子和极性水分子之间的水化力大于金属离子与电子之间的结合力2) 金属离子和极性水分子之间的水化力小于金属离子与电子的结合力3) 金属离子不能进入溶液，溶液中的金属离子也不能沉积到金属表面。

上述各类双电层都具有以下特点：i.双电层两层“极板”分别处于不同的两相——金属相（电子导体相）和电解质溶液（离子导体相）中；ii.双电层的内层有过剩的电子或阳离子，当系统形成回路时，电子即可沿导线流入或流出电极；iii.双电层犹如平板电容器，由于两侧之间的距离非常小（一般约为5×10-8cm），这个“电容器”中的电场强度高，据估计其电场强度达107—109 V/cm。