水工艺设备基础 期末复习

第一章水工艺设备常用材料1.水工艺设备常用的金属材料主要有：碳钢、铸铁、合金钢、不锈钢及部分有色金属材料等。

2.钢的分类：按化学成分分为碳钢和合金钢，按硫磷含量分为普通钢、优质钢、高级优质钢，按用途分为结构钢、工具钢、特殊性能钢。

3.钢的编号：Q+数字表示屈服强度值；标注A、B、C、D，表示钢材质量等级，A级最低，D级最高；标注F为沸腾钢，未标注为镇静钢：如q235—A·F，表示屈服强度为235MPa的A级沸腾钢。

4.合金结构钢编号：利用“两位数字+元素符号+数字”来表示，两位数字代表钢种平均含碳量的万分之几，元素符号表示钢中所含的合金元素，数字代表该元素的平均含量的百分之几，若平均含量低于1.5%，则不标明含量，若平均含量大于1.5%、2.5%、3.5%……，则相应地以2、3、4……表示。

如12CrNi3钢，其平均含碳量为0.12%，平均含铬量小于1.5%，平均含镍量为3%。

5.合金工具钢：当其平均含碳量大于或等于1.00%时，含碳量不予标出，小于1.00%时，以千分之几表示，其余表示方法与合金结构钢相似，如9SiCr，其平均含碳量为0.9%，硅和铬的平均含量均小于1.5%。

6.金属的基本性能是指它的物理性能、机械性能、化学性能和工艺性能。

7.钢中的有益元素包括锰和硅，有害元素包括硫（热脆、断裂韧性降低）和磷（冷脆、但提高在大气中耐蚀性）。

8.材料的机械性能主要指材料的弹性、塑性、强度和韧性（冲击韧性、断裂韧性、无塑性转变温度）。

9.材料的工艺性能主要指材料的可焊性、可锻性、切削加工性、成型工艺性和热处理性能。

10.有色金属：工业上钢铁称为黑色金属，除钢铁以外的金属称为有色金属。

11.铜合金及其编号：铜与锌组成的合金称为黄铜，HSn70—1表示含铜70%，含锡1%的锡黄铜；铜合金中的主加元素不是锌而是锡、铝、硅等其他元素，称为青铜，QSn4—3，表示平均含锡量4%，含锌量3%的锡青铜。

12.无机非金属材料包括天然岩石、铸石、陶瓷、搪瓷、玻璃、水泥等。

13.陶瓷以黏土为主要原料，其刚度、硬度是各类材料中最高的，在室温下几乎没有塑性，具有很好的耐火性能和不可燃烧性，最大的缺点是脆性和热稳定性低，大多数陶瓷是良好的绝热体和绝缘体。

14.陶瓷和搪瓷的区别：搪瓷是金属和瓷釉的复合材料，兼有金属设备的力学性能和瓷釉的耐腐蚀性能。

15.高分子化合物的合成：加聚反应（无副产物）、缩聚反应（析出低分子物质）。

16.高分子材料性能：重量轻、高弹性、滞弹性、塑性和受迫弹性、强度（比金属低）与断裂（脆性断裂、韧性断裂）、韧性（好）、减摩、耐磨性（好）、绝缘性（好）、耐热性（差）、耐蚀性（只化学腐蚀）、老化。

17.高分子材料主要包括合成树脂、合成橡胶和合成纤维三大类。

18.塑料的组成：塑料是指以有机合成树脂为主要组成材料，与其他配料混合，通过加热、加压塑造成一定形状的产品。

塑料的性能主要取决于树脂，但在合成树脂中加入添加剂可对塑料进行改性。

组成塑料的物质主要包括：合成树脂、填料（或增强材料）、固化剂、增塑剂、稳定剂、润滑剂、着色剂、阻燃剂。

19.塑料按受热性能分为热塑性塑料（加热时软化，可塑造成型，冷却后变硬，此过程可反复进行），热固性塑料（初加热时软化，可塑造成型，但固化后再加热，将不再软化，也不溶于溶剂）。

20.复合材料：为多相或多组成体系，全部相可分为两类，一类为基本相，主要起胶粘剂作用；另一类为增强相，起提高强度或韧性的作用。

21.复合材料性能特点：比强度和比刚度高、抗疲劳性能好、减振能力强、高温性能好、断裂安全性高。

第二章材料设备的腐蚀、防护与保温1.腐蚀：是材料与它所处环境介质之间发生作用而引起材料的变质和破坏。

2.金属氧化的条件：金属氧化物的分解压低于0.022MPa，该金属就有可能在空气中氧化。

3.金属氧化膜起保护作用的条件：①生成的金属膜必须致密、完整，能把金属表面全部遮盖住；②金属氧化物本身是稳定、难溶和不挥发的，且不易于介质作用而被破坏；③氧化膜与基体结合良好，有相近的热胀系数，不会自行或受外界作用而剥离脱落；④氧化膜有足够的强度、塑性，足以经受一定的应力、应变的作用。

4.钢铁的气体腐蚀：钢铁在高温气体环境中很容易受到腐蚀，常见类型有：高温氧化、脱碳、氢蚀和铸铁肿胀；防止措施：合金化、改善介质、应用保护性覆盖层。

5.腐蚀原电池的组成：阳极、阴极、导体介质；原理：构成腐蚀原电池的两个电极具有不同的电极电位，电极电位低的金属形成阳极，失去电子，不断溶解，产生腐蚀，电极电位高的金属形成阴极，得到来自阳极的电子。

6.极化：原电池由于电流通过，使其阴极和阳极的电极电位偏离其起始电位值得现象。

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，从而降低腐蚀速率。

7.钝化：金属与介质作用后，失去其化学活性，变得更为稳定的现象。

钝化能千百倍地提高金属的耐蚀性能。

8.氢去极化腐蚀①定义：以氢离子还原反应为阴极过程的腐蚀称为氢去极化腐蚀，简称析氢腐蚀。

②条件：当金属的电极电位较氢电极的平衡电位为负时，才有可能发生析氢腐蚀。

③过程：a.水化氢离子脱水H+·nH2O→H++nH2Ob.形成吸附氢原子H++M(e)→MHc.吸附氢原子脱附MH+MH→H2+2Md.氢分子形成气泡，从表面逸出。

④影响因素：金属材料的形状、溶液的pH、阴极面积、温度。

pH值越小，氢离子浓度增大，氢电极电位变得更正，加速了金属的腐蚀；阴极区的面积增加，氢过电位减小，阴极极化率降低，析氢反应加快，腐蚀速率增大；温度升高，氢过电位减小，且温度升高使阳极反应和阴极反应加快，腐蚀速率增大。

9.氧去极化腐蚀①定义：当电解质溶液中有氧存在时（一般为中性或碱性溶液），在阴极上发生氧去极化反应，由此引起阳极金属不断溶解的现象称为氧去极化腐蚀。

②条件：当金属的电极电位较氧电极的平衡电位为负时，才有可能发生吸氧腐蚀。

③过程：a.氧通过气/液界面传质，由空气进入溶液；b.溶解氧通过对流扩散均布在溶液中；c.氧以扩散方式通过电极表面的扩散层，到达金属的表面；d.氧在金属表面进行还原反应。

④影响因素：阳极材料、溶液中溶解氧的浓度、溶液流速、溶液中盐的浓度、温度。

阳极材料电极电位降低，氧去极化腐蚀的速度增大；溶解氧浓度增大，氧去极化腐蚀速度随之增大；溶液流速越大，腐蚀速度也就越大；盐浓度增大，溶液的电导率增大，腐蚀速度将有所提高；温度升高，氧的扩散和电极反应速度加快，因此在一定温度范围内，随温度升高腐蚀速度加快。

10.氢去极化腐蚀和氧去极化腐蚀的比较11.金属腐蚀：按其形态可以分为全面腐蚀和局部腐蚀。

（1）全面腐蚀：特征是腐蚀分布在整个金属材料的表面，结果使金属构件截面尺寸减小，直至完全破坏。

预防：a.设计时预留足够的腐蚀裕量；b.采用保护性覆盖层；c.使用缓蚀剂；d.电化学保护。

（2）局部腐蚀：腐蚀集中在金属表面局部地区，而其它大部分表面几乎不腐蚀，称为局部腐蚀。

特征：a.存在着可以明确辨识的和比较固定的宏观或微观腐蚀电池的阳极区和阴极区；b.通常这种腐蚀电池的阳极区的面积相对较小，虽然平均腐蚀量小，但局部受蚀可能非常严重；c.电化学反应过程往往具有自催化性，使局部腐蚀能够持续地加速进行。

分类：按发生条件、机理及形态特征，分为电偶腐蚀、小孔腐蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、选择性腐蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳、磨损腐蚀、细菌腐蚀等。

①电偶腐蚀1）原因：两种金属在同一介质中接触，由于腐蚀电位不相等，因而它们之间便有电偶电流流动，使电位较低的金属溶解速度增加，造成接触处的局部腐蚀，而电位较高的金属，溶解速度反而减小。

2）避免：a.正确选材，避免异种金属接触（参考电偶序）（电位差＜50mv）；b.消除面积效应；避免大阴极，小阳极；c.添加缓蚀剂和绝缘性保护层，绝缘材料垫圈。

②小孔腐蚀：所以溶液中存在活性阴离子，是发生小孔腐蚀的必要条件。

③缝隙腐蚀与小孔腐蚀的区别腐蚀的初始阶段不同:小孔腐蚀——自掘孔；缝隙腐蚀——原有缝；腐蚀形成的场所不同:小孔腐蚀——个别材料；缝隙腐蚀——所有材料；腐蚀的形态不同:小孔腐蚀——孔深窄；缝隙腐蚀——蚀坑浅、大。

④晶间腐蚀典型例子：a.晶间腐蚀的不锈钢，表面看起来还很光亮，但经不起轻轻敲击便破碎成细粒；b.黄铜、不锈钢、镍基合金、铝合金、镁合金等属晶间腐蚀敏感性高的材料；c.不锈钢焊缝的晶间腐蚀：在受热情况下使用或焊接过程都会造成晶间腐蚀的问题。

⑤选择性腐蚀典型例子：黄铜脱锌、灰铸铁石墨化腐蚀现象。

（3）应力作用下的腐蚀①三种基本形态：应力腐蚀开裂、腐蚀疲劳、磨损腐蚀；②三个必要条件：敏感的合金、特定的介质、一定的静应力。

12.有机非金属材料的腐蚀（1）特点：大部分非金属材料不导电（石墨除外），不会发生电化学腐蚀，主要由物理作用和化学作用引起；（2）腐蚀类型：物理腐蚀、化学腐蚀、微生物腐蚀、应力腐蚀。

13.防蚀结构设计原则（1）构件形状尽量简单、合理：形状简单的构件易于采取防腐措施、排除故障，便于维修、保养和检查；可能情况下，尽量采用球形、圆柱形结构；避免或减少形成死角、缝隙、接头等，减少腐蚀性介质的积存和浓缩。

（2）避免残留液和沉积物造成腐蚀：设备、容器出口管及底部的结构设计，应力求将其内部的液体排净，避免滞留的液体、沉积物造成浓差腐蚀或沉积物腐蚀。

（3）防止电偶腐蚀：在同一结构中应尽量采用相同的材料；在必须采用不同金属组成同一设备时，选用在电偶序中相近的材料。

不同金属连接时，尽量采用绝缘措施，加绝缘垫片；也可在两异种金属材料偶接处加入第三种金属，使两种金属间电位差降低；不同金属相连接时，应尽量采用大阳极小阴极的有利结合。

（4）防止缝隙腐蚀：a.尽量以焊接代替铆接；b.改善铆接状况。

在铆缝中可填入一层不吸潮的垫片；b.容器底部的处置。

不要直接与多孔基础（如土壤）接触，要用支座等与之隔离开；c.法兰连接处垫片不宜过长，尽量采用不吸湿的材料作垫片；d.避免加料时溶液飞溅到器壁，引起沉积物下的缝隙腐蚀。

因此加料口应尽量接近容器内的液面。

（5）防止液体的湍流腐蚀；（6）避免应力过分集中；（7）设备和构筑物的位置要合理。

14.电化学保护（1）阴极保护①外加电流的阴极保护：将被保护的金属设备与直流电源的负极相接，进行阴极极化；优点：可用在要求大保护电流的条件下，当使用不溶性阳极时，其装置耐用；缺点：经常维护、检修，要配备直流电源设备；附近有其它金属设备时可能产生干扰腐蚀，需要经常的操作费用。

②牺牲阳极的阴极保护：在被保护的金属设备上连接一个电位更负（相对于保护的金属设备而言）的金属（如钢铁设备上连锌），使被保护金属设备发生阴极极化；优点：不用外加电流；施工简单，管理方便，对附近设备没有干扰，适用于安装电源困难、需要局部保护的场合。