9非金属材料的腐蚀与防护2019_图文.ppt

时，就构成一个原电池，其中较活泼的金属为阳极而被腐蚀。
• 例如，船体钢壳与某种青铜铸品相接触的地万，往往容易腐 蚀，这是因为在电动序中，铁的位置在铜的前面。又如在铜 板上钉一个铁制的铆钉：
铁钉在铜板上的腐蚀
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即使单独的一种金属构件，与水或潮湿泥土相 接触时，也同样会发生电化学腐蚀，因为工业 用的金属经常含有各种杂质，例如普通钢是铁 碳合金，钢中含有Fe3C和其他杂质。
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3.能源电力 水电：水轮机组的腐蚀，叶片空蚀； 火电：锅炉和管道的腐蚀； 核电站：高温、辐照、液态金属等腐蚀； 煤矿安全； 油气开采、运输。
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4.化工工业 5.机械电子 6.民生 7.环境污染
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腐蚀造成的经济损失（美国）： 占国民生产总值的1.8%~4.2%
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第一节 腐蚀概论
腐蚀经济损失可分为直接损失和间接损失两类。
有机玻璃、不透性石墨在化学介质和应力的同时
作用下会破裂。
非金属腐蚀破坏的主要特征是物理、机械性能的变化 或外形的破坏，不一定是失重，往往还会增重。
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第一节 腐蚀概论
• 三、腐蚀的危害
• 1、腐蚀造成重大的直接和间接经济损失； • 2、腐蚀消耗大量的资源和能源； • 3、腐蚀还危及人身安全和造成环境污染； • 4、腐蚀妨碍新技术、新工艺的发展。
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第一节 腐蚀概论
一、腐蚀的基本概念 腐蚀即是损坏、腐烂
腐蚀是指材料在其周围环境的作用下引起的破 坏或变质现象。
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第一节 腐蚀概论
从不同角度曾对腐蚀下过不同的定义，主要有以下三个：
（1）材料因与环境反应而引起的损坏或变质、除了单纯机械 破坏之外的一切破坏；
强调了腐蚀与单纯的机械破坏具有本质上区别；适用于 金属和非金属材料。

磁力层析技术
磁力层析技术
磁力层析技术
磁力层析技术
应用磁力仪沿管道正上方采 集磁场异常数据。管体出现 磁异常即为应力集中区，对 应管体腐蚀缺陷。
磁力层析技术（MTM）
参数和特点：
检测速度：3 米/秒 检测深度：20 倍管径 检测精度：5％ 壁厚 管径范围：56 - 1420mm ➢以外检方式实现内检效果 ➢无需任何管道额外准备 ➢不受防腐层影响 ➢通过应力评估管道腐蚀缺陷
（4） 管体腐蚀损伤的检测方法
①腐蚀环境模拟：挂片模拟、防腐层材料老化试验 现场（挂片、实验短管）模拟 腐蚀速率（土壤线性极化）测量
②管内检测：漏磁、涡流、超声探伤；内窥、红外检测 ③地面检测：管地电位、电流测量、管体金属蚀失量评价
----- 间接检查
（5） 管道腐蚀检测评价流程（ECDA）
2.3 埋地管道检测设备的 基本原理与方法
2.3.4 工作原理–声发射法
2.3.4 声发射法–应用实例 储罐底板
2.3.5 工作原理– 导波技术 LRUT
长距离超声波是目前可用的扫描检测工具，提供与局 部厚度测量不同的检测方案。作为快速扫描方法提供粗略 检测结果指示进一步检测区域。 LRUT不提供对管道壁厚 直接测量，但能提供金属腐蚀的深度和环向范围的综合灵 敏度，也就是上轴向长度会附加到检测结果中。由于环向 波沿着管道壁传播，在环向截面的每一点都相互影响，该 技术对于截面的减少是敏感的。
管道腐蚀与防护管理的特点
➢ 管理过程的持续性和周期性 ➢ 检测手段的不完备性 ➢ 评价结果的不确定性
➢ 管理过程的工程特点
-济型
-- 计划性
➢ 多种技术的配合
管道腐蚀与防护管理的考虑因素
2. 埋地管道检测的 技术、仪器与方法

物理状态 玻璃态 高弹态 粘流态
链段热运动 基本无 可以自由运动
链段甚至大分 子都可以
溶胀层由四部分组成：
Ⅰ：液状层 ห้องสมุดไป่ตู้：凝胶层 Ⅲ：固体溶胀层 Ⅳ：渗透层 Ⅰ和Ⅱ比例大 随T↑，溶胀层减小，溶胀
和溶解加快
（2）结晶态高聚物的溶解 结晶态高聚物结构特点： 1）分子链排列紧密 2）分子链间作用力强 ∴难发生溶胀和溶解 通过升高温度和介质的浓度来使之逐渐溶解 （3）溶胀的结果 体积膨胀，强度、伸长率急剧下降，机械性
物理因素：光、热、高能辐射，机械作用 力等
化学因素：氧、臭氧、水、酸、碱
生物因素：微生物、海洋生物等。
内因指高聚物的化学结构，聚集态结构， 配方条件等；
老化表现： （1）外观变化 （2）物理性能变化 （3）力学性能变化 （4）电性能变化
老化的本质：
物理老化：由物理过程引起的发生可逆性的 变化，不涉及分子结构的改变。主要是溶胀 与溶解。
（3）玻璃的风化
（4）选择性腐蚀
二 混凝土
混凝土是砾石、卵石、碎石或炉渣在水泥 或其它胶结材料中的凝聚体。
（2）水解与腐蚀
1) 在酸中的腐蚀
实质是弱酸盐的水解
Ⅱ）在碱性溶液中, 腐蚀更严重。
Ⅲ）光学玻璃
由于SiO2↓，Ba、Pb及其他金属氧化物易与醋酸、硼酸等弱 酸中腐蚀。
Ⅳ）HF腐蚀玻璃
F-破坏Si—O—Si键
H+ F-
F- H+
≡Si—O—Si≡→≡Si……O—Si→≡Si—F+HO—Si≡
（4）物理老化对性能的影响 a) 对材料密度ρ的影响：V↓，ρ↑ b) 对材料力学性能的影响： 材料强度↑，断裂伸长↓，材料变脆 c) 对输运速率的影响：输运速率降低 d)老化对偶极运动的影响：偶极运动↓ f) 物理老化与交联程度无关 说明运动单元小于交联点间的分子量

（2）水解与腐蚀
1) 在酸中的腐蚀
实质是弱酸盐的水解
Ⅱ）在碱性溶液中, 腐蚀更严重。
Ⅲ）光学玻璃
由于SiO2↓，Ba、Pb及其他金属氧化物易与醋酸、硼酸等弱 酸中腐蚀。
Ⅳ）HF腐蚀玻璃
F-破坏Si—O—Si键
H+ F-
F- H+
≡Si—O—Si≡→≡Si……O—Si→≡Si—F+HO—Si≡
（3）玻璃的风化
（4）选择性腐蚀
二 混凝土
混凝土是砾石、卵石、碎石或炉渣在水泥 或其它胶结材料中的凝聚体。
1. 混凝土的结构
2.波特兰水泥的结构 （1）组成 质量分数为75％的硅酸钙 质量分数为25％的矿物质 （2）水泥水合硬化→水泥石 ① 水合反应 ② 出现孔隙 （3）腐蚀 ① 浸析腐蚀 ② 化学反应引起的腐蚀
老化表现： （1）外观变化 （2）物理性能变化 （3）力学性能变化 （4）电性能变化
老化的本质：
物理老化：由物理过程引起的发生可逆性的 变化，不涉及分子结构的改变。主要是溶胀 与溶解。
化学老化：
主要发生主键的断裂，有时发生次价键的断 裂
（化学过程老化）
（物理过程老化）
主键断裂不可逆，如大分子的降解和交联。
温度物理状态链段热运动ttg玻璃态基本无链段甚至大分子都可以体积膨胀强度伸长率急剧下降机械性能可能完全丧失极性大的溶质易溶于极性大的溶剂极性小的溶质易溶于极性小的溶剂
第七章 非金属材料 的腐蚀与防护
§7.1 高分子材料的腐蚀
一 概述
1. 高分子材料的发展与应用
高分子材料具有较良的耐腐蚀性能
2、高分子材料的腐蚀类型——老化
一、玻璃的耐蚀性能 （1）组成 SiO2为主，并含有R2O、RO（R代表碱金属或碱

② 酸的电离度越大，对材料的破坏作用越大； ③ 酸的温度升高，电离度增大，破坏作用增强； ④ 酸的粘度越大，破坏作用越小。例：
同一浓度的盐酸与硫酸，在同一时间渗入材料，盐酸 的腐蚀作用较硫酸强。 ∵ 盐酸比同一浓度的硫酸粘度小，同一时间渗入材料的 深度就大，其腐蚀作用就强。
§9-2 玻璃的腐蚀
玻璃的结构
和结构密切相关。
玻璃的结构图 (next page)
(a) 同成分的晶体结构，长程有序排列。 (b) 缺乏对称性及周期性的三维网络，其结构是以硅氧四面体 [SiO4]为基本单元的空间连续的无规则网络所构成的牢固骨架， 此为材料中化学稳定的组成部分。 (c) 被网络外的K+、Na+、Ca2+、Mg2+等阳离子所打断而又重新集 聚的脆弱网络，此为材料中化学不稳定的组成部分。
∵铸石中的SiO2与Al2O3、Fe2O3等在高温下形成耐
腐蚀性很强的矿物－普通辉石。 而，红砖中SiO2以无定型状态存在，没有耐酸性。
Δ措施：将红砖在较高的温度下煅烧，使之烧结。
∵高温，SiO2与Al2O3形成具有高度耐酸性的新矿物 －硅线石（Al2O3·2SiO2）与莫来石（3Al2O3·2SiO2）， 且其密度也增大。
SiF4 + 2HF H2[SiF6] （氟硅酸） H3PO4 HPO3 + H2O （高温＞300℃ ）
2HPO3 P2O5 + H2O SiO2 + P2O5 SiP2O7 （焦磷酸硅 ）
② 矿物组成
A、 材料中SiO2的含越高耐酸性越强，SiO2质量分数
低于55％不耐酸。 例外：
Θ铸石：SiO2质量分数为55％左右，耐蚀性很好。 Θ红砖：SiO2质量分数达60%-80%，没有耐酸性。

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非金属基复合材料的腐蚀与防护
玻璃纤维增强塑料（玻璃钢）：性能特点 （综合）：高强度、高的冲击韧性、良好 的低温性能；低的热膨胀系数、绝缘、绝 热性、耐腐蚀，防磁，微波穿透性好，吸 水性低。
应用：用于制造要求自重轻的受力构件、要求无磁性、绝缘性、耐腐蚀性的 零件，如航天和航空工业中的雷达罩、直升飞机的机身，制造轻型船、舰和 赛艇等，制造冷却塔，代替不锈钢制造一些容器和管道等。
长石等。主要特性是有抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、
绝缘、易成型等优点。 由于以上特性玻璃和陶瓷多作为耐腐蚀材料进行使用。
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硅酸盐材料
玻璃与陶瓷材料的腐蚀与防护
玻璃与陶瓷材料腐蚀的机制
它们通常仅在碱性溶液和特殊酸性环境中才有较高的腐蚀速率。 碱性：
OH－破坏Si－O－Si，而形成Si－OH及Si－O－Na，因此腐蚀较水或酸性溶 液为重，并不受扩散控制 酸性：除氢氟酸、高温磷酸外，几乎耐其它所有无机酸的侵蚀,
非金属材料的腐蚀与防护
目录
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硅 酸 盐 材 料
有 机 高 分 子 材 料
木 质 材 料ຫໍສະໝຸດ 复 合 材 料1硅酸盐材料
硅酸盐材料是主要的无机非金属材 料，广泛应用硅酸盐材料主要有混 凝土、玻璃和陶瓷材料。硅酸盐材 料的腐蚀与防护也主要以这三种材 料进行展开。
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硅酸盐材料 混凝土的腐蚀与防护
混凝土的结构特点 混凝土是一种复杂的建筑材料，它是碎石或炉渣在水泥或其它胶结材料中 的凝聚体，因此它是一种多微孔的非均质性的结构材料，腐蚀介质从孔隙的渗透 是侵蚀的主要原因
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有机高分子材料的腐蚀与防护
高分子材料腐蚀的防护措施
选择合适的高分子材料，如在有机溶剂环境中选择聚四氟乙烯。 加入抗老化剂，如在塑料和橡胶生成过程中加入稳定剂、抗老化剂。 合理的工艺操作，如在实际使用环境中避免接触有机溶剂、高温等。

用于制作风机也非常广泛。国内为大化肥装 置配套，已成功地研制出3.5m直径的轴流式 风机叶片，效果很好。
玻璃纤维增强树脂缠绕成型 设备和管道
玻璃钢管道可分为大直径和中小直径两类。多用玻璃 纤维增强环氧树脂缠绕成型。一般在中温受压化工介 质条件下使用。目前国内已经研制出带微机的大型缠 绕机，可制造直径4m，长10m的玻璃钢管道。 贮槽和贮罐是化工生产的主要工艺设备，目前国内己 成功地制造了1000～1500m3的盐酸贮罐，现在已经 可以现场缠绕制作5000m3贮罐。
受衬面焊缝的要求
• (A)直筒节
(B)角焊缝
(a)
(c)
(b)
(d)
(e)
(a) （b)
（c)
焊接与修补等工序必须在衬里前完成
• 焊缝不合格时可以修补。修补后仍应符 合上述要求，但不得采用如树脂、腻子、 填料和低熔点的钎焊、铜焊等填补。受 衬设备上的机加工、焊接等工序必须在 衬里之前完成。
• 与衬里设备金属壳体焊接的所有零部件， 必须在衬里施工前焊接完毕，衬里后不 允许再进行焊接。
• 必须考虑冷凝水排出口并应设置在设备最低处，以免冷凝水 积存，影响硫化质量。
• 常压蒸汽硫化橡胶设备贴衬橡胶时用冷滚轮压合，严禁采用 热烙铁压合。
大型贮罐橡胶衬里
• 尽量选用自然硫化或预硫化橡胶衬里。 喷砂除锈和 贴衬橡胶注意下列事项：
• 要安排连续工作； • 喷砂要自上而下进行；罐顶、罐壁橡胶衬里完工后再
• 接管的长度（高度）一般不大于100mm。 衬里设备的人孔、手孔、接管，一般不 得突出设备内表面。
衬里设备的人孔接管
3衬里设备的封头
• 衬里设备的封头为椭圆形、碟形、锥 形等形状时，一般都是凸面在外侧， 凹面在内侧；如有特殊要求时，应设 计成图4（a）的结构形式，而不应采 用图4（b）结构形式。