材料腐蚀理论 第七章 腐蚀控制方法
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腐蚀与防护 第7章 腐蚀控制方法
五、阴极保护设计程序
（一）牺牲阳极设计 1. 根据被保护金属工作条件、表面涂层的有无与好 坏，确定保护电流密度和保护电位以及保护后的腐 蚀率。 2. 根据被保护面积 S 和保护电流密度 ip，确定总保护 电流强度 Ip：
3. 确定牺牲阳极种类和规格型号。
20
Ip = ip ·S
4. 根据阳极消耗率R(kg/A· a)，阳极设计寿命T(a)和保
2.环境的变化
对于土壤，透气性差的土壤中，金属相对容易极化。
13
若在氧容易到达结构表面的土壤中，结构要极化 需较大的电流。
另外，土壤电阻率最低的地方，是最适合于安装 牺牲阳极或外加电流系统的阳极。 在水中，水的运动有显著的作用。若水静止，保 护电流可取较小值。湍流的水，能冲刷结构表面，因 此有极强的机械去极化作用。 3.电的屏蔽
I
若使用恒电位法，使 金属从EC阴极极化到EA1, -E 此时对应的电流为I保，金 E 0 A 属腐蚀速度将从IC降到IA1。 EA1 如果极化到的电位相应于 E C 腐蚀原电池阳极过程的开 路电位，腐蚀过程便停止， 溶解电流降为零。此时的 EK0 外加电流将是IK2。 利用外加电流或利用恒电 位法都可使金属发生阴极极 化。
27
阴极保护造成杂散电流腐蚀的防护方法：
最好的方法是在设计时将附近的管道和设施都纳入
阴极保护系统，一道进行保护。
提高管道相交段的绝缘等级，或涂覆新的绝缘层，
以避免杂散电流流入。涂覆长度一般10m左右。
在多管道地区，最好采用多个阳极站每个站的保护 电流较小，阳极离被保护管道较近，以缩小保护电 流范围。
2
第一节
阴极保护
阴极保护：依靠外加直流电流或牺牲阳极，使被 保护金属成为阴极，从而减轻或消除金属的腐蚀的方 法。 思路：应用阴极保护之前，大多数产生腐蚀的金 属结构上都存在着阴极区和阳极区。如果能把所有的 阳极区都变成阴极区，于是整个金属结构变成阴极， 这样就能消除腐蚀。
《材料腐蚀与防护》习题与思考题
《材料腐蚀与防护》习题与思考题第一章绪论1．何谓腐蚀？为何提出几种不同的腐蚀定义？2．表示均匀腐蚀速度的方法有哪些？它们之间有何联系？3．镁在海水中的腐蚀速度为 1.45g/m2.d, 问每年腐蚀多厚？若铅以这个速度腐蚀，其ϖ深(mm/a)多大？4．已知铁在介质中的腐蚀电流密度为0.1mA/cm2，求其腐蚀速度ϖ失和ϖ深。
问铁在此介质中是否耐蚀？第二章电化学腐蚀热力学1．如何根据热力学数据判断金属腐蚀的倾向？如何使用电极电势判断金属腐蚀的倾向？2．何谓电势-pH图？举例说明它在腐蚀研究中的用途及其局限性。
3．何谓腐蚀电池？有哪些类型？举例说明可能引起的腐蚀种类。
4．金属化学腐蚀与电化学腐蚀的基本区别是什么？5．a)计算Zn在0.3mol/LZnSO4溶液中的电解电势（相对于SHE）。
b) 将你的答案换成相对于SCE的电势值。
6．当银浸在pH=9的充空气的KCN溶液中，CN-的活度为1.0和Ag(CN)2-的活度为0.001时，银是否会发生析氢腐蚀？7．Zn浸在CuCl2溶液中将发生什么反应？当Zn2+/Cu2+的活度比是多少时此反应将停止？第三章电化学腐蚀反应动力学1．从腐蚀电池出发，分析影响电化学腐蚀速度的主要因素。
2．在活化极化控制下决定腐蚀速度的主要因素是什么？3．浓差极化控制下决定腐蚀速度的主要因素是什么？4．混合电位理论的基本假说是什么？它在哪方面补充、取代或发展了经典微电池腐蚀理论？5．何谓腐蚀极化图？举例说明其应用。
6．试用腐蚀极化图说明电化学腐蚀的几种控制因素以及控制程度的计算方法。
7．何谓腐蚀电势？试用混合电位理论说明氧化剂对腐蚀电位和腐蚀速度的影响。
8．铁电极在pH=4.0的电解液中以0.001A/cm2的电流密度阴极化到电势-0.916V（相对1mol/L甘汞电极）时的氢过电势是多少？9．Cu2+离子从0.2mol/LCuSO4溶液中沉积到Cu电极上的电势为-0.180V（相对1mol/L甘汞电极），计算该电极的极化值。
腐蚀的机理及其控制措施
腐蚀的机理及其控制措施腐蚀是一种难以避免的自然现象，它会导致材料的破损、失效，对工业制造和设备维护带来极大的困扰。
有许多因素会影响材料的耐腐蚀性能，其中包括环境条件、材料成分、加工和使用方法等等。
在本文中，我们将深入探讨腐蚀的机理，以及如何采取措施来控制它。
1. 腐蚀机理腐蚀是材料在接触化学环境时发生的一系列反应的结果。
在这些反应中，材料的原子或分子被氧化或还原，从而导致其电位和化学性质发生变化。
这些反应可以来源于氧化、酸化、盐类反应和生物作用等不同因素。
一种常见的腐蚀形式是金属腐蚀，它具有很高的经济和环境影响。
在一般情况下，金属的腐蚀反应包括四种反应类型：腐蚀反应、电化学反应、热量反应和生物腐蚀。
腐蚀反应是指金属在非电解质(如酸、碱)中的离子交换反应。
电化学反应通常发生于电解质中，其中金属通过与溶液中的电荷交换来腐蚀。
热反应通常是指金属快速氧化和燃烧等高温现象。
生物腐蚀是指一些微生物在特定条件下对金属的化学反应。
除此之外，在腐蚀机理的研究中，需要探讨腐蚀的成因，包括干燥腐蚀、隐蔽腐蚀和应力腐蚀等等，因为它们都会成为影响腐蚀的因素。
干燥腐蚀是指材料在干燥的环境中产生氧化物而腐蚀，在一些研究中可以通过控制清洁度来避免。
隐蔽腐蚀是指在材料内部发生的腐蚀过程，难以发现和处理。
应力腐蚀则是指金属在受到外界应力和化学环境共同影响下的腐蚀过程。
2. 腐蚀控制措施腐蚀虽然不可避免，但可以通过多种措施来降低腐蚀的风险和减缓腐蚀速度。
以下是几种常见的腐蚀控制措施：2.1 材料选择选用合适的耐腐蚀材料是一种很有效的腐蚀控制措施。
例如，在重化工行业中，选用防腐钢材料可以有效地降低设备和管道的腐蚀风险，从而延长使用寿命。
而在食品加工业中，采用不锈钢、铸铁等材料也可以有效地降低食品中的有害物质含量，提高食品的质量和安全性。
2.2 防腐涂料防腐涂料是一种常见的腐蚀控制方式。
涂料中含有具有防腐性能的化学物质，能够形成一层保护膜，保护金属材料不被化学环境侵蚀。
腐蚀及腐蚀控制
数字化防腐管理系统
建立数字化防腐管理系统，整合腐蚀数据、设备运行数据等，实现智能化分析和 决策支持。
环境友好型防腐技术的探索
绿色防腐涂料
研发低毒、低挥发性有机化合物（VOC）的环保型防腐涂料， 降低对环境和人体的危害。
微生物防腐技术
利用微生物代谢产物对金属进行防腐蚀处理，具有环保、高 效、低成本等优点。
3
残余应力
金属制造过程中产生的残余应力可以提高腐蚀速 率。
03
腐蚀控制方法
防腐材料选择
耐腐蚀材料
选择对特定腐蚀介质具有 高耐受性的材料，如不锈 钢、钛合金、工程塑料等。
复合材料
利用两种或多种材料的特 性，通过复合形成具有优 异耐腐蚀性能的复合材料。
表面改性
通过物理或化学方法改变 材料表面的性质，以提高 其耐腐蚀性能。
这些技术的应用可以有效地保护建筑 物的结构和材料，延长建筑物的使用 寿命，提高建筑的安全性和耐久性。
在建筑行业中，常用的腐蚀控制技术 包括防锈涂料、耐候钢、防腐木等。
交通运输行业
1
交通运输行业是腐蚀控制技术应用的另一个重要 领域，因为该行业涉及到大量的金属结构和设备， 如车辆、船舶、飞机等。
2
在交通运输行业中，常用的腐蚀控制技术包括防 腐涂层、防锈油、金属喷涂等。
对某些金属，通过外加电流使其阳极氧化，形成致密的保护膜。
牺牲阳极保护
利用电位较负的金属作为牺牲阳极，为被保护金属提供电子，降低 腐蚀速率。
环境控制与缓蚀剂
环境控制
通过改变环境条件，如温度、湿度、pH值等，以降低腐蚀速率。
缓蚀剂
在腐蚀介质中添加少量缓蚀剂，通过化学作用抑制金属的腐蚀反应。
防锈包装
将金属物品包装在防锈材料中，以隔绝空气和水分，防止腐蚀发生。
建立数字化防腐管理系统，整合腐蚀数据、设备运行数据等，实现智能化分析和 决策支持。
环境友好型防腐技术的探索
绿色防腐涂料
研发低毒、低挥发性有机化合物（VOC）的环保型防腐涂料， 降低对环境和人体的危害。
微生物防腐技术
利用微生物代谢产物对金属进行防腐蚀处理，具有环保、高 效、低成本等优点。
3
残余应力
金属制造过程中产生的残余应力可以提高腐蚀速 率。
03
腐蚀控制方法
防腐材料选择
耐腐蚀材料
选择对特定腐蚀介质具有 高耐受性的材料，如不锈 钢、钛合金、工程塑料等。
复合材料
利用两种或多种材料的特 性，通过复合形成具有优 异耐腐蚀性能的复合材料。
表面改性
通过物理或化学方法改变 材料表面的性质，以提高 其耐腐蚀性能。
这些技术的应用可以有效地保护建筑 物的结构和材料，延长建筑物的使用 寿命，提高建筑的安全性和耐久性。
在建筑行业中，常用的腐蚀控制技术 包括防锈涂料、耐候钢、防腐木等。
交通运输行业
1
交通运输行业是腐蚀控制技术应用的另一个重要 领域，因为该行业涉及到大量的金属结构和设备， 如车辆、船舶、飞机等。
2
在交通运输行业中，常用的腐蚀控制技术包括防 腐涂层、防锈油、金属喷涂等。
对某些金属，通过外加电流使其阳极氧化，形成致密的保护膜。
牺牲阳极保护
利用电位较负的金属作为牺牲阳极，为被保护金属提供电子，降低 腐蚀速率。
环境控制与缓蚀剂
环境控制
通过改变环境条件，如温度、湿度、pH值等，以降低腐蚀速率。
缓蚀剂
在腐蚀介质中添加少量缓蚀剂，通过化学作用抑制金属的腐蚀反应。
防锈包装
将金属物品包装在防锈材料中，以隔绝空气和水分，防止腐蚀发生。
《材料腐蚀与防护》习题与思考题
《材料腐蚀与防护》习题与思考题第一章绪论1．何谓腐蚀？为何提出几种不同的腐蚀定义？2．表示均匀腐蚀速度的方法有哪些？它们之间有何联系？3．镁在海水中的腐蚀速度为 1.45g/m2.d, 问每年腐蚀多厚？若铅以这个速度腐蚀，其ϖ深(mm/a)多大？4．已知铁在介质中的腐蚀电流密度为0.1mA/cm2，求其腐蚀速度ϖ失和ϖ深。
问铁在此介质中是否耐蚀？第二章电化学腐蚀热力学1．如何根据热力学数据判断金属腐蚀的倾向？如何使用电极电势判断金属腐蚀的倾向？2．何谓电势-pH图？举例说明它在腐蚀研究中的用途及其局限性。
3．何谓腐蚀电池？有哪些类型？举例说明可能引起的腐蚀种类。
4．金属化学腐蚀与电化学腐蚀的基本区别是什么？5．a)计算Zn在0.3mol/LZnSO4溶液中的电解电势（相对于SHE）。
b) 将你的答案换成相对于SCE的电势值。
6．当银浸在pH=9的充空气的KCN溶液中，CN-的活度为1.0和Ag(CN)2-的活度为0.001时，银是否会发生析氢腐蚀？7．Zn浸在CuCl2溶液中将发生什么反应？当Zn2+/Cu2+的活度比是多少时此反应将停止？第三章电化学腐蚀反应动力学1．从腐蚀电池出发，分析影响电化学腐蚀速度的主要因素。
2．在活化极化控制下决定腐蚀速度的主要因素是什么？3．浓差极化控制下决定腐蚀速度的主要因素是什么？4．混合电位理论的基本假说是什么？它在哪方面补充、取代或发展了经典微电池腐蚀理论？5．何谓腐蚀极化图？举例说明其应用。
6．试用腐蚀极化图说明电化学腐蚀的几种控制因素以及控制程度的计算方法。
7．何谓腐蚀电势？试用混合电位理论说明氧化剂对腐蚀电位和腐蚀速度的影响。
8．铁电极在pH=4.0的电解液中以0.001A/cm2的电流密度阴极化到电势-0.916V（相对1mol/L甘汞电极）时的氢过电势是多少？9．Cu2+离子从0.2mol/LCuSO4溶液中沉积到Cu电极上的电势为-0.180V（相对1mol/L甘汞电极），计算该电极的极化值。
腐蚀控制技术
三、金属表面钝化
• 化学钝化。金属与某些物质发生了化学反应，产 物在金属表面形成钝化膜，称化学钝化。能使金 属钝化的物质称钝化剂。自钝化金属。不锈钢。
• 阳极钝化。同阳极极化一样，钝化后金属电位强 烈正移，（钝化的另一个明显特征）。通过外加 电流使阳极极化可引起金属钝化，这称为阳极钝 化或电化学钝化，这是阳极保护技术的原理。
腐蚀控制技术
腐蚀控制技术和密封技术均为防止泄 漏的技术，是化工安全技术体系的重要组 成部分。本章简要介绍金属材料电化学腐 蚀的理论，重点讨论电化学腐蚀控制技术。
第一节 电化学腐蚀 第二节 几种常见的局部腐蚀 第三节 常用腐蚀控制技术
腐蚀控制技术
本章学习目标： • 结合物理化学中的电化学部分，深入了解电化学
第一节 电化学腐蚀
一、金属材料的腐蚀
• 腐蚀是指材料在其内部介质或外部环境的作用下 产生破坏或变质。
• 按照腐蚀机理，腐蚀可分为电化学腐蚀、化学腐 蚀和物理腐蚀。物理腐蚀是指材料在介质中的溶 解。化学腐蚀是指材料与其内部或外部的介质发 生化学作用，产生破坏或变质。
• 电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多也强烈得多，是 金属腐蚀的主要原因。
• 共同点：氧化剂在阴极得到电子使阴极去极化。
3. 宏观与微观腐蚀电池
1）宏观腐蚀电池
• 为什么换热器的腐蚀通常是高温部分腐蚀较低温
部分快？
温差电池
• 为什么盛水钢槽在气相与液相的界面处的腐蚀速
度往往较快？
浓差电池
• 什么是电偶腐蚀 ？
电偶腐蚀电池
• 共同点：阳极区和阴极区的尺寸较大，区分明显， 所以称为宏观腐蚀电池，也称大电池。
腐蚀的机理及影响因素，掌握吸氧腐蚀与析氢腐 蚀过程特点。 • 了解局部腐蚀的原因，熟悉常用的腐蚀控制技术。 • 了解化工建筑的防腐蚀技术。
金属材料的腐蚀机理与控制
金属材料的腐蚀机理与控制腐蚀是金属材料在特定环境中发生的一种化学反应，导致金属表面发生损害或氧化。
了解金属材料腐蚀的机理，并采取控制措施，是保护金属材料并延长其使用寿命的关键。
本文将介绍金属材料的腐蚀机理以及可行的控制方法。
一、金属腐蚀的机理金属腐蚀主要受以下因素影响：1.1 金属自身性质每种金属材料都有自己的化学成分和晶体结构，这些特性将直接影响金属腐蚀的行为。
例如，铁质材料容易发生氧化腐蚀，而不锈钢则具有较强的抗腐蚀性能。
1.2 环境条件金属腐蚀的速度和程度与环境中的某些因素密切相关。
例如，温度、湿度、酸碱度、气体成分以及阳光照射等都会影响金属腐蚀的发生。
高温和高湿度环境以及强酸或强碱溶液通常会加剧金属腐蚀的速度。
1.3 电化学反应金属腐蚀通常是通过电化学反应发生的。
在腐蚀过程中，金属可以作为阳极或阴极参与电化学反应。
阳极反应是金属的氧化步骤，而阴极反应则是电子和还原剂之间的转移。
这些反应在金属表面产生了电位差，促使腐蚀反应的发生。
二、金属腐蚀的控制方法为了减缓金属腐蚀速度，以下控制方法可供选择：2.1 表面涂层通过在金属表面形成涂层可以提供一层保护层，减少金属与外界环境的直接接触。
例如，镀锌过程中将铁制品浸入锌溶液中，使其表面形成一层锌层，起到防腐蚀的作用。
2.2 阳极保护通过将一个更容易腐蚀的金属设为阳极，来保护所需保护的金属，从而降低了金属腐蚀的速率。
例如，在油罐等容器中，可以使用铝或锌作为阳极材料，来保护铁制品。
2.3 缓蚀剂缓蚀剂是一种可以控制金属腐蚀的化学物质，通过在金属表面形成保护层来阻止腐蚀反应的发生。
缓蚀剂可以通过溶液中的添加剂或覆盖在金属表面的薄膜来实现。
例如，在水中添加磷酸和亚磷酸盐可以减缓金属腐蚀的速度。
2.4 电化学防护电化学防护是通过控制金属表面的电位差来防止腐蚀反应的发生。
常见的电化学防护技术包括阳极保护和阴极保护。
阳极保护是通过提供一定的电流来保护金属，而阴极保护则是通过向金属表面提供足够的电子来防止氧化反应的发生。
材料腐蚀与防护-高温热腐蚀(7)
主要涉及的方面： (1)在化学工业中存在的高温过程. 如:生产氨水和石油化工等领域产生的氧化。 (2)在金属生产和加工过程中. 如:在热处理中碳氮共渗和盐浴处理易于产生增 碳、氮化损伤和熔融盐腐蚀。 (3)含有燃烧的各个过程. 如:柴油发动机、燃气轮机、焚烧炉等所产生的 复杂气氛高温氧化高温高压水蒸气氧化及熔融碱盐腐蚀。 (4)核反应堆运行过程中． (5)在航空航天领域。 如：宇宙飞船返回大气层过程中的高温氧化和高 温硫化腐蚀，以及航空发动机叶片受到的高温氧化和高温硫 化腐蚀。
例如：铜、镍等
3.立方规律 特点：低温氧化，薄的氧化膜 。
表示方式：
有人认为这可能与通过氧化物空间电荷区的金属离子的 输送过程有关。
例如： Cu（100-300℃）、镍（400 ℃ ）等
4.对数与反对数规律 特点：许多金属在温度低于300-400℃氧化时，其 反应一开始很快．但随后就降到其氧化速度可以 忽略的程度。在氧化膜相当薄时才适用。 表示方式：
• 氧化速度参数的表征：
1）金属的消耗量 2）氧的消耗量 3）生成的氧化物量
重量法和容量法测定氧化动力学的典型试验装置
5.2
恒温氧化动力学规律
测定氧化过程的恒温氧化动力学曲线
影响氧化动力学规律的因素： *氧化温度；
*氧化时间；
*氧的压力；
*金属表面状况以及预处理条件(它决定了合
金的组织)。
• 同一金属在不同条件下，或同一条件下不同金属的氧化规 律往往是不同的。 • 金属氧化的动力学曲线大体上可分为： 直线、抛物线、立方、对数及反对数规律五类，如图所示：
3.2 氧化膜的生长方式：
在氧化膜的生长过程中，反应物质传输的形式有三种： a）.金属离子单向向外扩散，在氧化膜-气体界面上 进行反应，如铜的氧化过程； b）氧单向向内扩散，在金属-氧化膜界面上进行反应， 如钛的氧化过程；
腐蚀原理与控制
导热性好，含氧水中耐蚀性高，常用于换热设备 合金成分，常见有锌，镍，锑，砷等 铜腐蚀产物（Cu2+）较少，溶解性比铁的腐蚀产物（Fe2+）高 CO2，氯化物，氨会影响铜合金的耐蚀性，MnO2会导致局部腐蚀
腐蚀率要求低于0.2mpy（5um/年）
不锈钢
是一种合金，添加了铬、镍、钼等金属 氧化铬膜很好地防止了腐蚀 氯离子，氧化锰增加腐蚀
位置
电偶腐蚀
• 不同材质金属接 触引起的；
• 腐蚀速率取决于 活性金属/惰性金 属的面积比值
• 冷却水系统的电 导率大小也影响 腐蚀率
• 系统中Cu2+过高， 会造成电偶腐蚀
Galvanic Series for Common Meals & Alloys 常见金属（合金）的 电偶序
Galvanic Series of Metals and Alloys Corroded End (Anodic, or Least Noble) 易被腐蚀（阳极，活泼）
锈瘤（腐蚀瘤）
• 水流速较快时，顺着水流方向弯曲 • 中空，离子可以在其中移动，特别是亚铁离子能到达外面形成
更多的铁锈
腐蚀瘤的规避
• 化学处理---增强缓蚀和分散的能力 • 增加流速，加强旁滤 • 涂层，阴极保护，牺牲阳极等；换不锈钢、
铜合金等
垢下腐蚀
浓差电池机理 与锈瘤不同的是，垢下腐蚀也发生在合金表面，例如不 锈钢，铜合金等
酸腐蚀
• 主要是pH控制不当造成 • 强酸腐蚀（局部） • 弱酸腐蚀（比较均匀）
碱腐蚀
• 通常碳钢、不锈钢、铸铁等受碱腐蚀影响不大 • 铝合金和镀锌管道等双性金属很容易受到影响 • 铜合金主要怕氨引起的腐蚀，氢氧根的碱性影响
腐蚀率要求低于0.2mpy（5um/年）
不锈钢
是一种合金，添加了铬、镍、钼等金属 氧化铬膜很好地防止了腐蚀 氯离子，氧化锰增加腐蚀
位置
电偶腐蚀
• 不同材质金属接 触引起的；
• 腐蚀速率取决于 活性金属/惰性金 属的面积比值
• 冷却水系统的电 导率大小也影响 腐蚀率
• 系统中Cu2+过高， 会造成电偶腐蚀
Galvanic Series for Common Meals & Alloys 常见金属（合金）的 电偶序
Galvanic Series of Metals and Alloys Corroded End (Anodic, or Least Noble) 易被腐蚀（阳极，活泼）
锈瘤（腐蚀瘤）
• 水流速较快时，顺着水流方向弯曲 • 中空，离子可以在其中移动，特别是亚铁离子能到达外面形成
更多的铁锈
腐蚀瘤的规避
• 化学处理---增强缓蚀和分散的能力 • 增加流速，加强旁滤 • 涂层，阴极保护，牺牲阳极等；换不锈钢、
铜合金等
垢下腐蚀
浓差电池机理 与锈瘤不同的是，垢下腐蚀也发生在合金表面，例如不 锈钢，铜合金等
酸腐蚀
• 主要是pH控制不当造成 • 强酸腐蚀（局部） • 弱酸腐蚀（比较均匀）
碱腐蚀
• 通常碳钢、不锈钢、铸铁等受碱腐蚀影响不大 • 铝合金和镀锌管道等双性金属很容易受到影响 • 铜合金主要怕氨引起的腐蚀，氢氧根的碱性影响
腐蚀及腐蚀的控制
腐蚀及腐蚀的控制许多物品和构件涂漆主要是为了装饰；即：改变其外观。
使用保护涂料时，其目的则是为了保护表面免遭腐蚀。
当然，大多数涂料施工在表面上起着保护和装饰双重作用。
基本了解腐蚀过程将有助于使检查人员懂得为什么要使用保护涂料，并学会应用将碰到的各种配套。
每个人都亲眼目睹过一种或多种形式的腐蚀。
在工作场所和日常生活中有许多关于腐蚀的实例。
定义NACE按如下定义腐蚀:腐蚀是一种材料(通常为金属)因与周围环境发生反应而变坏的现象。
该定义范围甚广，并说明除了金属以外，其它材料例如：混凝土，木材和塑料等也会变坏或遭受腐蚀。
对于本讨论，我们将主要关注用于建造业的钢材以及其它金属的电化学腐蚀。
[在本大纲的高级单元中，我们将研究混凝土的‘腐蚀’并发现钢筋混凝土的损坏往往由于增强(钢)筋遭受腐蚀而造成。
]腐蚀是一种遵循科学规律的自然现象或过程，所以我们不应对腐蚀发生的现实情况感到惊奇。
几乎所有材料暴露于自然环境中都会变坏。
例如：铁或钢暴露于空气和水中时，我们会看到锈在几小时内逐步显现出来，出现我们所熟悉的红棕色氧化铁。
有时甚至会在几分钟内产生腐蚀。
如果是其它材料，例如：用铜，黄铜，锌，铝或不锈钢代替铁，也会发生某种程度的腐蚀，但可能所花时间较长。
这些材料腐蚀速率降低的一个原因是由于铜，锌，铝或铬形成了保护性金属氧化物。
这种氧化层虽然相当薄，但对不断的侵蚀形成了一种保护屏障，因而降低了腐蚀速率，使其几乎处于停止状态。
这种自然过程称作钝化。
无论是氧化物，碳酸盐，氯化物，硫酸盐，还是其它化合物，这一表面层的形成是耐腐蚀的主要因素，特别是如果表面层能有效地将金属与所处环境隔离开来。
这种自然形成的涂层必定是既具耐扩散性又具耐水性。
不幸的是，铁或钢不形成这种有效的屏障。
所生成的锈可渗透氧气和潮气，使钢材继续锈蚀。
如果不另采取措施进行保护，金属最终必将遭至损坏。
在大多数情况下，保护涂料用于在金属表面上生成人工保护层并延长金属的有使用寿命。
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– 原因
• 电极过程决定于电极电位。电极电位决定金属的保护 程度，并用来判断和控制阴极保护是否完全 • 影响电流密度的因素很多，数值变化很大。当电位一 定时，电流密度还会随系统条件的变化而改变。
•
保护电位准则
准则有如下的规定:
中国石油行业标准SY/ T 0036 - 2000 ,对钢质管道的保护电位
• 最小保护电位
• 定义：要使金属达到完全保护，对金属进行阴极极化后必须
达到的电位 （等于腐蚀电池微阳极的平衡电位） • 最小保护电位的数值与金属种类、介质条件（成分、浓度等）
有关
• 由经验数据或实验确定
• 阴极保护中，最小保护电位与最小保护电流
密度的关系
– 保护电位是主要参数
– 电流密度是次要参数
应：不宜采用阴极保护
–被保护设备形状、结构不要太复杂，无“遮蔽现象”
6、阴极保护基本参数的测定和分析
• 海水、土壤等介质，阴极保护有经验数据选取； • 石油、化工行业，腐蚀介质种类繁多，阴极保护数据较少，
需进行试验确定。
1）测定阴极极化曲线求得保护参数的范围 2）选择合理的保护电位 –具有一定的保护效果 –日常电流消耗要小 –防止“过保护”的产生
– 增加腐蚀速度、降低阴极极化的因素，如温度升高、压力增
大、流速加快等，都使最小保护电流密度增加 • 最小保护电流密度由实验测得
• 阴极保护时，外加阴极电流密度不能过大或
过小，
–比最小电流密度小，不能完全保护
–过大，耗电量大，不经济；超过一定范围时，
保护作用降低，即过保护。
–正保护效应：由于外加阴极极化而使金属本身
(4) 当土壤或水中含有硫酸盐还原菌,且硫酸根含量大于0.5%
时,通电保护电位应达到- 950mV 或更负
(5) 最大保护电位的限制应根据覆盖层种类和环境来确定,以 不损坏覆盖层的粘结力为准,对于石油沥青,一般可取- 1.5V (相对Cu/ CuSO4 ); 煤焦油瓷漆,可取-3.0V;环氧粉末,可取2.0V 。
Ic
a k k 电解质溶液 a
I外
a
A
k
辅助阳极
腐蚀金属及外加电流阴极保护示意图
-
N a f b S d
1
c
e
k
M
I a1
I c I d I k1 I f
I
阴极保护原理的极化图解
• 未施加阴极电流保护之前，腐蚀金属微电池的阴极
极化曲线kN和阳极极化曲线aM相交于S点，此点对
应电位为金属的腐蚀电位c，相应的电流为腐蚀电
(1)施加阴极电流的情况下,测得管/ 地电位为-850mV (相对 Cu/ CuSO4)或更负。测量采用地表法和近参比法,必须考虑
测量方法中所含的IR误差。
(2) 相对饱和硫酸铜参比电极的管/ 地极化电位为-850mV (相
对Cu/CuSO4 )或更负。
(3) 管道表面与同土壤接触的参比电极之间测得阴极极化电位 值最小为100mV 。这一准则可以用于极化的建立过程中或衰 减过程中
中间范围使用锌阳极
– 土壤中牺牲阳极的选择类似于水中，只是铝阳极在土壤环 境中很容易钝化，很少采用
牺牲阳极的形式种类
阴极保护测试装臵
• 选用阳极的保护效果应符合以下要求:
1)满足保护电位准则里规定的电位要求 ⑵ 牺牲阳极在埋设时,与保护的燃气管道的距离不宜 小于0.3 m,也不宜大于7m,埋设深度不宜小于1m,且
5、阴极保护应用范围
• 阴极保护广泛应用于
– 地下输油、气管线 – 地下电缆 – 舰船 – 海上采油平台 – 石油化工设备 – 防止某些金属的SCC、腐蚀疲劳、黄铜脱锌等
• 对金属结构进行阴极保护应考虑的因素
–腐蚀介质能导电，且介质的量要足够以便建立连续的电路
• 土壤、海水、碱溶液、弱酸溶液、有机酸、中性盐溶液
– 外加电流的阴极保护
– 牺牲阳极的阴极保护
• 外加电流的阴极保护
• 定义：将被保护金属与直流电源的负极相连，利用 外加阴极电流进行阴极极化，以减小或防止金属腐 蚀 • 示意图
1 外 加 电 流 的 阴 极 保 护
2 3 4
1—直流电源 3—辅助阳极
2—被保护设备 4—腐蚀介质
• 牺牲阳极的阴极保护
⑵ 所有的电缆与阳极、铜鼻子、管道、加强板的连接采用锡 焊(分线盒内的连接除外),焊接前都要剥去防腐绝缘层,清 洁、打光焊接处 (3)连接管道的电缆颜色应与其它电缆颜色区分开,以便辩认 检测。 (4)分线盒在施工安装、检测完毕后,分线盒盖子须拧紧防水。 (5)阳极的埋设点必须做永久性标志,永久性标志可以包括周 围建筑物
流Ic（忽略溶液电阻） • 当通以外加阴极电流使金属腐蚀电位由c极化至1 时，金属微电池阳极腐蚀电流由Ic降低至Ia1，微阴 极电流为Ik1，外加阴极电流为Id。 • 由图可见， Ia1 < Ic，表示外加阴极极化后，金属 本身的腐蚀电流减小，金属得到保护，称为保护效 应。
• 如果外加阴极电流继续增大，使阴极进一步极化，
– 设备的工作条件：介质、温度、压力 – 设备的用途、结构设计特点
– 材料的性能：机械性能、耐蚀性能
– 材料的价格与来源
• 合理选材的基本步骤
– 确定使用环境 – 查阅有关资料 – 调查研究实际生产中材料的使用情况 – 进行必要的实验室辅助实验
– 综合考虑材料的使用性能、加工性能、经济价值等
二、电化学保护
• 气体介质、大气、不导电介质：不能使用
–金属材料在所处的介质中容易阴极极化，且产生正保护效 应
• 碳钢、不锈钢、铜及其合金、铝及其合金、铅：可以采用 • 碱性溶液中，耐碱性差的两性金属铝、铅，易产生负保护效应，阴 极保护受到限制；在酸性介质中可以采用阴极保护 • 金属在介质中处于钝态，阴极极化可能使其活化，则产生负保护效
– 废钢、铸铁、铝、锌等可溶性阳极
– 石墨、磁性氧化铁等非金属导体
– 高硅铸铁、铅银合金、铂等部分或完全钝化金属
• 碳钢：来源广，价格便宜，机械性能和加工性能好，常用于 地下结构、冷却水系统、闸门等；耐蚀性差，消耗性 阳极材料 • 石墨：耐蚀性比碳钢好，质脆，安装不方便，应用受到限制 • 高硅铸铁：在盐水、土壤、酸性和中性介质中耐蚀性较高，
8、牺牲阳极的阴极保护
• 牺牲阳极的阴极保护原理与外加电流的阴极保护一样，利用外
加阴极极化使金属腐蚀减缓
• 前者借助于牺牲阳极与被保护金属之间有较大的电位差产生的 电流达到极化；后者利用外加直流电源的电流进行极化
• 牺牲阳极保护优点
– 不需要外加电源，不会干扰邻近设施，电流的分散能力好
– 设备简单，施工方便，不需要经常维护检修
• 保护钢铁常用的牺牲阳极材料
– 锌基：纯Zn Zn—Al Zn—Al—Cd – 镁基： 纯Mg Mg—Mn Mg—Al—Zn—Mn – 铝基： Al—Zn—Hg Al—Zn—In
• 牺牲阳极的选择与环境种类和导电性能有关
– 水中，水的电阻率大于15.m的溶液采用镁阳极 小于15.m的溶液采用铝阳极
9、牺牲阳极的阴极保护与外加电流的阴极保护的比较
• 外加电流的阴极保护
– 优点
• 电流和电压可调，
• 适用范围广， • 用于要求大电流的情况， • 使用不溶性阳极时装臵耐久
– 缺点
• 需要经常检修和维护
• 要求有直流电源设备 • 可能产生干扰腐蚀
• 牺牲阳极的阴极保护
– 优点
• 不用外加电流，适用于电源困难场合
4、阴极保护主要参数
–最小保护电流密度
–最小保护电位
• 最小保护电流密度
• 定义：使金属得到完全保护时所需的电流密度最小值
• 最小保护电流密度取决于被保护金属种类、表面状态（有无保
护膜、膜的完整程度）、介质条件（组成、浓度、温度、流 速）。这些条件的变化会导致它在很大范围内变化 – 介质的腐蚀性越强，阴极极化程度越低，需要的保护电流密 度越大
• 应用范围
– 舰船 海上设备 – 地下输油/气管线
– 地下电缆
– 石油、化工生产中应用不多 （化工介质腐蚀性很强，牺牲阳极消耗量大）
• 牺牲阳极材料要求
– 电位负于被保护金属，并有足够的、稳定的电位差 – 不易钝化，阳极极化小，腐蚀发生均匀，且腐蚀产物易扩散或脱落 – 电化学当量高（即单位重量产生的电量要大），电流效率高 – 成本低，来源广，加工容易，不污染环境
导致腐蚀体系的腐蚀电位降至和微电池阳极的起始 电位a相等，外加电流为If时，阳极腐蚀电流Ia为 零，此时金属得到完全保护。 • 此时金属的电位称为最小保护电位，达到最小保护 电位时金属所需的外加电流密度称为最小保护电流 密度
• 因此，为了使金属得到完全保护，必须把金属阴极
极化到其腐蚀微电池阳极的平衡电位
第七章 腐蚀控制方法
由腐蚀理论知，电化学腐蚀的发生需要四个条件， 缺少其中一个腐蚀就停止，此为防腐的基本出发点 • 合理选材
•
•
电化学保护
金属表面覆盖层
•
• •
添加缓蚀剂
介质处理 合理的
一、合理选用耐腐蚀材料
• 合理选材，既考虑设备工艺条件及生产中可 能发生的变化，又要考虑材料结构、性质等
直埋设在潮湿的土壤中。埋设形式可采用立式或卧
式。在阳极与保护管道之间,严禁设臵其它金属构筑
物。
• 牺牲阳极的施工要求
(1) 阳极的埋设: 填包料要按比例调拌均匀,不得混入泥土等 杂物, 装入300mm×1000mm的棉或麻布袋中, 将经过铁砂纸 打光及表面清洁处理的阳极及时插入填包料中心位臵并压 实
– 稳定可靠
– 电压能连续可调
– 操作维护简单
• 常用直流电源 – 整流器 – 可控硅恒电位仪
3）测量和控制保护电位的参比电极