过程装备腐蚀与防护课件-绪论

第一章腐蚀电化学基础一、概念及简答1.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、氧等相互作用，使界面的金属和溶液侧分别形成带有异性电荷的结构——双电层。

2.电极电位电极反应使电极和溶液界面上建立的双电层电位跃。

3.极化、极化曲线及极化图电池工作过程中，由于电流流动而引起电极电位偏离初始值的现象。

用来表示极化电位与极化电流或极化电流密度之间关系的曲线。

将构成腐蚀电池的阴极和阳极极化曲线绘在同一E-I坐标上得到的图线，简称极化图。

4.超电压腐蚀电池工作时，由于极化作用使阴极电位下降，阳极电位升高。

这个值与各极的平衡电位差值的绝对值称为超电压或过电位。

以η表示。

5.钝化金属表面从活性溶解状态变成非常耐蚀的状态的突变现象称为钝化。

6.去极化反应：发生在阴极上的吸收电子的还原反应。

析氢腐蚀其发生的条件析氢腐蚀定义：指溶液中的氢离子作为去极剂，在阴极上进行阴极反应，使金属持续溶解而被腐蚀。

条件：腐蚀电池中的阳极电位必须低于阴极的析氢电极电位。

7. 耗氧腐蚀其发生的条件腐蚀电池上的阴极反应由溶液内氧分子参与完成，称为吸氧或耗氧反应。

耗氧腐蚀的条件为：腐蚀电池中的阳极初始电位EºM必须低于该溶液中氧的平衡电位Ee,O28.金属腐蚀的热力学条件金属溶解的氧化反应若进行，则金属的实际电位必更正于金属的平衡电极电位。

E>Ee,M 去极化反应若进行，则有金属电极电位必更负于去极剂的氧化还原反应电位。

E<Ee,k 上述条件需同时满足。

9.腐蚀速度的工程表示方法重量法和深度法10.耐蚀性评定及其适用范围第二章局部腐蚀一、概念及简答1、应力腐蚀：在固定拉应力和特定介质的共同作用下所引起的破裂。

应力腐蚀产生的条件(特定材料+)固定拉应力+ 特定腐蚀性介质2、腐蚀疲劳：金属材料在循环应力或脉动应力和腐蚀介质的联合作用下，所引起的腐蚀。

（注意与疲劳断裂的区别）条件：变应力+腐蚀性介质3、磨损腐蚀：腐蚀性流体与金属以较高速度做相对运动而引起金属的腐蚀损坏，简称磨蚀。

腐蚀防护的方法和原则
1 方法
常用的腐蚀防护方法包括物理防护、化学防 护和涂层防护等。选取适合的方法取决于腐 蚀环境和材料特性。
2 原则
腐蚀防护应遵循可行性、经济性和可持续性 的原则，同时要兼顾安全性和环境保护。
常见的腐蚀防护材料和技术
涂层材料
腐蚀防护涂层如聚合物涂层、金 属涂层和陶瓷涂层等可以提供持 久的保护。
3
案例三
一家石化公司使用涂层防护技术，在容器内壁形成了可靠的防腐层，提高了设备 的防腐蚀性能。
总结和提出建议
腐蚀防护是保障设备安全和延长使用寿命的关键措施。通过合理选择腐蚀防 护方法和材料，以及定期检查和维护，我们可以最大程度地减少腐蚀带来的 损失。
合金材料
抗腐蚀合金材料具有优异的腐蚀 抵抗能力，如不锈钢、镍基合金 和钛合金等。
阴极保护
阴极保护技术通过施加电流或使 用阳极保护来减缓金属腐蚀。
腐蚀防护案例分享
1
案例一
某化工企业通过改善操作流程和使用耐腐蚀材料，成功降低了设备腐蚀率。
2
案例二
一座海上风力发电场采用防海水腐蚀技术，有效延长了设备的使用寿命。
腐蚀是金属材料与环境中的某些物质相互作用导致材料的逐渐破坏过程。腐蚀的成因主要包括化学腐蚀、电化 学腐蚀和应力腐蚀等。
腐蚀的分类和特点
分类
腐蚀可以分为常温腐蚀、高温腐蚀、干腐蚀和湿腐蚀等不同类型。
特点
腐蚀具有延续性、隐蔽性和破坏性的特点，容易导致设备故障、生产中断以及安全事故。
影响因素
腐蚀的严重程度受到多种因素影响，包括温度、湿度、PH值、气候条件和化学物质的浓度 等。
《腐蚀防护培训》PPT课 件
在这份《腐蚀防护培训》PPT课件中，我们将分享腐蚀防护的重要性，以及如 何应对各种腐蚀挑战。让我们一起来探索吧！

电极电势(electrode potential)，其数值通常取决于电极本身、电解液浓度、 温度等因素。包括平衡电极电位和非平衡电极电位。由于其绝对值很难测量， 常见电极电位是半电池反应“O+R=R”相对于标准氢电极而言，是“氧化态和 还原态(O/R)”电位，有正负之分。
第20页/共90页
1.1 金属电化学腐蚀原理
第6页/共90页
腐蚀的定义与分类
(1)按腐蚀的反应历程，可分为化学腐蚀和电化学腐蚀： ➢ 化学腐蚀-金属与非电解质直接发生化学作用而引起的破坏。该过程是一种纯
氧化和还原的化学过程，反应过程中无电流形成。例如铅在四氯化碳，镁或 钛在甲醇中的腐蚀； ➢ 电化学腐蚀-金属与电解质溶液发生电化学作用而引起的破坏，电化学反应过 程中有电流产生，服从电化学动力学规律。例如金属在大气、海水、工业用 水、各种酸碱盐溶液中的腐蚀等。
v1O ne v2R
(1-3)
EO/R
EO O/R
0.059 n
第23页/共90页
lg
O R
1.1 金属电化学腐蚀原理
第24页/共90页
1.1 金属电化学腐蚀原理
例子：计算Zn2+离子浓度为0.001mol·L-1时锌电极的电极电位(298K)。 解：根据金属电动序表可知
当[Zn2+]=0.001mol·L-1时，从(1-3)式可计算锌电极的电极电位为
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碰撞的反应 点上完成。例如高温气体中活泼金属的初期氧气过程。
第14页/共90页
Zn
1 2
O2
ZnO
1.1 金属电化学腐蚀原理
电 化 学 腐 蚀 (Electrochemical corrosion),其特点是金属的腐蚀存在 两个同时进行却相互独立的氧化还原 过程，即阳极反应(anode reaction) 和阴极反应(cathode reaction)。例 如锌在含氧Zn中性12 O水2 溶 H液2O中的Zn腐(O蚀H)：2

4.3 常用结构材料获得耐蚀能力的途径有哪些？并列出每种途径常见的金属。
（1）依靠钝化获得耐蚀能力的金属：18－8 不锈钢、铝及铝合金、钛及钛合金、高硅铸铁。 （2）可钝化或腐蚀产物稳定的金属：碳钢与铸铁、铅与铅合金。 （3）依靠自身热力学稳定耐蚀的金属：铜（Cu）与铜合金。
6.1 工程上常用的防腐方法有哪些？
氢侵蚀阶段 当温度和压力较高，或者钢材与氢气接触的时间很长，则钢材将由氢脆阶段发展为 氢侵蚀阶段，使钢的强度和韧性降低。其特点是永久脆化，不可逆。
3.3 简述大气腐蚀与金属表面水膜厚度之间的关系。
区域Ⅰ：湿度特别低，金属表面只有极薄的一层吸附液膜，还不能认为是连续的电解液，相当于 干燥大气中的腐蚀，腐蚀速度很小，属于由化学作用引起的腐蚀。
4.1 什么是单相合金的 n/8 定律？
在给定介质中一种耐蚀的组元和另一种不耐蚀的组元组成的固溶体合金，其中耐蚀组元的含量等 于 12.5%、25%、37.5%、50%……原子分数（耐蚀组元的原子数与合金总原子数之比），即相当于 1/8、 2/8、3/8、4/8……n/8（n=1，2，……7）时，合金的耐蚀性将出现突然地阶梯式的升高，合金的电 位也相应的随之升高。这一规律称为 n/8 定律。
防止途径：①选择相容性材料；②合理的结构设计；③电化学保护；④电偶效应的正确利用—牺 牲阳极保护。
2.4 以贫铬理论阐述奥氏体不锈钢产生晶间腐蚀的机理。
奥氏体不锈钢在 450～850℃长时间加热时，晶间的铬和碳化合，从固溶体中沉淀出来，导致晶 间铬浓度降低，造成晶间贫铬，当铬含量降到钝化所需的最低含量（11％）以下时，当与腐蚀性介质 接触时，晶间贫铬区相对于碳化物和固溶体其它部分将形成小阳极对大阴极的微电池，就会发生严重 的晶间腐蚀。

联系 两者往往同时发生，电化腐蚀更普遍
25
金属（电化学）腐蚀的分类
1.自然环境腐蚀 （1）大气腐蚀 －最普通的腐蚀 （2）土壤腐蚀 －最复杂的腐蚀 （3）水环境（淡水和海水）腐蚀 －最苛刻的腐蚀 （4）微生物腐蚀－无处不在
按照腐蚀 环境划分
2.工业环境腐蚀 （1）在酸性溶液中的腐蚀； （2）在碱性溶液中的腐蚀； （3）在盐类溶液中的腐蚀； （4）在工业水中的腐蚀； （5）在熔盐中的腐蚀； （6）在液态金属中的腐蚀（物理溶解腐蚀）
苏联科学家弗鲁姆金及阿基莫夫分别从金属溶解的电化学历程与金属组织结构和腐蚀的关系方面提出了许多新的见解进一步发展与充实了腐蚀科学的基本理论随着现代工业的迅速发展使原来大量使用着的高强度钢和高强度合金构件不断地出现严重的腐蚀问题从而促使许多新的相关学科如现代电化学固体物理学材料科学工程学以至于微生物学等的学者们对腐蚀问题进行综合研究并形成了许多边缘腐蚀学科分支如腐蚀电化学腐蚀金属学腐蚀工程力学生物腐蚀学和防护系统工程等
30
质量指标(Quality Index)
单位时间内单位表面腐蚀金属的质量表示腐蚀速度，称为金属腐蚀的质 量指标。 1、失质法：当腐蚀产物易被清除时表示为
m0 m1 V St
• • • • •
V－失质指标（g/m2· h） m0－试样腐蚀前金属的质量（g） m1－试样发生腐蚀且清除腐蚀产物后金属的质量（g） S－试样表面积（m2） t－腐蚀时间（h）
21
腐蚀防护的基本途径
（4）采用电化学保护（电保护）： 对于金属的电化学腐蚀可通过阴极极化降低氧化反应速度， 或通过实现阳极钝化来以达到防腐目的； （5）正确选材和合理设计： 为了防止腐蚀发生，必须重视正确选材和合理设计，设计时 做到材料匹配和结构合理、结构间连接应尽可能防止缝隙产 生等； (6) 腐蚀与防护的管理与教育: 主观上重视。加强对腐蚀与防护的管理，提高各类人员对腐 蚀与防护的重视，需要建立相应的教育体制，广泛开展腐蚀 与防护的教育工作，提高腐蚀与防护的自觉性。

合金。当发生电镁化、腐锌蚀、时铝，，被及腐蚀
牺牲阳极材的料是那种比其铁合更金活等泼。的金属（牺牲
阳极），而①②铁在用被轮同保船样护的方了尾法。部防和止船电缆、
应用实例
壳输的油水管线道以、下地部下分设，备装和上化工
一设定备数等量的的腐锌蚀块。，
电源
船体 舵
牺牲阳极
辅助阳极
船体阴极保护示意图
[(a)牺牲阳极保护；(b)外加电流保护]
二者原理相同，只是前者被保护金属阴极极化 输入阴极电流是靠外加直流电源，后者靠另一个电 势更负的金属腐蚀溶解。
2. 基本参数
最小保护电流密度和最小保护电
(1势)最小保护电流 最小保护电流密度：使金属腐蚀停 止，亦即达到完全保护时所需的最小电流值称最小保护 电流。若以电流密度计量称最小保护电流密度。
第六章 防腐蚀方法
金属和非金属材料很 多场合需要防腐蚀
从防腐蚀效果、施工难 易、经济成本等方面综 合考虑选取防腐方法
◆使金属免受或减轻腐蚀的措施
（1）提高金属自身的耐腐蚀性 如制造或选用合 金材料；
（2）形成保护层 如非金属或金属覆盖层(衬里、 搪瓷、涂料、镀层、发蓝处理、磷化处理等) ；
（3）改变腐蚀环境 如金属所处介质的脱盐和 除氧，加缓蚀剂等；
结论：要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势。
2. 牺牲阳极的阴极保护
被保护金属设备 上连接一个电势更负 的强阳极金属，促使 阴极极化，该方法称 牺牲阳极保护，也称 护屏保护或保护器保 护。
牺牲阳极的阴极保护
概念
在保护钢铁设备上连接一种更 易失去电子（电势更低）的金属或
金、铅铂复合阳极、镀铂钛、镀铂钽、铂合金。

晶间腐蚀
部分腐蚀的一种。沿着金属晶粒间
的分界面向内部扩展的腐蚀。主要由于 晶粒外表和内部间化学成分的差别以及 晶界杂质或内应力的存在。晶间腐蚀破 坏晶粒间的结合，大大降低金属的机械 强度。而且腐蚀发生后金属和合金的外 表仍坚持一定的金属光泽，看不出被破 坏的迹象，但晶粒间结合力显著减弱， 力学性能恶化, 不能经受敲击，所以是 一种很危险的腐蚀。通常出现于黄铜、 硬铝合金和一些不锈钢、镍基合金中。 不锈钢焊缝的晶间腐蚀是化学工厂的一 个艰苦问题。
▪ 长期、反复、细微的直接或间接外力集中作用在骨骼 的某一点上，遭到反复力的刺激可出现应力性骨折 〔stress fracture〕，又称疲劳骨折。应力性骨折经 常是在长间隔行军或长跑运动后发生，部位多是在接 受身体分量和一些经常受肌肉力量反复作用于其上的 骨骼，例如：第2跖骨及腓骨下1／3处，另外，腰椎、 肋骨。
应力腐蚀
▪ 资料在特定的腐蚀介质中和在静拉伸应力〔包 括外加载荷、热应力、冷加工、热加工、焊接 等所引起的剩余应力，以及裂痕锈蚀产物的楔 入应力等〕下，所出现的低于强度极限的脆性 开裂景象，称为应力腐蚀开裂。
▪ 应力腐蚀开裂是先在金属的腐蚀敏感部位构成 微小凹坑，产生细长的裂痕，且裂痕扩展很快， 能在短时间内发生严重的破坏。应力腐蚀开裂 在石油、化工腐蚀失效类型中所占比例最高， 可达50%。
▪ 应力腐蚀过程普通可分为三个阶段。第一阶段为 孕育期，在这一阶段内，因腐蚀过程部分化和拉 应力作用的结果，使裂纹生核；第二阶段为腐蚀 裂纹开展时期，当裂纹生核后，在腐蚀介质和金 属中拉应力的共同作用下，裂纹扩展；第三阶段 中，由于拉应力的部分集中，裂纹急剧生长导致 零件的破坏。
▪ 在发生应力腐蚀破裂时，并不发生明显的均匀腐 蚀，甚至腐蚀产物极少，有时肉眼也难以发现， 因此，应力腐蚀是一种非常危险的破坏。

在水中的氧化一还原电位(E)与溶液的pH值图
要想避免铁的腐蚀，其状态点 就不能落入腐蚀区，可采取以 下几种措施：
1)将铁的电极电位降至非腐蚀 区。
这就要对铁施行阴极保护。
2)将铁的电极电位升高，进入 钝化区。
这可使用阳极保护法或在溶液 中添加阳极型缓蚀剂来实现。
3)调整溶液PH值范围使PH＝ 8—13，可使铁进入钝化区。
金属材料的腐蚀分类
1、化学腐蚀(Chemical Corrosion) 化学腐蚀是指金属与腐蚀介质直接发
生反应，在反应过程中没有电流产生 。
最重要的化学腐蚀形式是气体腐蚀， 如金属的氧化过程或金属在高温下与 SO2、水蒸气等的化学作用。
金属材料的腐蚀分类
2．电化学腐蚀 (Electrochemical Corrosion) 电化学腐蚀是指金属与电解质溶液(大多数为
化学腐蚀- 氧化膜的产生和作用
化学腐蚀的腐蚀产物在金属表面形成表面膜，表 面膜的性质决定了化学腐蚀速度。
氧化膜的作用： 氧化膜阻隔了金属与介质之间的物质传递，将减
慢金属继续氧化的速度。 如果氧化膜致密完整，强度、塑性都较好、膜的
膨胀系数与金属接近、膜与金属的亲和力较强等 情况下，则有利于保护金属、降低腐蚀速度。
水溶液)发生了电化学反应而发生的腐蚀。 其特点是：在腐蚀过程中同时存在两个相对独
立的反应过程——阳极反应和阴极反应，在反 应过程中伴有电流产生。 电化学腐蚀是最常见的腐蚀形式， 自然条件下、如潮湿大气、海水、土壤、地下 水以及化工、冶金生产中绝大多数介质中金属 的腐蚀通常具有电化学性质。 一般来说，电化学腐蚀比化学腐蚀强烈得多， 它所造成的危害和损失也是极为严重的。
化学腐蚀
钢铁的气体腐蚀类型: 高温氧化 脱碳 氢蚀 铸铁肿胀