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埋地鋼質(zhì)管道腐蝕與防護(hù)

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埋地鋼質(zhì)管道腐蝕與防護(hù)
1.金屬材料的腐蝕與防護(hù)
1、腐蝕概念
   腐蝕是材料與它所處環(huán)境介質(zhì)之間發(fā)生作用而引起材料的變質(zhì)和破壞。
材料
環(huán)境介質(zhì)
發(fā)生作用
    所以說(shuō)： 腐蝕問(wèn)題無(wú)處不在。
1.1 概述
材料腐蝕分類
金屬材料腐蝕
非金屬材料腐蝕
化學(xué)腐蝕
電化學(xué)腐蝕
高溫腐蝕
常溫腐蝕
材料類型
腐蝕機(jī)理
腐蝕環(huán)境
分類依據(jù)
大氣腐蝕
土壤腐蝕
自然環(huán)境
依據(jù)腐蝕的環(huán)境狀態(tài)（自然環(huán)境和工業(yè)環(huán)境）
淡水腐蝕
海水腐蝕
微生物腐蝕
酸性溶液
堿性溶液
工業(yè)環(huán)境
鹽類溶液
工業(yè)水中
液態(tài)金屬
材料腐蝕分類
電偶腐蝕
點(diǎn)蝕
局部腐蝕
依據(jù)腐蝕形態(tài)
縫隙腐蝕
晶間腐蝕
選擇性腐蝕
氫致開(kāi)裂
應(yīng)力腐蝕
共同作用
腐蝕疲勞
腐蝕磨損
均勻腐蝕
不均勻腐蝕
全面腐蝕
材料腐蝕分類
管道（設(shè)備）材料腐蝕圖片
管道（設(shè)備）材料腐蝕圖片
金屬的電化學(xué)腐蝕
（一）金屬腐蝕
1.概念：
金屬或合金與周圍接觸到的氣體或液體進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而腐蝕損耗的過(guò)程。
2.金屬腐蝕的本質(zhì)
金屬原子失去電子變成陽(yáng)離子而損耗
3.金屬腐蝕的分類：
化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕
絕大多數(shù)金屬的腐蝕屬于電化學(xué)腐蝕
電化學(xué)腐蝕通常有析氫腐蝕和吸氧腐蝕
一、原電池
構(gòu)成原電池的基本條件是什么？
 （1）必須自發(fā)進(jìn)行氧化還原反應(yīng)
 （3）兩個(gè)電極必須插入電解質(zhì)溶液中或熔融  
        的電解質(zhì)中；
（4）兩個(gè)電極必須相連并形成閉合回路。
（2）必須有兩種活潑性不同的導(dǎo)電材料作電極；
把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。
原電池正負(fù)極的比較
比較項(xiàng)目	正極	負(fù)極
電子流動(dòng)方向	電子流入	電子流出
金屬活潑性	相對(duì)不活潑	相對(duì)活潑
電極反應(yīng) 
	Nm+ + me- = N
(還原反應(yīng))	M - ne- = Mn+
(氧化反應(yīng))
 
電極質(zhì)量變化	增大或不變	減小或不變
離子移動(dòng)方向	陽(yáng)離子移向該極	陰離子移向該極
比較項(xiàng)目	化學(xué)腐蝕	電化學(xué)腐蝕
發(fā)生條件		
共同點(diǎn)		
是否構(gòu)成原電池		
有無(wú)電流		
實(shí)　質(zhì)		
化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕的比較
電化學(xué)腐蝕比化學(xué)腐蝕普遍得多
金屬跟接觸到的物質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)
不純金屬跟接觸的電解質(zhì)溶液發(fā)生原電池反應(yīng)
無(wú)電流
無(wú)原電池
構(gòu)成無(wú)數(shù)微小原電池
有弱電流
金屬被腐蝕
較活潑金屬被腐蝕
金屬原子失去電子變成陽(yáng)離子而損耗
鋼鐵的電化學(xué)腐蝕
比較項(xiàng)目	比較項(xiàng)目	析氫腐蝕	吸氧腐蝕
發(fā)生條件	發(fā)生條件		
電極反應(yīng)	負(fù)極		
電極反應(yīng)	正極		
總反應(yīng)	總反應(yīng)		
			
鋼鐵表面吸附的水膜酸性較強(qiáng)時(shí)
Fe - 2e- = Fe2+
2H+ + 2e- = H2↑
Fe+ 2H+ = Fe2++ H2↑
鋼鐵表面吸附的水膜酸性較弱或呈中性時(shí)
Fe - 2e- = Fe2+
O2＋2H2O＋4e-=4OH-
Fe2++2OH-=Fe(OH)2
4Fe(OH)2 +O2+2H2O=4Fe(OH)3
4Fe(OH)3＝Fe2O3·xH2O(鐵銹)+(3-x)H2O
吸氧腐蝕比析氫腐蝕普遍得多
鋼鐵表面形成的微小原電池示意圖
鋼鐵的析氫腐蝕示意圖
鋼鐵的吸氧腐蝕示意圖
知識(shí)總結(jié)
1、
2、
金屬陽(yáng)離子
失e-
氧化反應(yīng)
金屬腐蝕的類型
化學(xué)腐蝕
電化腐蝕
析氫腐蝕
吸氧腐蝕
（常見(jiàn)普遍）
㈠.
金屬腐蝕
金屬原子
金屬腐蝕的本質(zhì)：
3、
金屬腐蝕：
是指金屬或合金跟接觸的氣體或液體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)（氧化—還原）而腐蝕損耗的過(guò)程。
4.鋼鐵的析氫腐蝕和吸氧腐蝕比較

Fe2O3 · nH2O
（鐵銹）
通常兩種腐蝕同時(shí)存在，但以后者更普遍。
析氫腐蝕
吸氧腐蝕
條件
水膜呈酸性。
水膜呈中性或酸性很弱。
CO2+H2OH2CO3  H++HCO 3- 
電極反應(yīng)
負(fù)極Fe(- )
Fe-2e=Fe2+
2Fe-4e=2Fe2+
正極C(+)
2H++2e=H2↑
O2+2H2O+4e=4OH-
總反應(yīng):
Fe+2H+=Fe2+↑
2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)2
4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3
聯(lián)系
㈡
鋼鐵腐蝕的防護(hù)：
例6：
改變金屬的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)：如將Cr、Ni等金屬加進(jìn)鋼里制成合金鋼。
⒈
A.
C.
銅的金屬活動(dòng)性比氫小，因此不宜被氧化；
B.
D.
它們的表面都電鍍上了一層耐腐蝕的黃金；
2000年5月，保利集團(tuán)在香港拍賣會(huì)上花費(fèi)3000多萬(wàn)港幣購(gòu)回在火燒圓明園時(shí)流失的國(guó)寶：銅鑄的牛首、猴首和虎首，普通銅器時(shí)間稍久容易出現(xiàn)銅綠，其主要成分是[Cu2(OH)2CO3]這三件1760年銅鑄的國(guó)寶在240 年后看上去仍然熠熠生輝不生銹，下列對(duì)起原因的分析，最可能的是
環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，它們表面的銅綠被酸雨溶解洗去；
（ D ）
它們是含一定比例金、銀、錫、鋅的合金；
2.金屬表面覆蓋保護(hù)層
3.電化學(xué)保護(hù)法
原理：
原理 ：
如油漆、油脂等，電鍍（Zn,Cr等易氧化形成致密的氧化
物薄膜）作保護(hù)層。
隔絕金屬與外界空氣、電解質(zhì)溶液的接觸。
——犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法
形成原電池反應(yīng)時(shí)，讓被保護(hù)金屬做正極，不反應(yīng)，起到保護(hù)作用；而活潑金屬反應(yīng)受到腐蝕。
犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法示意圖
        牢記形成原電池的四個(gè)條件： 
①必須自發(fā)進(jìn)行氧化還原反應(yīng)
②兩個(gè)活動(dòng)性不同的金屬或金屬和非金屬（如石墨）做電極。 
③電解質(zhì)溶液。
④形成閉合回路
金屬的防護(hù)
方 法：
1.改變金屬的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)（如制不銹鋼）
2.在金屬表面覆蓋保護(hù)層：
?。?）在表面刷一層油漆；
　（2）在表面涂上機(jī)油；
?。?）在表面鍍一層其他耐腐蝕金屬；
?。?）在表面燒制搪瓷 ；
?。?）使金屬表面形成致密的氧化膜 。
3.電化學(xué)保護(hù)法 ：
?。?）犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法(原電池原理接一個(gè)更活潑的金屬) 　                        
　（2）外加電流的陰極保護(hù)法（電解池原理） 
判斷金屬腐蝕快慢的規(guī)律 
不純的金屬或合金，在潮濕空氣中形成微電池發(fā)生電化腐蝕，活潑金屬因被腐蝕而損耗，金屬腐蝕的快慢與下列二種因素有關(guān)：
1）與構(gòu)成微電池的材料有關(guān)，兩極材料的活動(dòng)性差別越大，電動(dòng)勢(shì)越大，氧化還原反應(yīng)的速度越快，活潑金屬被腐蝕的速度就越快；
2）與金屬所接觸的電解質(zhì)強(qiáng)弱有關(guān)，活潑金屬在電解質(zhì)溶液中的腐蝕快于在非電解質(zhì)溶液中的腐蝕，在強(qiáng)電解質(zhì)溶液中的腐蝕快于在弱電解質(zhì)溶液中的腐蝕。
一般說(shuō)來(lái)可用下列原則判斷：
（電解原理引起的腐蝕）＞原電池原理引起的腐蝕　　　＞化學(xué)腐蝕＞有防腐措施的腐蝕

1.2 腐蝕與防護(hù)基本原理
3、金屬腐蝕破壞的形態(tài)
1.2 腐蝕與防護(hù)基本原理
（1）全面腐蝕
特征：腐蝕分布在整個(gè)金屬表面，結(jié)果使金屬
      構(gòu)件截面尺寸減小，直至完全破壞。
控制：
         合理選材、留有裕量；
         施加保護(hù)性覆蓋層；
         緩蝕劑；
         電化學(xué)保護(hù)。
1.2 腐蝕與防護(hù)基本原理
（2）局部腐蝕
腐蝕集中在金屬表面局部地區(qū)，而其它大部分表面幾乎不腐蝕，稱為局部腐蝕。
1.2 腐蝕與防護(hù)基本原理
① 電偶腐蝕
電偶腐蝕形態(tài)：兩種金屬在同一介質(zhì)中接觸，腐蝕電位不相等，便有電偶電流流動(dòng)，電位較低金屬局部腐蝕,電位較高的金屬，溶解速度減小。亦稱接觸腐蝕或雙金屬腐蝕。
防止辦法：
  正確選取材料，選取電偶序中相距較近的合金；
  消除面積效應(yīng)，減小陰極面積；
  添加環(huán)緩蝕劑。
備注：在工程技術(shù)中，不同的金屬組合不可避免，因此電偶腐蝕非常普遍。利用電偶腐蝕原理可以利用賤金屬的犧牲對(duì)有用的部件貴金屬進(jìn)行犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)。
1.2 腐蝕與防護(hù)基本原理
② 小孔腐蝕
小孔腐蝕形態(tài)：金屬表面局部出現(xiàn)向深處發(fā)展的腐蝕小孔，其余地區(qū)不被腐蝕或者只有輕微腐蝕，也稱孔蝕或點(diǎn)蝕。
控制辦法：
   合金的成分和組織：孔蝕的敏感性與合金的成分、組織以及冶金質(zhì)量有密切的關(guān)系。
   介質(zhì)的組成和狀況：盡量降低介質(zhì)中鹵素。
   緩蝕劑：硝酸鹽、鉻酸鹽、硫酸鹽及堿等。
   陰極保護(hù)：金屬電極電位控制在孔蝕保護(hù)電位以下。
備注：點(diǎn)蝕的程度用點(diǎn)蝕系數(shù)來(lái)表示，點(diǎn)蝕系數(shù)指蝕孔的最大深度與金屬平均深度的比值。
點(diǎn)蝕是破壞性和隱患性最大的腐蝕形態(tài)之一，僅次于應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。難于檢查，與其他類型的局部腐蝕的發(fā)生，有著密切的關(guān)系。
點(diǎn)蝕的發(fā)生一樣要滿足材料、介質(zhì)和電化學(xué)三個(gè)方面的條件：點(diǎn)蝕多發(fā)生在表面容易鈍化的金屬材料（不銹鋼、鋁合金）或表面有陰極性鍍層的金屬（如鍍銅、鎳的碳鋼表面）上、容易發(fā)生在有特殊離子的腐蝕介質(zhì)中（不銹鋼中的鹵素離子）
1.2 腐蝕與防護(hù)基本原理
③ 縫隙腐蝕  
縫隙腐蝕形態(tài)：腐蝕發(fā)生在縫隙內(nèi)。
發(fā)生和發(fā)展機(jī)理與孔蝕很相似，存在縫隙是表面缺陷，縫隙內(nèi)是缺氧區(qū)，成為陽(yáng)極而迅速被腐蝕。
防止辦法：消除縫隙。
    盡可能避免形成縫隙和積液的死角。
    對(duì)不可避免的縫隙，要采取相應(yīng)的保護(hù)措施。
    盡量控制介質(zhì)中溶解氧的濃度，使溶氧濃度低于5×10－6mol/L，這樣在縫隙處就很難形成氧濃差電池。
備注：縫隙腐蝕是有電解質(zhì)存在，在金屬與金屬及金屬與非金屬之間構(gòu)成狹窄的縫隙內(nèi)，介質(zhì)的遷移受到阻滯而產(chǎn)生的一種局部腐蝕形態(tài)。
防止縫隙腐蝕的措施：
合理設(shè)計(jì)，避免縫隙的形成最能有效地預(yù)防縫隙腐蝕的發(fā)生。
選材， 根據(jù)介質(zhì)的不同可以選擇適合的材料可以減輕縫隙腐蝕
電化學(xué)保護(hù) 陰極保護(hù)有助于減輕縫隙腐蝕，但并不能完全解決縫隙腐蝕問(wèn)題，關(guān)鍵是能否有足夠的電流達(dá)到縫內(nèi)形成必須的保護(hù)電位
應(yīng)用緩蝕劑
1.2 腐蝕與防護(hù)基本原理
④ 晶間腐蝕 
    金屬材料在特定的腐蝕介質(zhì)中沿著材料的晶粒邊界或晶界附近發(fā)生腐蝕，使晶粒之間喪失結(jié)合力的一種局部破壞的腐蝕現(xiàn)象。
腐蝕形態(tài)：腐蝕從表面沿著晶界深入內(nèi)部，外表看不出腐蝕跡象，可用金相顯微鏡看出呈網(wǎng)狀腐蝕，失去強(qiáng)度。
貧化理論：晶界與晶內(nèi)的電極電位的形成，形成一晶界區(qū)為陽(yáng)極，晶粒本體為陰極的腐蝕微電池。
控制辦法：材料本身的成分和組織。奧氏體不銹鋼敏化型晶間腐蝕為例：    降低鋼的含碳量； 
                  穩(wěn)定化處理；
                  重新固溶處理。
備注：危害性很大的局部腐蝕，經(jīng)常導(dǎo)致突然的破壞。晶間腐蝕常常轉(zhuǎn)變?yōu)檠鼐?yīng)力腐蝕開(kāi)裂，成為應(yīng)力腐蝕裂紋的起源。
晶間腐蝕
1.2 腐蝕與防護(hù)基本原理
⑤ 選擇性腐蝕
含有不同成分的金屬材料，在一定的條件下，其中一部分元素被腐蝕浸出，只剩下其余組分構(gòu)成的海綿狀物質(zhì)，強(qiáng)度和延性喪失，稱為選擇性腐蝕，例如黃銅在腐蝕介質(zhì)中被鋅浸出，灰口鑄鐵脫鐵。
腐蝕形態(tài)：多元合金在電解質(zhì)溶液中由于組元之間化學(xué)性質(zhì)的不均勻，構(gòu)成腐蝕電池。

備注：灰鑄鐵中的石墨以網(wǎng)狀分布在鐵素體中，在介質(zhì)為鹽水、礦水、土壤或極稀的酸性溶液中，發(fā)生了鐵基體的選擇性腐蝕，而石墨沉積在鑄鐵表面，從形貌上看，似乎鑄鐵被石墨化了，因此稱作石墨化腐蝕。
在鑄鐵的石墨化腐蝕中，石墨對(duì)鐵為陰極，形成了高效原電池、鐵被溶解后，成為石墨、孔隙和鐵銹構(gòu)成的多孔體，使鑄鐵失去了強(qiáng)度和金屬性。
1.2 腐蝕與防護(hù)基本原理
（3）應(yīng)力作用下的腐蝕
  ① 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂:
        腐蝕和拉應(yīng)力同時(shí)作用下使金屬產(chǎn)生破裂，稱為應(yīng)力腐蝕。大致過(guò)程為：金屬表面生成的保護(hù)膜在拉應(yīng)力作用下產(chǎn)生局部腐蝕，產(chǎn)生孔蝕或縫隙腐蝕，孔蝕或縫隙腐蝕一方面向縱深發(fā)展，一方面由于拉應(yīng)力作用使縫隙兩端的膜反復(fù)破裂，腐蝕沿著與拉應(yīng)力垂直的方向前進(jìn)，造成裂縫 嚴(yán)重時(shí)發(fā)生斷裂。
發(fā)生的三個(gè)必要條件：敏感的合金、特定的介質(zhì)和一定的靜應(yīng)力。
備注：金屬材料在各種使用過(guò)程中，不僅會(huì)受到腐蝕介質(zhì)的作用，同時(shí)還會(huì)受到各種應(yīng)力的作用，并常常因此造成為更為嚴(yán)重的腐蝕破壞。應(yīng)力可以是外部施加的或通過(guò)接觸面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)、高速流體的流動(dòng)等施加在
1.2 腐蝕與防護(hù)基本原理
應(yīng)力腐蝕的機(jī)理：
陽(yáng)極溶解機(jī)理：應(yīng)力腐蝕裂紋的形成與擴(kuò)展是陽(yáng)極通道的形成與其延伸的過(guò)程。
氫脆機(jī)理：陰極析氫反應(yīng)在金屬表面形成的吸附氫原子滲入內(nèi)部引起氫脆，是導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕的主要原因。

備注：氫致開(kāi)裂是原子氫在合金晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)滲入的和擴(kuò)散所導(dǎo)致的脆性斷裂的現(xiàn)象。
氫致開(kāi)裂過(guò)程涉及氫的來(lái)源、傳輸、去處及造成結(jié)果等一系列過(guò)程。
1.2 腐蝕與防護(hù)基本原理
防止辦法：
正確選材:  避免構(gòu)成應(yīng)力腐蝕體系，減輕應(yīng)力腐蝕的敏感性。
合理設(shè)計(jì)、改進(jìn)制造工藝 ：盡量減小應(yīng)力集中效應(yīng)。
改善環(huán)境介質(zhì)：消除或減少介質(zhì)中促進(jìn)應(yīng)力腐蝕的有害物質(zhì)，加入適當(dāng)?shù)木徫g劑。
電化學(xué)保護(hù)：外加電流極化，使金屬的電位遠(yuǎn)離應(yīng)力腐蝕敏感區(qū)
1.2 腐蝕與防護(hù)基本原理
② 腐蝕疲勞
腐蝕介質(zhì)和交變應(yīng)力協(xié)同作用所引起的材料破壞的現(xiàn)象。
腐蝕特點(diǎn)：
     沒(méi)有真實(shí)的疲勞極限；
     在任何腐蝕介質(zhì)中都可能發(fā)生；
     性能與載荷頻率、應(yīng)力以及載荷波形有密切關(guān)系；
     裂紋往往是多源的。
防止辦法：
     正確選材；合理設(shè)計(jì)、改進(jìn)制造工藝 和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)避免應(yīng)力集中；改善介質(zhì)條件；電化學(xué)保護(hù)。
1.2 腐蝕與防護(hù)基本原理
③ 磨損腐蝕
     流體介質(zhì)與金屬之間或金屬零件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng) 引起金屬局部區(qū)域加速腐蝕破壞的現(xiàn)象，簡(jiǎn)稱磨蝕。
磨蝕又可分為：
            湍流腐蝕
            空泡腐蝕
            摩振腐蝕
備注：空泡腐蝕是一種特殊形式的沖刷腐蝕，是由于金屬表面附近的液體空泡潰滅造成的表面粗化，出現(xiàn)大量直徑不等的火山口狀的凹坑，最終喪失使用功能的一種破壞。高速湍流狀態(tài)下，特別是液體流經(jīng)形狀復(fù)雜的液體表面。
湍流腐蝕（沖刷腐蝕）是金屬表面與腐蝕流體之間由于高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的金屬損傷。是流體沖刷與腐蝕協(xié)同作用的結(jié)果。
磨振腐蝕（微振腐蝕）是指兩個(gè)相互接觸、名以上相對(duì)靜止而實(shí)際上處于周期性小幅相對(duì)滑動(dòng)（通常為震動(dòng)）的固體表面因磨損與腐蝕交互作用所導(dǎo)致的材料表面破壞現(xiàn)象。
1.2 腐蝕與防護(hù)基本原理
（4）微生物腐蝕
        由于介質(zhì)中存在著某些微生物而使金屬的腐蝕過(guò)程加速的現(xiàn)象，稱之為微生物腐蝕，也簡(jiǎn)稱為細(xì)菌腐蝕。并非微生物本身對(duì)金屬的腐蝕，而是它們生命活動(dòng)的結(jié)果直接或間接地對(duì)金屬腐蝕過(guò)程產(chǎn)生影響。
① 影響主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
 代謝產(chǎn)物具有腐蝕作用。如硫酸、有機(jī)酸和硫化物。
 改變環(huán)境介質(zhì)條件。如：pH值、溶解氧等。
 影響電極極化過(guò)程。
 破壞非金屬保護(hù)覆蓋層或緩蝕劑的穩(wěn)定性。
1.2 腐蝕與防護(hù)基本原理
② 常見(jiàn)的細(xì)菌腐蝕：
厭氧性細(xì)菌腐蝕：硫酸鹽還原菌（SRB），使硫酸鹽還原成硫化物，生成硫化氫，進(jìn)而與鐵反應(yīng)形成硫化鐵，加速了鋼鐵的腐蝕。
好氧性細(xì)菌的腐蝕：如硫氧化菌、鐵細(xì)菌、硫代硫酸鹽氧化菌等。以硫氧化菌為例，它將硫和含硫化合物氧化成硫酸，造成腐蝕性極強(qiáng)的環(huán)境，導(dǎo)致材料的快速腐蝕。
厭氧與好氧聯(lián)合作用下的腐蝕：兩類細(xì)菌的腐蝕與繁衍相輔相成，更加速了金屬的腐蝕。細(xì)菌聯(lián)合作用腐蝕的情況很普遍。
1.2 腐蝕與防護(hù)基本原理
③ 細(xì)菌腐蝕的控制：
使用殺菌劑或抑菌劑：根據(jù)細(xì)菌種類及介質(zhì)選擇高效、低毒和無(wú)腐蝕性的藥劑。
改變環(huán)境條件：提高介質(zhì)的pH值及溫度（pH>9.0，溫度T>50℃）、排泄積水、改善通氣條件、減少有機(jī)物營(yíng)養(yǎng)源等。
覆蓋防護(hù)層：采用涂覆非金屬覆蓋層或金屬鍍層使構(gòu)件表面光滑、在有機(jī)涂層中加入適量殺菌劑等方法。
陰極保護(hù)：陰極保護(hù)使構(gòu)件表面附近形成堿性環(huán)境，抑制細(xì)菌活動(dòng)。
12.1  化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕(corrosion)
?類型：
(1)化   學(xué)   腐   蝕：非電解質(zhì)溶液和干燥氣體的化學(xué)作用
                                   引起的腐蝕。
(2)電 化 學(xué)  腐 蝕：電解質(zhì)溶液產(chǎn)生的電化學(xué)作用而引起
                                   的腐蝕(最常見(jiàn))。
(3)應(yīng)力 腐蝕 開(kāi)裂：應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)聯(lián)合作用下產(chǎn)生的破
                                   壞(危害很大)。

(4)腐   蝕    疲   勞：腐蝕環(huán)境+交變應(yīng)力，使疲勞強(qiáng)度明
                                    顯低于正常值的現(xiàn)象。
(5)氫致開(kāi)裂(氫脆)：金屬由于在腐蝕、酸洗、電鍍等過(guò)程中吸收了原子氫而使性質(zhì)變脆甚至引發(fā)延遲裂紋現(xiàn)象。高強(qiáng)鋼、鈦合金尤為敏感。
表12-1

12.2    常見(jiàn)耐蝕材料與應(yīng)用

12.2.1    材料的耐蝕性
(1)標(biāo)準(zhǔn)

(2)各類材料耐蝕性
 1) 金屬材料：
  ?鈦合金＞不銹鋼＞低合金鋼＞ 鑄鐵≥碳鋼。
  ?鋁合金在大氣和水中耐蝕。
  ?青銅＞黃銅＞銅（大氣和海水中）；青銅尚耐有機(jī)酸稀溶液腐蝕。
表12-2

2)高分子材料
 ?不發(fā)生電化學(xué)腐蝕；
 ?在介質(zhì)中發(fā)生裂解、溶脹、溶解、銀紋和開(kāi)裂（或稱老化）；
 ?在各種酸堿鹽中較好耐蝕性，可替代金屬作腐蝕嚴(yán)重的化工容器、管道等塑料以及防蝕襯里、彈性材料或密封材料（橡膠）。
3)無(wú)機(jī)非金屬材料
 ?具有很好的耐酸、堿、鹽腐蝕及耐老化、耐日曬能力，且耐溶劑及耐油。
12.2.2  合理選擇耐蝕材料

耐蝕材料選材因素6方面：（參見(jiàn)教材12.2.2）

常見(jiàn)介質(zhì)中最耐蝕的合金：

表 12-3

12.3    改善金屬材料抗蝕能力的防護(hù)措施

12.3.1   改善介質(zhì)腐蝕條件
?去除介質(zhì)中有害成分（O2、Cl等），如鍋爐用水除氧
（加熱或亞硫酸鈉化學(xué)除氧）。
?添加緩蝕劑，使電化學(xué)反應(yīng)緩慢，如切削液中加亞硝酸鹽、汽車水箱中加重鉻酸鉀等。

12.3.2   電化學(xué)保護(hù)
?陰極保護(hù)法和陽(yáng)極保護(hù)法，用于海底電纜、地下輸水管及大型金屬結(jié)構(gòu)設(shè)施。
?陰極保護(hù)示意圖。
圖 12-1

12.3.3   表面防護(hù)涂層：經(jīng)濟(jì)、方便、實(shí)用
(1) 金屬覆蓋層
 ?在基體金屬表面覆蓋一層電位更正的惰性金屬層(Au、Ag、Cu、Ni、Sn等)，起隔離保護(hù)作用(陰極覆蓋層)。
 ?在基體金屬表面覆蓋一層電位更負(fù)的金屬(為陽(yáng)極，基體為陰極)，通過(guò)犧牲陽(yáng)極覆蓋層而保護(hù)基體金屬。
 ?鈍性氧化膜覆蓋層(Cr、Al、Ti等)。
(2)非金屬覆蓋層
     涂料、塑料；搪瓷、玻璃(耐高溫、耐腐蝕，但脆)；非金屬轉(zhuǎn)化膜(鋼鐵發(fā)蘭、磷化，鋁的陽(yáng)極化)等。
                       
作業(yè)：4，5，6。
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1.3 管道（設(shè)備）腐蝕防護(hù)技術(shù)
（1）防蝕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則：
 ① 構(gòu)件形狀盡量簡(jiǎn)單、合理
       簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)件易于采取防腐措施、排除故障，便于維修、保養(yǎng)和檢查。

1.3 管道（設(shè)備）腐蝕防護(hù)技術(shù)
② 避免殘留液和沉積物造成腐蝕
       應(yīng)力求將容器、管道（設(shè)備）內(nèi)部的液體排凈，避免滯留的液體、沉積物遺留在出口管及底部造成濃差腐蝕或沉積物腐蝕。
1.3 管道（設(shè)備）腐蝕防護(hù)技術(shù)
③ 防止電偶腐蝕
   材料相同；電偶序相近；大陽(yáng)極小陰極的有利結(jié)合，避免大陰極小陽(yáng)極的危險(xiǎn)連接。
1.3 管道（設(shè)備）腐蝕防護(hù)技術(shù)
④ 防止縫隙腐蝕
    連接除焊接外還有鉚接、銷釘連接、螺栓連接、法蘭連接等。
1.3 管道（設(shè)備）腐蝕防護(hù)技術(shù)
為了防止縫隙腐蝕，可采用如下措施：
以焊接代替鉚接。
改善鉚接狀況。在鉚縫中可填入一層不吸潮的墊片。
容器底部的處置。不要直接與多孔基礎(chǔ)（如土壤）接觸，要用支座等與之隔離開(kāi)。
法蘭連接處墊片不宜過(guò)長(zhǎng)，盡量采用不吸濕的材料作墊片。
避免加料時(shí)溶液飛濺到器壁，引起沉積物下的縫隙腐蝕。因此加料口應(yīng)盡量接近容器內(nèi)的液面。
1.3 管道（設(shè)備）腐蝕防護(hù)技術(shù)
⑤ 防止液體的湍流腐蝕 
    設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意避免過(guò)度的湍流、渦流。
避免外形和形狀的突變，會(huì)引起超流速與湍流的發(fā)生。
管線的彎曲半徑應(yīng)盡可能大，避免直角彎曲。
在高流速接頭部位，不要采用T型分叉結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用曲線逐漸過(guò)渡結(jié)構(gòu)。           
1.3 管道（設(shè)備）腐蝕防護(hù)技術(shù)
⑥ 避免應(yīng)力過(guò)分集中
尖角以圓角過(guò)渡；施焊時(shí)把焊口加工成相同的厚度。
減少聚集的、交叉的和閉合的焊縫；施焊時(shí)保證被焊接金屬結(jié)構(gòu)能自由伸縮。
內(nèi)孔焊接法比漲管法好，既減少縫隙，又減小應(yīng)力腐蝕破裂。
1.3 管道（設(shè)備）腐蝕防護(hù)技術(shù)
（2）防蝕強(qiáng)度設(shè)計(jì)
   主要考慮材料的腐蝕裕量、局部腐蝕強(qiáng)度和材料腐蝕強(qiáng)度變化。
① 腐蝕裕量選擇：根據(jù)材料腐蝕速度取恰當(dāng)裕量。
② 局部腐蝕的強(qiáng)度設(shè)計(jì)：對(duì)于晶間腐蝕、孔蝕、縫隙腐蝕等，正確選材或控制環(huán)境介質(zhì)，注意結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。對(duì)于應(yīng)力腐蝕斷裂、腐蝕疲勞，有可能做出合適可靠的設(shè)計(jì)。
1.3 管道（設(shè)備）腐蝕防護(hù)技術(shù)
 ③ 材料耐蝕強(qiáng)度特性的變化 
    在加工及施工處理時(shí)，可能會(huì)引起材料耐蝕強(qiáng)度特性的變化，應(yīng)加以注意。如某些不銹鋼在焊接時(shí)，由于敏化溫度影響而造成晶間腐蝕，使材料強(qiáng)度下降，可能會(huì)在使用中造成斷裂事故。
（3）其它防蝕設(shè)計(jì)
   使用防蝕涂料、電化學(xué)保護(hù)、緩蝕劑或電鍍、化學(xué)鍍、化學(xué)轉(zhuǎn)化膜等其它工藝性防腐蝕措施等。
1.3 管道（設(shè)備）腐蝕防護(hù)技術(shù)
二、管道（設(shè)備）的電化學(xué)保護(hù)
    根據(jù)金屬電化學(xué)腐蝕原理對(duì)金屬管道（設(shè)備）進(jìn)行保護(hù)的一種有效方法。
    按照作用原理不同，分為陰極保護(hù)和陽(yáng)極保護(hù)。
（1）陰極保護(hù)
    使被保護(hù)的金屬管道（設(shè)備）發(fā)生陰極極化以減小或防止陽(yáng)極的溶解速度，。
    陰極保護(hù)通常有兩種：外加電流的陰極保護(hù)和犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)。
1.3 管道（設(shè)備）腐蝕防護(hù)技術(shù)
陰極保護(hù)的原理
    就是向被保護(hù)的金屬通入陰極電流，消除金屬因成分不同造成的電位差，使腐蝕電流降為零，從而保護(hù)金屬免遭電化學(xué)腐蝕 。
1.3 管道（設(shè)備）腐蝕防護(hù)技術(shù)
① 外加電流的陰極保護(hù)
優(yōu)點(diǎn)：可用在要求大保護(hù)電流的條件下，當(dāng)使用不溶性陽(yáng)極時(shí)，其裝置耐用。
缺點(diǎn)：經(jīng)常維護(hù)、檢修，要配備直流電源管道（設(shè)備）；附近有其它金屬管道（設(shè)備）時(shí)可能產(chǎn)生干擾腐蝕，需要經(jīng)常的操作費(fèi)用。
輔助陽(yáng)極
被保護(hù)管道（設(shè)備）
直流電源
腐蝕性介質(zhì)
圖 外加電流陰極保護(hù)示意圖
（箭頭表示電流方向）
1.3 管道（設(shè)備）腐蝕防護(hù)技術(shù)
② 犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)
優(yōu)點(diǎn)：不用外加電流；施工簡(jiǎn)單，管理方便，對(duì)附近管道沒(méi)有干擾，適用于安裝電源困難、需要局部保護(hù)的場(chǎng)合。
缺點(diǎn)：只適于需要小保護(hù)電流的場(chǎng)合。且電流調(diào)節(jié)困難，陽(yáng)極消耗大，需定期更換。
連接螺栓

絕熱層

腐蝕性介質(zhì)

犧牲陽(yáng)極

被保護(hù)管道（設(shè)備）

屏蔽層

圖  犧牲陽(yáng)極保護(hù)示意圖
（箭頭表示電流方向）
1.3 管道（設(shè)備）腐蝕防護(hù)技術(shù)
使用陰極保護(hù)時(shí)應(yīng)考慮以下幾方面的問(wèn)題
腐蝕介質(zhì)必須是電解質(zhì)溶液，能夠離子導(dǎo)電。
被保護(hù)管道在其腐蝕介質(zhì)中要易于陰極極化.
鈍態(tài)金屬管道不宜采用陰極保護(hù)。
結(jié)構(gòu)、形狀復(fù)雜的金屬管道不宜采用陰極保護(hù)。
由氫脆敏感性材料制作的金屬管道不宜采用陰極保護(hù)。
1.3 管道（設(shè)備）腐蝕防護(hù)技術(shù)
（2）陽(yáng)極保護(hù)
將被保護(hù)的金屬管道進(jìn)行陽(yáng)極極化，使其由活化態(tài)轉(zhuǎn)入鈍化態(tài)，從而減輕或防止金屬管道腐蝕。
陽(yáng)極保護(hù)適用于那些電位正移時(shí)，金屬管道在所處的介質(zhì)中有鈍化行為的金屬-介質(zhì)體系。否則陽(yáng)極極化將會(huì)加速腐蝕。
 Fe－H2O體系的電位E－pH簡(jiǎn)圖 
1.3 管道（設(shè)備）腐蝕防護(hù)技術(shù)
陽(yáng)極保護(hù)適用條件與特點(diǎn)
某些活性陰離子含量高的介質(zhì)中不宜采用陽(yáng)極保護(hù)。
與陰極保護(hù)一樣，陽(yáng)極保護(hù)也存在遮蔽效應(yīng)。
與陰極保護(hù)相比，成本高、工藝復(fù)雜。因?yàn)殛?yáng)極保護(hù)需要輔助陰極、直流電源、測(cè)量及控制保護(hù)電位的設(shè)備。
被保護(hù)管道（設(shè)備）
直流電源
輔助陰極
腐蝕性介質(zhì)
圖 陽(yáng)極保護(hù)示意圖
（箭頭表示電流方向）
1.3 管道（設(shè)備）腐蝕防護(hù)技術(shù)
（3）陰極保護(hù)與陽(yáng)極保護(hù)的比較
陰極保護(hù)適用范圍廣；陽(yáng)極保護(hù)則是有條件的。
陰極保護(hù)效果取決于陰極極化的程度，極化電流不代表腐蝕速度的大??；陽(yáng)極保護(hù)通過(guò)陽(yáng)極極化建立鈍態(tài)，極化電流的大小能反映腐蝕速度的快慢。
陰極保護(hù)時(shí)，電位的偏移只會(huì)影響保護(hù)效果，不會(huì)造成腐蝕速度的顯著變化（自鈍化金屬除外）。陽(yáng)極保護(hù)時(shí)，電位的偏離可能造成腐蝕速度加快。
1.3 管道（設(shè)備）腐蝕防護(hù)技術(shù)
當(dāng)介質(zhì)具有強(qiáng)氧化性時(shí)，采用陰極保護(hù)需要大電流陰極極化。采用陽(yáng)極保護(hù)時(shí)，由于鈍化膜建立容易，易于進(jìn)行陽(yáng)極保護(hù)，且效果較好。
陰極保護(hù)時(shí)析氫反應(yīng)對(duì)具有氫脆敏感性的管道有造成氫脆的可能性。陽(yáng)極保護(hù)時(shí)，析氫發(fā)生在輔助陰極上，被保護(hù)管道不會(huì)有產(chǎn)生氫脆的可能性。
陰極保護(hù)時(shí)，輔助電極是陽(yáng)極，在強(qiáng)氧化性介質(zhì)中容易腐蝕，選擇合適的陽(yáng)極材料是一大難事。陽(yáng)極保護(hù)時(shí)，輔助電極是陰極，其本身就處于被保護(hù)狀態(tài)。
1.3 管道（設(shè)備）腐蝕防護(hù)技術(shù)
三、環(huán)境介質(zhì)的控制
兩種途徑：控制環(huán)境介質(zhì)中的有害成分和緩蝕劑
1、控制環(huán)境介質(zhì)中的有害成分
① 除去介質(zhì)中的有害成分
    除氧是改善金屬耐蝕性的有效途徑。
    加熱除氧法
    化學(xué)除氧法：聯(lián)氨、亞硫酸鈉等。
1.3 管道（設(shè)備）腐蝕防護(hù)技術(shù)
② 控制介質(zhì)的pH值
③ 降低氣體介質(zhì)的濕度
用干燥劑吸收水分；
采用冷凝法除去水分或提高溫度降低濕度，使水蒸氣無(wú)法凝結(jié)。
3
2
14
1
0
pH
腐蝕速度
圖  pH值對(duì)金屬腐蝕速度的影響
1—Au、Pt；2—Al、Zn、Pb；3—Fe、Cd、Mg、Ni等
1.3 管道（設(shè)備）腐蝕防護(hù)技術(shù)
2、緩蝕劑
一種在很低的濃度下，能阻止或減緩金屬在腐蝕性介質(zhì)中腐蝕速度的化學(xué)物質(zhì)或復(fù)合物。
必須具備的條件：用量極少、防蝕效果好和不改變介質(zhì)的其他化學(xué)性質(zhì)。
① 分類
按化學(xué)組成：無(wú)機(jī)緩蝕劑（硝酸鹽、鉻酸鹽、碳酸鹽、鉬酸鹽等）和有機(jī)緩蝕劑（醛類、胺類、雜環(huán)化合物等）。
按對(duì)電極過(guò)程的影響：陽(yáng)極緩蝕劑（鉻酸鹽、硅酸鈉、苯甲酸鈉等）、陰極緩蝕劑（SbCl3、AsCl3、鋅鹽、聚磷酸鹽及多數(shù)有機(jī)緩蝕劑）、混合型緩蝕劑（瓊脂、生物堿、亞硝酸二環(huán)己胺等）。
1.3 管道（設(shè)備）腐蝕防護(hù)技術(shù)
② 緩蝕機(jī)理
吸附理論：極性基團(tuán)定向吸附排列在金屬的表面，形成連續(xù)吸附層，使金屬與腐蝕介質(zhì)隔離，起到緩蝕作用。
成膜理論：分子與金屬或腐蝕性介質(zhì)的離子發(fā)生化學(xué)作用，在金屬表面生成具有保護(hù)作用的、不溶或難溶的化合物膜層，起到緩蝕的作用。
電極過(guò)程抑制理論：抑制金屬在介質(zhì)中形成的腐蝕電池的陽(yáng)極過(guò)程、陰極過(guò)程或同時(shí)抑制這兩個(gè)過(guò)程，使腐蝕速度減慢，起到了緩蝕的作用。
1.3 管道（設(shè)備）腐蝕防護(hù)技術(shù)
③ 影響緩蝕作用的因素及緩蝕劑的應(yīng)用
影響因素：緩蝕劑濃度、溫度、介質(zhì)流速、pH值等。
水溶性緩蝕劑：可作為酸、堿、鹽及中性水溶液介質(zhì)的
              緩蝕劑。
油溶性緩蝕劑：溶解在油、脂中制成各種防銹油、
              防銹脂。
氣相緩蝕劑：用作密閉包裝中的緩蝕劑。
1.3 管道（設(shè)備）腐蝕防護(hù)技術(shù)
四、襯里防護(hù)技術(shù)
1、玻璃鋼襯里
玻璃鋼：利用玻璃纖維的增強(qiáng)、粘合樹(shù)脂的耐蝕作用；增加涂層厚度、增加涂層機(jī)械性能。
玻璃鋼襯里：具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和整體性、耐蝕性高。
2、橡膠襯里
橡膠襯里：有良好的物理、機(jī)械、耐蝕和耐磨性能；粘附力強(qiáng)、施工容易、檢修方便、襯后管道增重少等特點(diǎn)。
常用的合成橡膠：丁苯橡膠、氯丁橡膠、丁腈橡膠、丁基橡膠和磺化聚乙烯橡膠等。
1.3 管道（設(shè)備）腐蝕防護(hù)技術(shù)
五、有機(jī)涂料防護(hù)
涂料防護(hù)：通過(guò)手工刷涂或機(jī)械噴涂等方法，在管道的內(nèi)外表面上粘合一層有機(jī)涂料覆蓋層，將腐蝕介質(zhì)與基體表面隔離開(kāi)來(lái)的一種防護(hù)技術(shù)。
常用的耐蝕材料：醇酸樹(shù)脂涂料，酚醛樹(shù)脂防腐涂料，呋喃樹(shù)脂防腐涂料，環(huán)氧樹(shù)脂防腐涂料，瀝青防腐涂料，乙烯樹(shù)脂防腐涂料，橡膠防腐涂料，有機(jī)硅耐熱防腐涂料，富鋅防腐涂料，塑料防腐涂料等。
呋喃樹(shù)脂材料
呋喃砂漿砌花崗巖地面
呋喃膠泥砌磚板池槽
酚醛樹(shù)脂
酚醛樹(shù)脂防腐材料對(duì)濃度小于 70% 的硫酸、任何濃度的鹽酸、氫氟酸、醋酸、大部分有機(jī)酸及大多數(shù)有機(jī)溶劑、二氧化硫、氯化氫及大部分 PH<7 的酸性鹽類等均耐蝕。用于玻璃鋼襯里、磚板襯里。

酚醛膠泥襯砌酚醛浸漬石墨板防腐蝕 
硫化橡膠襯里 
襯膠-鹽酸專用汽車槽罐

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玻璃鋼
聚四氟乙烯簡(jiǎn)稱F4，享有‘塑料王”的美譽(yù)，采用F4襯里，F(xiàn)30噴涂及PO滾塑等新工藝
1.4  材料的選擇
1、材料選取的基本原則
材料的耐蝕性能要滿足要求；
材料的物理、機(jī)械和加工工藝性能要滿足要求；
要力求最好的經(jīng)濟(jì)效益。
1.4  材料的選擇
2、選材時(shí)應(yīng)考慮的因素
管道（設(shè)備）或構(gòu)件的工作環(huán)境；
參考已有的腐蝕數(shù)據(jù)資料；
從事故調(diào)查的分析記錄中吸取教益；
腐蝕試驗(yàn)；
經(jīng)濟(jì)與耐用的綜合考慮；
防護(hù)措施；
加工性能、焊接性能，加工后是否會(huì)降低其耐蝕性能，否則會(huì)前功盡棄；
圖 18.9
P.557
圖18.9
地下油管的陰極保護(hù)。
圖 18.5
P.553
圖18.5
電池（電流電池）的說(shuō)明圖。

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