材料防腐蚀技术与工程-作业答案讲解

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1、牺牲阳极保护方法特点 1)不需外加电源，用于无电源和小规模、分散的保护对象。 2)驱动电压低，输出功率低，保护电流小且不可调节。阳极 有效保护距离小，使用范围受介质电阻率的限制。 3)阳极数量较多，电流分布比较均匀。但阳极重量大，会增 加结构重量，且保护时间受牺牲阳极寿命的限制。 4) 施工简单，单次投资费用低，不需专人管理。 外加电流阴极保护方法特点 1)需要外部直流电源。 2)驱动电压高，输出功率和保护电流大，能人为调节、控制 阴极保护电流，阳极有效保护半径大。因此在恶劣的腐蚀 条件或高电阻率的环境中也适用。但有可能造成过保护， 也可能对附近金属设施造成干扰。 3)阳极数量少，系统重量轻，

2、结构重量增加不多。难溶和不 溶性辅助阳极消耗低、寿命长，可作长期的阴极保护。 4)在恶劣环境中，系统易受损伤。设备安装、施工、维护较 复杂，一次投资费用高。 2.4.2 常用牺牲阳极材料 牺牲阳极的性能主要由材料的化学成分和组织结构决 定。对钢铁结构，能满足以上要求的牺牲阳极材料主要是 纯镁及镁合金、纯锌及锌合金和铝合金。 镁阳极：纯镁、Mg-Mn、Mg-Al-Zn-Mn三类。 镁阳极化学成分() 种类AlZnMnFeNiCuSiMg 纯 镁 Mg-Mn Mg-Al-Zn-Mn 0.01 0.01 5.3 6.5 0.03 0.03 2.5 3.5 0.01 0.05 1.30 0.15 0.

3、60 0.003 0.003 0.005 0.001 0.001 0.003 0.001 0.02 0.02 0.01 0.05 99.95 余量 余量 镁阳极的优点和缺点 优点：a. 工作电位很负，可保护钢铁，也可保护铝合金等。 b. 密度小，单位质量发生电量较锌阳极大。 c. 工作电流密度大，可达1 4mAcm-2。 d.阳极极化率小，溶解比较均匀。 e. 可用于电阻率较高介质(如土壤和淡水)中金属设施 的保护。 缺点：a. 镁阳极自腐蚀强，电流效率只有50左右，消耗快 。 b. 与钢铁有效电位差大，容易造成过保护。 c. 与钢结构撞击时容易诱发火花。 d. 使用过程中析出氢气。 因此在油

4、轮等有爆炸危险的场合是严禁使用的。 锌合金阳极的优点和缺点 锌及锌合金阳极开路电位较正，不会造成过保护。锌阳 极自腐蚀轻、电流效率高。 该类阳极与钢铁构件撞击时，没有诱发火花的危险。但 由于锌及锌合金阳极的有效电位差小，密度大，发生电流量 小，故实际应用时个数多、分布密、重量大，且不适合于电 阻较高的土壤和淡水中。 铝合金阳极的优点和缺点铝合金阳极的优点和缺点 优点：1)理论发生电量大。可以制造长寿命的阳极。 2)在海水及其他含氯离子环境中，铝合金阳极性能良 好（溶解均匀）。 3)铝的资源丰富，铝合金阳极对铝纯度要求不很高。 4)密度小，安装方便。 缺点： 1)电流效率比锌阳极低，在污染海水中

5、性能下降。在 高阻介质(如土壤)中阳极效率很低，性能不稳定。 2)溶解性能差。 3)与钢结构撞击有诱发火花的可能。 铝合金阳极广泛用于海洋环境和含氯离子的介质中，用 于保护海上钢铁构筑物及海湾、河口的钢结构。 3.4 3.4 阳极保护系统：阳极保护系统：阳极阳极- -被保护设备；辅助阴极；直流电源；被保护设备；辅助阴极；直流电源； 馈电导线；参比电极馈电导线；参比电极。 3.4.1 3.4.1 辅助阴极：辅助阴极：构成一个闭合回路构成一个闭合回路。 3.4.2 3.4.2 参比电极：参比电极：获得被保护设备的电位值获得被保护设备的电位值。根据介质的性质根据介质的性质 和电位控制的精度要求选用合

6、适的参比电极。和电位控制的精度要求选用合适的参比电极。 3.4.3 3.4.3 电源：电源：为设备提供阳极保护电流，用于致钝或维钝为设备提供阳极保护电流，用于致钝或维钝。采用。采用 较多的是可调式的整流器或恒电位仪。较多的是可调式的整流器或恒电位仪。必须注意致钝电流比维钝必须注意致钝电流比维钝 电流大很多，电流大很多，电源的协调很重要，既能满足需要又不致浪费。电源的协调很重要，既能满足需要又不致浪费。 3.4.4 3.4.4 馈电母线：从馈电母线：从直流电源的正、负极分别接至阳极和阴极直流电源的正、负极分别接至阳极和阴极， 并应安设闸刀开关。并应安设闸刀开关。 4.1.4 4.1.4 缓蚀剂特

7、性缓蚀剂特性 (1) 选择性： (2) 指某种缓蚀剂只在特定的材料-介质体系才具备一 定的缓蚀能力。 (2) 配伍性： 当缓蚀剂和其它药剂共同存在于介质中时，不会产生 沉淀、分层、交联等不利现象，也不降低缓蚀剂和其 它药剂的效率。 4.1.4 4.1.4 缓蚀剂特性缓蚀剂特性 (3) 协同效应： 在腐蚀介质中添加两种或两种以上的缓蚀剂，其缓蚀 效果比单独使用时，不仅用量少，而且缓蚀效果更好。 (4) 有效性： 由于缓蚀剂与金属表面作用需要有一定的作用时间，因 此，对于缓蚀剂来说存在一个有效作用时间；缓蚀剂浓度不 同，缓蚀剂缓蚀率也不同，要达到一定的缓蚀率，必定存在 一个有效作用浓度，低于这一浓

8、度，缓蚀率太低，或有可能 加速腐蚀；对于一定量或一定浓度的缓蚀剂来说，它所保护 的面积是一定的。面积值过大，缓蚀率降低或达不到应有的 保护。 (4) 有效性： 由于缓蚀剂与金属表面作用需要有一定的作用时间，因 此，对于缓蚀剂来说存在一个有效作用时间；缓蚀剂浓度不 同，缓蚀剂缓蚀率也不同，要达到一定的缓蚀率，必定存在 一个有效作用浓度，低于这一浓度，缓蚀率太低，或有可能 加速腐蚀；对于一定量或一定浓度的缓蚀剂来说，它所保护 的面积是一定的。面积值过大，缓蚀率降低或达不到应有的 保护。 4.1.4 4.1.4 缓蚀剂特性缓蚀剂特性 A 阳极型缓蚀剂 能增加阳极极化，使自腐蚀电位正移 通常是缓蚀剂在

9、阳极与金属离子作用，生成氧化物 或氢氧化物沉积覆盖在阳极上形成保护膜，使金属 钝化，是“危险性缓蚀剂”： 使用时用量必须充足，否则不能充分覆盖阳极表面 ，由于暴露在介质中的阳极面积远小于阴极面积， 构成大阴极小阳极的腐蚀电池-加剧点蚀 举例：铬酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐、正磷酸盐、硅 酸盐、苯甲酸盐 5.1 5.1 电镀镀层电镀镀层 电镀：将材料或部件浸入要镀金属离子的溶液中，以被镀电镀：将材料或部件浸入要镀金属离子的溶液中，以被镀 件为阴极、通过电流，金属离子在阴极表面放电还原、结晶、件为阴极、通过电流，金属离子在阴极表面放电还原、结晶、 并沉积在材料表面形成薄的金属镀层。并沉积在材料表面形成薄

10、的金属镀层。 金属离子还原的可能性 金属不能在水溶液中沉积。如Na，K，Mg，Ca等标准电极电位比氢负得多 ，很难沉积；即使在阴极上还原，也会立即与水反应而氧化。 Mo，W类金属也难从水溶液中单独沉积出来，只能与其它元素形成合金实 现共沉积。 金属能从水溶液中沉积出来。愈靠右边的金属，越易还原，而且交换电流 密度较小。 要获得质量优良的镀层，还要有合理的镀液组成和合理的工艺控制。 C C. .镍封微孔铬体系：镍封微孔铬体系：半光亮镍半光亮镍- -光亮镍光亮镍- -镍封镍封- -微孔铬微孔铬 或：暗镍或：暗镍- -半光亮镍半光亮镍- -光亮镍光亮镍- -镍封镍封- -微孔铬微孔铬 。 镍封闭：镍

11、镍封闭：镍- -二氧化硅复合镀层，在瓦特镍镀液中加入粒二氧化硅复合镀层，在瓦特镍镀液中加入粒 径为径为0.0010.0010.50.5 mm固体微粒固体微粒SiOSiO 2 2 ，使微粒与镍共沉积，形成镍使微粒与镍共沉积，形成镍 - -二氧化硅复合镀层，二氧化硅在镀层内均匀分布。在复合镀二氧化硅复合镀层，二氧化硅在镀层内均匀分布。在复合镀 层上镀铬时，层上镀铬时， SiOSiO 2 2 上无铬沉积，铬镀层为微孔结构。形成腐蚀上无铬沉积，铬镀层为微孔结构。形成腐蚀 微电池时，腐蚀电流均匀分布在大量微孔上，从而减缓了穿透微电池时，腐蚀电流均匀分布在大量微孔上，从而减缓了穿透 到基体的腐蚀，达到保护

12、目的。到基体的腐蚀，达到保护目的。 目前，国际上广泛使用镍封目前，国际上广泛使用镍封- -微孔铬技术应用在自行车钢圈微孔铬技术应用在自行车钢圈 的镀层及卫生间用金属镀层。实现了生产过程的自动化。的镀层及卫生间用金属镀层。实现了生产过程的自动化。 v森吉米尔法：本法不采用化学清洗液，带钢在氧化炉中 用煤气火焰直接加热除油，带钢表面生成一层薄的氧化 层，还原气氛下退火，把带钢表面的氧化铁还原为海绵 状纯铁，镀锌层的附着性下降。 v带钢通过还原段时，同时进行700-800再结晶退火。退火 后，在同样的还原气氛中冷却至约480，再导入锌锅镀 锌，锌液温度控制在450-460。为了抑制锌铁合金层的增 长

13、，锌液中应含有0.10-0.15%的铝。镀锌带钢经自然冷却 后，再在冷却装置内强制冷却到40以下。为了防止冷却 后的带钢变形和翘曲，需要进行矫直。 v森吉米尔法产量高、镀锌质量较好，此法曾得到广泛应用 。但也有不足之处。 例如：带钢在氧化除油过程中产生较厚氧化层，很不易在还 原炉中还原，影响了锌层的附着性。 如果要使氧化层充分还原，就得减慢带钢运行速度或增加保护气体 中氢含量，生产效率下降，操作的危险性增加。 为了减少氧化层厚度，就要限制带钢在氧化炉中的停留时间和氧化 温度（300-450）；为了达到钢板的再结晶温度，还要在还原炉中使 带钢温度继续升高到700-800，为此就需要增加还原炉长度

14、。 v改进的森吉米尔法是把氧化炉（预热炉）、还原炉和冷却段 连接起来，构成一个整体。为了减少带钢在预热炉内的氧化 ，采用不完全燃烧法。将还原炉内保护气氛引入预热炉，采 用高温快速加热，其可燃成分在炉内部分燃烧，净化带钢表 面（除油污、乳化液），减少带钢的氧化层厚度，把带钢预 热到550-650。由于采用微氧化加热法，带钢表面氧化物 很少，因此还原时间和还原炉长度均可缩短，保护气体中的 含氢量也可大大降低。 (4) (4)玻璃鳞片重玻璃鳞片重防腐蚀涂料防腐蚀涂料：以：以鳞片状微细玻璃粉鳞片状微细玻璃粉为增强、为增强、 抗渗涂料，它在抗渗涂料，它在涂膜中以与底材表面平行的方向排列涂膜中以与底材表面

15、平行的方向排列，使介质，使介质 的渗透路径曲折而延长、从而提高了涂层的的渗透路径曲折而延长、从而提高了涂层的抗渗抗渗能力，同时也能力，同时也 缩小了涂膜和金属基体之间的热膨胀系数的差值，可避免因反缩小了涂膜和金属基体之间的热膨胀系数的差值，可避免因反 复急剧的温差变化引起的龟裂和剥落，增强了涂膜的附着力。复急剧的温差变化引起的龟裂和剥落，增强了涂膜的附着力。 玻璃鳞片的加入还提高了涂膜的强度、硬度及耐磨性，并使涂玻璃鳞片的加入还提高了涂膜的强度、硬度及耐磨性，并使涂 膜表面光洁、易清洗。膜表面光洁、易清洗。 E E. .硫化过程：硫化过程： 发生交联反应，橡胶从可塑状态变成不可塑状态，从而具有

16、良好发生交联反应，橡胶从可塑状态变成不可塑状态，从而具有良好 的弹性、耐磨、耐蚀性和与金属的粘结强度。的弹性、耐磨、耐蚀性和与金属的粘结强度。 F.F.硫化方式：硫化方式： 较小设备在硫化罐中进行直接蒸气硫化（间接硫化法）；外形尺较小设备在硫化罐中进行直接蒸气硫化（间接硫化法）；外形尺 寸较大，在封闭车间内通入加压蒸气进行硫化（直接硫化法或本体寸较大，在封闭车间内通入加压蒸气进行硫化（直接硫化法或本体 硫化法）；对无盖的设备，可选用热水硫化法（加硫化助剂）。硫化法）；对无盖的设备，可选用热水硫化法（加硫化助剂）。 (4)(4)橡胶衬里的施工技术要点橡胶衬里的施工技术要点 7.1.3 7.1.3 铬酸盐膜的防护性能铬酸盐膜的防护性能 经过铬酸盐处理的金属，耐蚀性有所提高。经过铬酸盐处理的金属，耐蚀性有所提高。铬酸盐膜的防铬酸盐膜的防 护作用基于两种原因：护作用基于两种原因： 膜的致密性，保证金属表面同腐蚀介质可靠的