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1、腐蚀控制方法 国家大剧院 虎门大桥 材料是现代物质文明的基础 材料防腐的意义 锈蚀的大桥 锈蚀的闸门 锈蚀的轮船 锈蚀的楼梯 材料的腐蚀控制 研究材料腐蚀的主要目的是为了防止和控 制材料腐蚀的危害，提高材料的使用寿命 材料的腐蚀几乎不可避免 腐蚀控制是指人们在掌握腐蚀破坏机理的 基础上，使材料的腐蚀破坏控制在一定的 范围内，或降低到最小的腐蚀程度，而使 材料保持正常的使用性能 确定腐蚀控制水平时需要考虑的因素 （1）腐蚀造成的厚壁减薄对设备使用性能的影 响 （2）腐蚀产物给产品质量和生产过程带来的问 题 （3）腐蚀破坏在安全方面造成的后果 （4）腐蚀控制的费用 （5）预期的使用寿命 腐蚀控制的
2、途径 材料 （1）选择恰当的耐蚀材料（预定环境） （2）研制更优良耐蚀性能的新材料（使用环境中 ） 环境 降低环境对金属材料的腐蚀性。 界面 （1）避免设备暴露表面局部区域条件强化 （2）用覆盖层将金属材料与环境隔离开 材料腐蚀是材料与环境发生界面反应而引 起的破坏。因此防止材料腐蚀可以从材料本身 、环境和界面三方面考虑（腐蚀体系构成） 热力学控制： 降低体系腐蚀倾向 阴极控制： 增大阴极反应阻力 阳极控制： 增大阳极反应阻力 欧姆电阻控制： 增大电流回路欧姆电阻 从电化学腐蚀历程分析 热力学 控 制 阴 极 控 制 阳 极 控 制 欧姆电阻 控 制 材料 环 境界 面 1 23 4 56 7
3、89 1011 12 腐蚀控制可能的途径 （金属电化学腐蚀历程） 腐蚀控制的环节 腐蚀控制的要求应贯穿于设备制 作和运行的全过程，存在以下控制环 节： （1）选择恰当的耐蚀材料。 （2）设计合理的设备结构。 （3）使用正确的制造、储运和安装技术。 （4）采取有效的防护方法。 （5）制定合适的工艺操作条件。 （6）实行良好的维护管理。 关于“全面腐蚀控制 ” 全面腐蚀控制的思想： （1）腐蚀控制包括设计、制造、储运安装，操作运 行 维护五个方面。 （2）腐蚀控制应当 ： 普及腐蚀与防护科技知识 以科研为先导，提供先进防腐技术 以科学管理为保证，建立必要组织和规章制 度 做好经济评价，求得最佳经济
4、效益 腐蚀控制的具体方法 正确选材和合理的结构设计 腐蚀环境处理与合理使用缓蚀剂 电化学保护 采用表面覆盖层与表面改性技术 清洗 一、防腐蚀设计 解决腐蚀问题可以从基本防腐机理开始，通过 正确运用已有知识和经验，经过周密的防腐蚀 设计来减少和避免腐蚀 防腐蚀设计包括： (1)选材 (2)防腐蚀措施的选择 (3)防腐蚀结构设计 (4)防腐蚀强度设计 (5)防腐蚀工艺设计 （1）选材 选材基本原则 调查研究、综合分析、比较鉴别使 用环境和过程，关键环节 A 材料的耐蚀性能要满足设备或物件使 用环境的要求 根据环境选择材料，材料要能适应环 境。 “材料一环境”。因地制宜 材 料 铝含 铬 合 金 铜
5、 及 其 合 金 哈 氏 合 金 铅 蒙 乃 尔 合 金 镍 及 镍 台 金 不 锈 钢 钢锡钛钽 环 境 非 污 染 性 大 气 氧 化 性 溶 液 还 原 和 非 氧 化 介 质 热 盐 酸 稀 硫 酸 氢 氟 酸 还 原 和 非 氧 化 介 质 硝 酸 浓 硫 酸 蒸 馏 水 热 强 氧 化 性 溶 液 非 氢 氟 酸 和 烧 碱 液 B 材料的物理、机械和加工性满足设备或 物件的设计与制造要求 结构材料耐蚀性、机械性能(如强度、硬度、 弹性、塑性、冲击韧性、疲劳性能等)、物理 性能(如耐热、导电、导热、光、磁及密度、 比重等)、工艺性能(如机加工、铸造、焊接性 能等)达标。 如：泵材具
6、有良好耐磨性和铸造性；换热器材具 有良好导热性；大型设备材往往要有良好的可 焊性。 C 力求经济效益和社会效益 优选国产、价廉质优、资源丰富的材料 可低勿高、可低勿贵。能用普通结构材 料如钢铁、非金属材料等时，不采用昂 贵的金属。能用资源较丰富的铝、石墨 、玻璃、铸石等时，不用不锈钢、铜、 铅等 其他性能相近情况下，不选引起环境污 染的材料 选材顺序图 选材时应考虑的因素 A 明确产品的工作环境 环境因素包括化学因素和物理因素 以工程结构接触水溶液为例，化学因 素包括溶液的组分、PH值、氧含量、可 能发生的化学反应等；物理因素包括溶液 温度、流速、受热和散热条件、受力种类 及大小等。 B 查阅
7、权威资料手册，借鉴失效经验 查阅公开出版的手册、文献。 可供查阅的材料腐蚀性能手册：左景伊腐蚀 数据手册，朱日彰等金属防腐蚀手册； 美国腐蚀工程师协会(NACE) Corrosion Data survey；中国自然环境条件下的腐蚀数据库 。 腐蚀事故调查报告，如1971年美国Fontana发表 的杜邦公司19681969年两年间金属材料损伤 313例调查；日本发表的19641973年10年间 985例不锈钢失效事故报告；我国也有类似的分 析报告。 这些资料为正确选材提供了宝贵的经验和教训 。 介 质质 浓度% 温 度 c 25 50 80 100 120 150 硝酸 1.5 mm/y C
8、腐蚀试验 进行腐蚀试验。资料中所列的使用条件未 必与实际使用条件完全一致 腐蚀试验应是接近十实际环境 腐蚀实验可分为：实验室试验、现场挂片 试验、实物试验 获得可靠的材料腐蚀性能数据 D 兼顾经济性与耐用性 保证产品使用期内性能可靠的前提下，考虑选材 的经济性，能廉勿昂贵。 采用完全耐蚀材料并非正确，应估计预期使用寿 命的范围内，平衡一次投资与经常性的维修费用 、停产损失、废品损失、安全保护等。 对于停产造成巨大损失的设备，以及制造费用远 远高于材料价值的设备，选择耐蚀材料往往更经 济。 对于易更换的简单零件，可考虑用成本较低、耐 蚀性较差的材料。 就环境而言，在海水环境下，采用相对廉价材料
9、并提供辅助的保护。 在苛刻的腐蚀环境中，采用耐腐蚀材料比选用廉 价材料附加昂贵的保护措施更为可取。 E 考虑防腐措施 在选材的同时，应考虑行之有效的防 护措施。适当的防护如涂层保护、电化 学保护及施加缓蚀剂等，不仅可以降低 选材标准而且有利于延长材料的使用 寿命。 F 考虑材料的加工性能 材料最后的选定还应考虑其加工焊接 性能，加工后是否可进行热处理，是否 会降低耐蚀。 （1）单一材料往往难以同时满足耐蚀性，物理 、机械、加工性能和经济指标的要求，因此 应根据不同设备正确处理技术性和经济性之 间的关系。 （2）将两种材料复合使用是一种有效而经济的 方法。 （3）所选材料应满足整合装置的预定寿命
10、，同 时应使装置中各部分的材料均匀劣化 。 （2）选择最佳的防腐措施 根据具体情况选择方便、有效、可行的防腐蚀措施 ， (1)覆盖层保护。通过在设备发面涂程保护层而使设 备与介质隔开。包括：电镀层、化学镀层、扩散 镀层、热浸镀层、热喷涂层、涂料涂层、朔料和 橡胶徐层、陶瓷涂层、密封、衬里等。 (2)电化学保护。阴极保护和阳极保护两类。 (3)改善环境。去除有害的物质，加入有利的物质。 干燥脱水，控制相对湿度在60以下；防止水及 水溶液进入设备。必须与水或水溶液接触时，脱 气和脱盐。脱气就是去除腐蚀性大气、烟气等； 脱盐就是去除盐的沉积物，还要去尘，即防止灰 尘积聚。加入有利物质就是添加各种类型
11、的缓蚀 剂。 （3）防腐蚀结构设计 合理的结构形式和表面状态，主要是防 止局部腐蚀 结构件力求简单，便于防腐，便于检查 、排除故障，利于维修。 复杂构件的死角、缝隙、接头，易积液 或积尘，引起腐蚀。 在无法简化结构的情况下，分体结构， 使腐蚀部位易于拆卸、更换。 构件的表面状态，致密、光滑。光亮表面比 粗糙更耐腐蚀。 防止积水或积尘。有积水或积尘处，腐蚀危 险性大。结构设计时，避免积水或积尘部位 。 防止缝隙腐蚀 缝隙中的介质可引起金属的缝隙腐蚀 ，可通过拓宽缝隙、填塞缝隙、改变缝 隙位置或防止介质进入等措施加以避免 。例如板材搭接尽可能以焊接代替铆接 ，双面对焊和连续焊外用绝缘材料封闭 ，不
12、宜采用搭接焊和点焊。 改善铆接状况。在铆缝中可填入一层不 吸潮的垫片。 容器底部的处置。不要直接与多孔基础 （如土壤）接触，要用支座等与之隔离开 。 法兰连接处垫片不宜过长，尽量采用不 吸湿的材料作垫片。 避免加料时溶液飞溅到器壁，引起沉积 物下的缝隙腐蚀。因此加料口应尽量接近 容器内的液面。 防止电偶腐蚀 防止电偶腐蚀的常用办法是避免腐 蚀电传不同的金属连接。电偶腐蚀仅在 有电解质环境下局部接触地方才可能发 生，若在干燥的环境就没有这种腐蚀危 险。 防止或减少电偶腐蚀的措施加下： (1)不把电位序相差过大的金属连接在一起 。在海洋大气及金属表面可能长期接触 潮气的场合，此要求务必满足。 (2
13、)将异种金属相互隔开，防止金属接触。 例如采用抗老化塑料或橡胶。 (3)在两种异类金属之间插人第三种金属材 料，减少电位差。 (4)若不能避免异类金属接触时，一定要尽量降低阴 极面积与阳极面积比，避免大阴极/小阳极的组合 。当阳极面积比阴极面积大且溶液有良好导电性 时，腐蚀呈大面积分布，因而在大多数情况下不 严重。但若溶液导电性不好时，则在靠近阴极附 近的阳极区域会发生严重腐蚀。当阳极面积比阴 极面积小时，严重腐蚀的危险性很大。 (5)结构的合理设计使水分不会在接触点集聚或存留 。 (6)用防腐蚀漆或沥青涂覆接触区及其周围。涂覆后 由于电流路径加长，电阻增大，导致电偶腐蚀速 率显著降低。不能只
14、涂贱金属，因为在涂层的气 孔处会发生局部腐蚀。只涂贵金属，在许多场合 是可行的。 防止磨损腐蚀 当金属表面处于流速很高的腐蚀性液体中时，会 发生磨损腐蚀。磨损腐蚀在具有局部高流速和湍 流显著的地方特别大。因此在设计时，应避免构 件出现可造成湍流的凸台、沟槽、直角等突变结 构。 为使流速不超过一定的限度，管子的曲率半径一 般应为管径的3倍以上，不同金属这个数值也不 同，如软钢和钢管为3倍，高强钢取5倍。流速 越高，管子曲率半径则越大。在高流速的接头部 位，也应采用流线型结构，而不采用T型结构。 为避免高流速液体直接冲击容器壁，可在适当位 置安装易于拆卸的缓冲板或折流板，还可以采取 加固该处容器壁
15、措施。 防止环境诱发破裂（应力作用下的 腐蚀） 环境诱发破裂是由机械应力和腐蚀 联合作用产生，包括应力腐蚀破裂和腐 蚀疲劳。防止这类破坏的措施旨在消除 拉应力、交变应力的腐蚀环境，如尖角 以圆角过渡，如果可能时使两者一并除 去 设备和构筑物的位置要合理 设备装置的布置应尽量避免相互之间可能 产生的不利或有害影响，如贮液设备、液体 输送设备或排泄设备应与电控设备留有一定 的安全距离。 电气控制等设备应尽可能避开具有腐蚀性 的环境，如在含有或可能泄漏Cl2、HCl、H2S 等腐蚀性和有毒性气体的局部环境中，要尽 量避免布置电气设备或未做防腐处理的其他 设备。 （4）防腐蚀强度设计 A 均匀腐蚀 均
16、匀腐蚀的强度设计留取腐蚀余量 。根据腐蚀数据手册，查出结构材料在一 定腐蚀介质条件下的年腐蚀率，按使用年 限计算腐蚀尺寸。此外，重要性和其他 安全系数，实际留出的腐蚀余量比计算的 要大些。 B 局部腐蚀 局部腐蚀类型较多破坏形式相差较大 。 很难根据局部腐蚀的强度降低，对腐蚀 余量进行估算。在设计中常将腐蚀与机 械强度综合起来考虑，通过正确选材、 合理的结构设计，根据经验定。 C 加工中的强度设计 加工、装配过程中，可能引起材料腐蚀强 度特性发生变化，应引起注意。 如，喷丸强化可将压应力引入材料表面； 热处理、表面处理、超声波振荡等措施可 解除材料的残余应力。有些加工会使材料 的强度降低，如酸洗或电镀可使材料渗氢 ，而引起氢脆。某些不锈钢在焊接时，由 于敏化温度影响而造成晶间腐蚀，使材料 强度下降，在使用中造成断裂
