金属第七章其它防护方法综述

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1、第七章第七章 其他防腐方法其他防腐方法 一、电化学保护 二、介质处理 三、缓蚀剂 一、电化学保护 电化学腐蚀的必要条件是：阳极、阴极 、电介质、电流回路。除去或改变其中任 何一个条件即可阻止或减缓腐蚀的进行。 涂层能将金属周围的电介质隔离开，实际 上也有电化学防腐的作用。 （目前常用的海水腐蚀防护措施主要分 为以下三种：选用耐蚀材料，施加保护性 涂层和电化学保护。） 电化学防腐主要通过阴极保护和 阳极保护来实现。 1、阴极保护 2、阳极保护 1、阴极保护 将金属连接到直流电源的负极，通以 电流，它就进行阴极极化，这种方法 应用广泛。1824年Davy提出，20世纪30 年代应用到工业上。 1)

2、外加电流法 2)牺牲阳极法 1)外加电流法 将被保护金属与另一附加电极作为电 解池的两个极，使被保护的金属作为阴 极，在外加直流电的作用下使阴极得到 保护。 此法主要用于防止土壤、海水及河水 中金属设备的腐蚀。 保护系统：电源、辅助阳极、参比电极 、 阳极屏 2)牺牲阳极法 牺牲阳极保护法是用电极电势比被保 护金属更低的金属或合金做阳极，固定在 被保护金属上，形成腐蚀电池，被保护金 属作为阴极而得到保护。 牺牲阳极一般常用的材料有铝、锌、 镁及其合金。此法常用于保护海轮外壳， 海水中的各种金属设备、构件和防止巨型 设备(如贮油罐)以及石油管路的腐蚀。 1)外加电流法 优点：可调节电流和电压，适

3、用范围广，可 用于要求大电流的情况，使用不溶性阳 极时装置耐久。 缺点：必须经常维修和经常的操作费用。 2)牺牲阳极法 优点：不用外加电流，适用于电源困难的场 合和需要局部保护的场合，施工简单管 理方便。 缺点：只适用于要求小电流的情况，调节电 流困难，阳极消耗大需定期更换。 阴极保护的应用范围： 水或土壤中； 碳钢、合金钢、Al/Cu及合金、Sn、 Zn、Pb等。 防止全面腐蚀，孔蚀、缝隙腐蚀、应 力腐蚀裂开、疲劳腐蚀等。 进行阴极保护时要考虑的因素： 1)腐蚀介质必须是能导电的； 2)金属在所处的介质中易阴极极化(耗电)； 碳钢、不锈钢、Cu/Al及其合金、Pb 此时易于钝化的金属不宜 3

4、)被保护设备的形状、结构不能太复杂，金 属表面电流分布不均匀。 2、阳极保护1958年首次在工业上应用 基本原理： 保护参数： 致钝电流密度 维钝电流密度 钝化区电位范围 保护系统：阳极、辅助阴极、参比电极、直 流电源 应用于碳钢、不锈钢硫酸系统 二、介质处理 处理介质的目的是改变介质的腐蚀性 ，以降低介质对金属的腐蚀作用。 常用的方法： 除去介质中的有害成分； 调节介质的pH值； 降低气体介质中的水气。 除去介质中的有害成分 三、缓蚀剂 在腐蚀介质中只要加入少量的就能有效地 阻止或减缓金属腐蚀(材料腐蚀)的化学物质或 复合物，因此缓蚀剂也可以称为腐蚀抑制剂 。它的用量很小(0.1%1%)，但

5、效果显著。 这种保护金属的方法称缓蚀剂保护。缓蚀剂 用于中性介质（锅炉用水、循环冷却水）、 酸性介质（除锅垢的盐酸，电镀前镀件除锈 用的酸浸溶液）和气体介质（气相缓蚀剂） 。 具有使用方便、投资少、收效快、用途广 泛的优点。 缓蚀作用 1)铁片浸入稀盐酸中大量H2气泡，铁 溶解加少量苯胺H2析出量大大减少 。 2)碳钢制水槽因水线腐蚀而在水气接 触面上产生红锈加少量聚磷酸钠。 3)钢材轧制中需酸浸去除表面的氧化铁 ，此时酸中必须加缓蚀剂(0.4%若丁)来 抑制酸液的腐蚀。 国外常用的缓蚀剂 酸性气体缓蚀剂石油工业 酸洗缓蚀剂 挥发性缓蚀剂 化工生产用缓蚀剂 一)、缓蚀剂的性能指标 缓蚀效率：

6、缓蚀剂后效性能： 当缓蚀剂的浓度由正常使用浓度 大幅降低时，缓蚀作用所能维持的 时间。维持的时间越长，缓蚀剂的 后效性能越好。 二)、缓蚀剂的缓蚀作用机理 1、对腐蚀介质的作用能在腐蚀介质 中产生化学反应，使腐蚀性介质转变为 不活性物质。如：工业锅炉用水中溶解 氧的存在，高温时剧烈腐蚀金属。可加 入少量强还原剂抑制金属腐蚀. 2、对金属本身的作用使金属表面 形成某种保护膜 A、氧化膜型缓蚀作用 B、沉淀膜型缓蚀作用 C、吸附膜型缓蚀作用 A、氧化膜型 / 钝化膜型(50100A) 在金属表面形成致密的、附着性好的氧 化膜而阻滞金属腐蚀。 钢铁在中性介质中常用铬酸盐(CrO4-)、 重铬酸盐(C

7、r2O7-)、亚硝酸盐(NO2-)等。不 需要溶解氧可使钢铁钝化为Fe2O3。 B、沉淀膜型(几百一千A) 能同介质中有关离子反应并在金属表 面生产具有一定保护作用的沉淀膜而阻 滞金属腐蚀。 C、吸附膜型大多为有机缓蚀剂 能强烈吸附在金属表面形成吸附膜而阻滞 金属腐蚀单分子层物理或化学吸附。 物理吸附静电引力和范德华引力。钢铁 在酸中常用的缓蚀剂：胺类、硫脲等。 化学吸附 缓蚀剂分子中的极性基团 提供未成对电子和金属形成配位键而引起 的吸附。含N、S、O的极性基团或含不饱 和键的有机化合物(吡啶衍生物、苯胺衍 生物、环状亚胺)。 如Fe烷基胺：Fe-N 化学吸附类似化学反应，有显著的选 择性，

8、且不可逆。速度比物理吸附慢(吸附 热大)，缓蚀剂的后效性好。是中性分子在 金属表面吸附，与金属表面的电荷状态无 关。 含N的有机物对Fe的吸附效果好 含S的有机物对Cu的吸附效果好 新看法：物理吸附是化学吸附的初始阶段 ，对完成化学吸附起重要作用。 三)、缓蚀剂的分类 1、按作用机理划分 阳极型缓蚀剂：中性介质中铬酸盐及亚硝酸盐 （危险性缓蚀剂）、苯甲酸盐(O2)等能增 加阳极极化，从而使腐蚀电位向正移。应 用广泛，但如果用量不足会加剧腐蚀。 阴极型缓蚀剂： 酸式碳酸钙、聚磷酸盐安全缓蚀剂。能 使阴极过程减慢、增大酸性溶液中氢过电 位，使腐蚀电位向负移。 混合型缓蚀剂：对阴极阳极过程同时起 抑

9、制作用。 含氮有机物胺类、有机胺的亚硝酸盐 含硫有机物硫醇、硫醚 含硫、氮有机物硫脲及其衍生物 2、按形成保护膜性质划分 氧化膜型缓蚀剂：防腐效果好 沉淀膜型缓蚀剂：缓蚀效果较差。 吸附膜型缓蚀剂：对酸性介质较有效。 3、其它分类方法 用途 化学组成 使用时的相态 被保护金属的种类 缓蚀剂的溶解性能 使用介质的pH值 四)、缓蚀剂的应用 保护对象：Fe/Cu/Al/Zn/Mg/Ti/Sn/铸铁 、黄铜、不锈钢等。 腐蚀环境：中性、酸性、碱性水溶液； 含石油介质；大气；有机介质 。 缓蚀剂的应用实例 1、采油采气工业 2、炼油工业 3、酸洗过程 4、化学工业 5、循环冷却水中 6、大气腐蚀 6、

10、大气腐蚀气相缓蚀剂 硝酸盐或亚硝酸盐的有机化合物 缓蚀剂汽化到密封空间和潮湿空气中 的湿气一起凝附在金属表面，水解成相 应的缓蚀性物质抑制金属腐蚀。 Fe/Cr/Sn亚硝酸二异丙基 Fe/Zn/Cr碳酸环己胺 黑色金属亚硝酸二环己胺 气相缓蚀剂作用机理 腐蚀给我国国民经济造成的损失已占 GDP的5%，人民币约5000亿元/年； 在学科上腐蚀与防护专业起码是跨接 和交融在材料学、电化学和弱电子学三 大学科中； 涉及到国防和民用各个行业所有的装 备产品服役中的安危和要应对日新月异 变幻的新环境适应性的要求。 如石油开采中如何应对高浓度CO2和 H2S对管系的严重腐蚀问题；1 000 m以 下深海中

11、可燃冰的开采、大潜深潜艇的 腐蚀与防护技术研究；材料表面的纳米 化处理和纳米涂层技术；海湾大桥、大 型水坝的百年安全防护技术；南水北调 、海水淡化的防蚀新技术；核电、石化 行业的环保减排中某些防护新技术都是 崭新的、急需攻克的技术难题，即包含 着大量的高科技、创新内容。 我国已有两个国家级的腐蚀与防护重点试验 室和许多省部级的腐蚀防护重点试验室，在这 些试验室中，现有的研究设备并不比国际研究 机构（如英国曼彻斯特腐蚀研究中心等）差多 少，高校和研究机构中的专业研究人员人才济 济；在材料应力腐蚀研究、高温腐蚀研究、纳 米涂料研究、电化学测试技术、军用产品防护 研究中均在世界学术领域占有一席之地，

12、在16 届ICC国际会议中得到了世界同行专家们的认 可。 世界腐蚀大会(ICC,International Corrosion Congress)是国际腐蚀理事会(ICC, International Corrosion Council)的重要系列会议，每三年举 办一次，是国际腐蚀界学术水平最高、范围最 广、影响最大的国际性腐蚀科学领域的系列会 议，受到各国政府的有关部门和学术界的重视 。16届世界腐蚀大会于2005年9月在中国北京举 办，这次大会大大推动中国腐蚀与防护科技的 发展，引进新的先进的防腐蚀技术和产品，同 时也展示我国改革开放以来在腐蚀科技研究方 面已取得的长足进展和突出成果。 有

13、许多防护产品和技术已达到世界先进水平。 如我国的阴极保护技术和产品，尤其是牺牲 阳极产品，每年已有数万吨的产品出口，其中 镁牺牲阳极已取代了美国DOW公司原产品，国 产铝基牺牲阳极的电化学性能可以与世界上任 何一个产品相媲美。电解防污防海生物的整套 装置多次在国际性公开竞标中获胜，已走出了 国门，每年都承揽了不少跨国的保护项目。我 国大型的跨海大桥、核电站、海上采油设施、 大型石化厂、埋地管线等重大工程的腐蚀防护 技术均可自行解决。 目前，我们与国际上差距较大的有： 1、科研经费的投入和腐蚀工程的投入均存 在较大的差距，国外每保护1 m2的钢结构其费 用高达千元以上人民币，而中国则往往只有 1

14、00多元的预算。 2、施工队伍、防护企业规模不大，缺乏规 范、专业管理。如我国船舶油漆每年约13万t 的需求量，90%以上被大型外资企业所占有， 而我国虽有千家涂料厂，但大多都是小型、个 体经营性质，无法参与国际竞争。 国家大型工程中的腐蚀防护 1、“鸟巢”的防腐外衣要求25年以上 6个品种1000多吨的涂料-三层防护漆、 两层装饰漆、一层保护膜，共23道工序。 2、“西气东输”管道 直径超过1米，总长约4000公里，经过了不 同的腐蚀性土壤-“阴极保护+涂层”全线设置 19个阴极保护电源和监测站；同时外表面采用 三层PE防护：环氧粉末喷涂层、聚烯烃表面 保护层、聚乙烯表面防护层。万无一失到输

15、完 气。 3、“三峡工程” 三峡工程使用了大量的钢铁构件，处于不 同的环境，需要不同的防腐蚀技术加以保护。 如：26台发电机组压力钢管-左岸的采用厚 浆型环氧沥青漆，右岸采用无溶剂超强厚浆型 环氧耐磨漆。永久船闸采用热喷稀土铝+涂料 防腐蚀。 腐蚀现象和机理比较复杂，影响因素诸多，腐 蚀的控制途径是多方面的。 1、正确选材； 2、介质处理； 3、电化学保护； 4、表面覆盖层； 5、合理的防腐设计：设备结构和工艺流程； 6、科学的防腐管理。 工程上：“科学、合理、经济、可行”的原则 一种防腐方法并不是万能的，它不能解决 所有的腐蚀问题。 一个腐蚀问题也不限于只用一种方法来解 决，用两种或两种以上的措施联合防腐往往能 获得极佳的效果。 做好腐蚀控制一定要： “正确选材、合理设计、精心施工、科学管理” 国家大型工程中的腐蚀防护 1、“鸟巢”的防腐外衣要求25年以上 6个品种1000多吨的涂料-三层防护漆、 两层装饰漆、一层保护膜，共23道工序。 2、“西气东输”管道 直径超过1米，总长约4000公里，经