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1、埋地钢质管道 腐蚀与防护1.金属材料的腐蚀与防护1、腐蚀概念腐蚀是材料与它所处环境介质之间发生 作用而引起材料的变质和破坏。材料环境介质发生作用所以说： 腐蚀问题无处不在。1.1 概述材料腐蚀分类金属材料腐蚀非金属材料腐蚀化学腐蚀电化学腐蚀高温腐蚀常温腐蚀材料类型腐蚀机理腐蚀环境分类依据大气腐蚀土壤腐蚀自然环境依据腐蚀的环境状态（自然环境和工业环境）淡水腐蚀海水腐蚀微生物腐蚀酸性溶液碱性溶液工业环境盐类溶液工业水中液态金属材料腐蚀分类电偶腐蚀点蚀局部腐蚀依据腐蚀形态缝隙腐蚀晶间腐蚀选择性腐蚀氢致开裂应力腐蚀共同作用 腐蚀疲劳腐蚀磨损均匀腐蚀不均匀腐蚀全面腐蚀材料腐蚀分类管道（设备）材料腐蚀图片
2、管道（设备）材料腐蚀图片金属的电化学腐蚀（一）金属腐蚀1.概念：金属或合金与周围接触到的气体或液体进 行化学反应而腐蚀损耗的过程。 2.金属腐蚀的本质 金属原子失去电子变成阳离子而损耗3.金属腐蚀的分类：化学腐蚀和电化学腐蚀绝大多数金属的腐蚀属于电化学腐蚀电化学腐蚀通常有析氢腐蚀和吸氧腐蚀一、原电池构成原电池的基本条件是什么 ？（1）必须自发进行氧化还原反应（3）两个电极必须插入电解质溶液中或熔融 的电解质中； （4）两个电极必须相连并形成闭合回路。（2）必须有两种活泼性不同的导电材料作电极 ；把化学能转化为电能的装置 。原电池正负极的比较原电池正负极的比较比较项较项 目正极负负极电电子流动动
3、方向电电子流入电电子流出金属活泼泼性相对对不活泼泼相对对活泼泼电电极反应应 Nm+ + me- = N (还还原反应应)M - ne- = Mn+ (氧化反应应)电电极质质量变变化增大或不变变减小或不变变离子移动动方向 阳离子移向该该极阴离子移向该该极比较项较项 目化学腐蚀蚀电电化学腐蚀蚀发发生条件共同点是否构成 原电电池有无电电流实实 质质化学腐蚀与电化学腐蚀的比较电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多金属跟接触到的物质直 接发生化学反应不纯金属跟接触的电解 质溶液发生原电池反应无电流无原电池构成无数微小原电池有弱电流金属被腐蚀较活泼金属被腐蚀金属原子失去电子变成阳离子而损耗钢铁的电化学腐蚀比较项较项
4、 目析氢氢腐蚀蚀吸氧腐蚀蚀发发生条件电电 极 反 应应负负极正极总总反应应钢铁表面吸附的水膜酸 性较強时Fe - 2e- = Fe2+2H+ + 2e- = H2 Fe+ 2H+ = Fe2+ H2钢铁表面吸附的水膜酸 性较弱或呈中性时Fe - 2e- = Fe2+O22H2O4e-=4OH-Fe2+2OH-=Fe(OH)2 4Fe(OH)2 +O2+2H2O=4Fe(OH)3 4Fe(OH)3Fe2O3xH2O(铁锈)+(3- x)H2O吸氧腐蚀比析氢腐蚀普遍得多钢铁表面形成的微小原电池示意图钢铁的析氢腐蚀示意图钢铁的吸氧腐蚀示意图知识总结1、2、金属阳离子失e-氧化反应金属腐蚀的类型化学腐
5、蚀电化腐蚀析氢腐蚀吸氧腐蚀（常见普遍） .金属腐蚀金属原子金属腐蚀的本质：3、金属腐蚀：是指金属或合金跟接触的气体或液体发生化学 反应（氧化还原）而腐蚀损耗的过程。4.钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较Fe2O3 nH2O （铁锈）通常两种腐蚀同时存在，但以后者更普遍。析氢腐蚀吸氧腐蚀条件水膜呈酸性。水膜呈中性或酸性很弱。CO2+H2O H2CO3 H+HCO 3- 电极反应负极Fe(- )Fe-2e=Fe2+2Fe-4e=2Fe2+ 正极C(+)2H+2e=H2O2+2H2O+4e=4OH- 总反应:Fe+2H+=Fe2+2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)2 4Fe(OH)2+2H2O+O
6、2=4Fe(OH)3联系钢铁腐蚀的防护：例6：改变金属的内部组织结构：如将Cr、Ni等金属加进钢 里制成合金钢。A.C. 铜的金属活动性比氢小，因此不宜被氧化；B.D.它们的表面都电镀上了一层耐腐蚀的黄金；2000年5月，保利集团在香港拍卖会上花费3000多万港 币购回在火烧圆明园时流失的国宝：铜铸的牛首、猴 首和虎首，普通铜器时间稍久容易出现铜绿，其主要 成分是Cu2(OH)2CO3这三件1760年铜铸的国宝在240 年后看上去仍然熠熠生辉不生锈，下列对起原因的分 析，最可能的是环境污染日趋严重，它们表面的铜绿被酸雨溶解洗去；（ D ）它们是含一定比例金、银、锡、锌的合金；2.金属表面覆盖保
7、护层3.电化学保护法原理：原理 ：如油漆、油脂等，电镀（Zn,Cr等易氧化形成致密的氧化物薄膜）作保护层。隔绝金属与外界空气、电解质溶液的接触。牺牲阳极的阴极保护法形成原电池反应时，让被保护金属做正极，不反 应，起到保护作用；而活泼金属反应受到腐蚀。牺牲阳极的阴极保护法示意图牢记形成原电池的四个条件： 必须自发进行氧化还原反应两个活动性不同的金属或金属和非金属（ 如石墨）做电极。 电解质溶液。形成闭合回路金属的防护方 法： 1.改变金属的内部组织结构（如制不锈钢） 2.在金属表面覆盖保护层：（1）在表面刷一层油漆；（2）在表面涂上机油；（3）在表面镀一层其他耐腐蚀金属；（4）在表面烧制搪瓷 ；
8、（5）使金属表面形成致密的氧化膜 。 3.电化学保护法 ：（1）牺牲阳极的阴极保护法(原电池原理接 一个更活泼的金属) （2）外加电流的阴极保护法（电解池原理） 判断金属腐蚀快慢的规律判断金属腐蚀快慢的规律不纯的金属或合金，在潮湿空气中形成微电池发生电化腐蚀，活泼 金属因被腐蚀而损耗，金属腐蚀的快慢与下列二种因素有关：1）与构成微电池的材料有关，两极材料的活动性差别越大， 电动势越大，氧化还原反应的速度越快，活泼金属被腐蚀的速度就 越快；2）与金属所接触的电解质强弱有关，活泼金属在电解质溶液 中的腐蚀快于在非电解质溶液中的腐蚀，在强电解质溶液中的腐蚀 快于在弱电解质溶液中的腐蚀。一般说来可用下
9、列原则判断：（电解原理引起的腐蚀）原电池原理引起的腐蚀 化学腐蚀有防腐措施的腐蚀1.2 腐蚀与防护基本原理3、金属腐蚀破坏的形态1.2 腐蚀与防护基本原理（1）全面腐蚀特征：腐蚀分布在整个金属表面，结果使金属构件截面尺寸减小，直至完全破坏。控制：合理选材、留有裕量；施加保护性覆盖层；缓蚀剂；电化学保护。1.2 腐蚀与防护基本原理（2）局部腐蚀 腐蚀集中在金属表面局部地区，而其它 大部分表面几乎不腐蚀，称为局部腐蚀 。1.2 腐蚀与防护基本原理 电偶腐蚀电偶腐蚀形态：两种金属在同一介质中接触，腐蚀电 位不相等，便有电偶电流流动，电位较低金属局部腐 蚀,电位较高的金属，溶解速度减小。亦称接触腐蚀
10、或双金属腐蚀。防止办法：正确选取材料，选取电偶序中相距较近的合金；消除面积效应，减小阴极面积；添加环缓蚀剂。1.2 腐蚀与防护基本原理 小孔腐蚀小孔腐蚀形态：金属表面局部出现向深处发展的腐蚀小孔， 其余地区不被腐蚀或者只有轻微腐蚀，也称孔蚀或点蚀。控制办法：合金的成分和组织：孔蚀的敏感性与合金的成分、组织 以及冶金质量有密切的关系。介质的组成和状况：尽量降低介质中卤素。缓蚀剂：硝酸盐、铬酸盐、硫酸盐及碱等。阴极保护：金属电极电位控制在孔蚀保护电位以下。1.2 腐蚀与防护基本原理 缝隙腐蚀 缝隙腐蚀形态：腐蚀发生在缝隙内。 发生和发展机理与孔蚀很相似，存在缝隙是表面缺陷 ，缝隙内是缺氧区，成为阳
11、极而迅速被腐蚀。 防止办法：消除缝隙。尽可能避免形成缝隙和积液的死角。对不可避免的缝隙，要采取相应的保护措施。尽量控制介质中溶解氧的浓度，使溶氧浓度低于 5106mol/L，这样在缝隙处就很难形成氧浓差电池 。1.2 腐蚀与防护基本原理 晶间腐蚀 金属材料在特定的腐蚀介质中沿着材料的晶粒边界或晶界附近发 生腐蚀，使晶粒之间丧失结合力的一种局部破坏的腐蚀现象。 腐蚀形态：腐蚀从表面沿着晶界深入内部，外表看不出腐 蚀迹象，可用金相显微镜看出呈网状腐蚀，失去强度。贫化理论：晶界与晶内的电极电位的形成，形成一晶界区 为阳极，晶粒本体为阴极的腐蚀微电池。控制办法：材料本身的成分和组织。奥氏体不锈钢敏化型
12、 晶间腐蚀为例： 降低钢的含碳量； 稳定化处理；重新固溶处理。晶间腐蚀1.2 腐蚀与防护基本原理 选择性腐蚀含有不同成分的金属材料，在一定的条件下，其中一 部分元素被腐蚀浸出，只剩下其余组分构成的海绵状 物质，强度和延性丧失，称为选择性腐蚀，例如黄铜 在腐蚀介质中被锌浸出，灰口铸铁脱铁。腐蚀形态：多元合金在电解质溶液中由于组元之间化学性质的不均匀，构成腐蚀电池。1.2 腐蚀与防护基本原理 （3）应力作用下的腐蚀 应力腐蚀开裂:腐蚀和拉应力同时作用下使金属产生破裂，称为应力腐蚀。大致过程为：金属表面生成的保护膜在拉应力作用 下产生局部腐蚀，产生孔蚀或缝隙腐蚀，孔蚀或缝隙腐蚀 一方面向纵深发展，一
13、方面由于拉应力作用使缝隙两端的 膜反复破裂，腐蚀沿着与拉应力垂直的方向前进，造成裂 缝 严重时发生断裂。 发生的三个必要条件：敏感的合金、特定的介质和一定的 静应力。1.2 腐蚀与防护基本原理应力腐蚀的机理：阳极溶解机理：应力腐蚀裂纹的形成与扩展是 阳极通道的形成与其延伸的过程。氢脆机理：阴极析氢反应在金属表面形成的吸 附氢原子渗入内部引起氢脆，是导致应力腐蚀 的主要原因。1.2 腐蚀与防护基本原理防止办法：正确选材: 避免构成应力腐蚀体系，减轻 应力腐蚀的敏感性。合理设计、改进制造工艺 ：尽量减小应力 集中效应。改善环境介质：消除或减少介质中促进应力 腐蚀的有害物质，加入适当的缓蚀剂。电化学
14、保护：外加电流极化，使金属的电位 远离应力腐蚀敏感区1.2 腐蚀与防护基本原理 腐蚀疲劳 腐蚀介质和交变应力协同作用所引起的材料破坏的 现象。腐蚀特点：没有真实的疲劳极限；在任何腐蚀介质中都可能发生；性能与载荷频率、应力以及载荷波形有密切关 系；裂纹往往是多源的。防止办法：正确选材；合理设计、改进制造工艺 和结构 设计应避免应力集中；改善介质条件；电化学保护 。1.2 腐蚀与防护基本原理 磨损腐蚀流体介质与金属之间或金属零件间的相对运动 引起金属局部区域加速腐蚀破坏的现象，简称磨蚀。磨蚀又可分为：湍流腐蚀空泡腐蚀摩振腐蚀1.2 腐蚀与防护基本原理 （4）微生物腐蚀由于介质中存在着某些微生物而使
15、金属的腐蚀过程加速的现象，称之为微生物腐蚀，也简称为细菌腐蚀。并非 微生物本身对金属的腐蚀，而是它们生命活动的结果直接 或间接地对金属腐蚀过程产生影响。 影响主要体现在以下几个方面： 代谢产物具有腐蚀作用。如硫酸、有机酸和硫化物。 改变环境介质条件。如：pH值、溶解氧等。 影响电极极化过程。 破坏非金属保护覆盖层或缓蚀剂的稳定性。1.2 腐蚀与防护基本原理 常见的细菌腐蚀：厌氧性细菌腐蚀：硫酸盐还原菌（SRB），使硫酸盐还 原成硫化物，生成硫化氢，进而与铁反应形成硫化铁， 加速了钢铁的腐蚀。好氧性细菌的腐蚀：如硫氧化菌、铁细菌、硫代硫酸盐氧化菌等。以硫氧化菌为例，它将硫和含硫化合物氧化 成硫酸
16、，造成腐蚀性极强的环境，导致材料的快速腐蚀 。厌氧与好氧联合作用下的腐蚀：两类细菌的腐蚀与繁衍 相辅相成，更加速了金属的腐蚀。细菌联合作用腐蚀的 情况很普遍。1.2 腐蚀与防护基本原理 细菌腐蚀的控制：使用杀菌剂或抑菌剂：根据细菌种类及介质选择高效 、低毒和无腐蚀性的药剂。改变环境条件：提高介质的pH值及温度（pH9.0，温度T50）、排泄积水、改善通气条件、减少有机物 营养源等。覆盖防护层：采用涂覆非金属覆盖层或金属镀层使构 件表面光滑、在有机涂层中加入适量杀菌剂等方法。阴极保护：阴极保护使构件表面附近形成碱性环境， 抑制细菌活动。12.1 12.1 化学腐蚀与电化学腐蚀化学腐蚀与电化学腐蚀( (corrosion)corrosion) 类型： (1)(1)化化 学学 腐腐 蚀：蚀：非电解质溶液和干燥气体的化学作用引起的腐蚀。 (2)(2)电电 化化 学学
