埋地鋼質(zhì)管道腐蝕與防護

1、1.1 概述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)金屬電偶腐蝕點蝕局部腐蝕依據(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)腐蝕金屬的電化學(xué)腐蝕（一）金屬腐蝕（一）金屬腐蝕1.1.概念：概念：金屬或合金與周圍接觸到的氣體或液體進金屬或合金與周圍接觸到的氣體或液體進行化學(xué)反應(yīng)而腐蝕損耗的過程。行化學(xué)

2、反應(yīng)而腐蝕損耗的過程。2.2.金屬腐蝕的本質(zhì)金屬腐蝕的本質(zhì)金屬原子失去電子變成陽離子而損耗金屬原子失去電子變成陽離子而損耗3.3.金屬腐蝕的分類：金屬腐蝕的分類：化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕化學(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電化學(xué)腐蝕通常有析氫腐蝕和吸氧腐蝕一、原電池一、原電池構(gòu)成原電池的基本條件是什么？構(gòu)成原電池的基本條件是什么？ （1 1）必須自發(fā)進行氧化還原反應(yīng)必須自發(fā)進行氧化還原反應(yīng) （3 3）兩個電極必須插入兩個電極必須插入電解質(zhì)溶液中電解質(zhì)溶液中或或熔融熔融 的電解質(zhì)中的電解質(zhì)中；（4 4）兩個電極必須兩個

3、電極必須相連相連并形成并形成閉合回路閉合回路。（2 2）必須有必須有兩種活潑性不同的兩種活潑性不同的導(dǎo)電材料導(dǎo)電材料作電極；作電極；把把化學(xué)能化學(xué)能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為電能電能的裝置。的裝置?；瘜W(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕與與電電化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕的比較的比較電化學(xué)腐蝕比化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕比化學(xué)腐蝕普遍得多普遍得多金屬跟接觸到的物質(zhì)直金屬跟接觸到的物質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)不純金屬跟接觸的電解不純金屬跟接觸的電解質(zhì)溶液發(fā)生原電池反應(yīng)質(zhì)溶液發(fā)生原電池反應(yīng)無電流無電流無原電池?zé)o原電池構(gòu)成無數(shù)微小原電池構(gòu)成無數(shù)微小原電池有弱電流有弱電流金屬被腐蝕金屬被腐蝕較活潑金屬被腐蝕較活潑金屬被腐蝕金屬原子失去電子變成陽離子而

4、損耗金屬原子失去電子變成陽離子而損耗鋼鐵的電化學(xué)腐蝕鋼鐵的電化學(xué)腐蝕鋼鐵表面吸附的水膜酸鋼鐵表面吸附的水膜酸性較強時性較強時Fe - 2e- = Fe2+2H+ + 2e- = H2Fe+ 2H+ = Fe2+ H2鋼鐵表面吸附的水膜酸鋼鐵表面吸附的水膜酸性較弱或呈中性時性較弱或呈中性時Fe - 2e- = Fe2+O22H2O4e-=4OH-Fe2+2OH-=Fe(OH)24Fe(OH)2 +O2+2H2O=4Fe(OH)34Fe(OH)3Fe2O3xH2O(鐵銹鐵銹)+(3-x)H2O吸氧腐蝕吸氧腐蝕比比析氫腐蝕析氫腐蝕普遍得多普遍得多鋼鐵表面鋼鐵表面形成的微小形成的微小原電池原電池示意圖

5、示意圖鋼鐵的鋼鐵的析氫腐蝕析氫腐蝕示意示意圖圖鋼鐵的鋼鐵的吸氧腐蝕吸氧腐蝕示意示意圖圖知識總結(jié)知識總結(jié)1、2、金屬陽離子金屬陽離子失失e-氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)金屬腐蝕的類型金屬腐蝕的類型化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕電化腐蝕電化腐蝕析氫腐蝕析氫腐蝕吸氧腐蝕吸氧腐蝕（常見普遍）（常見普遍）. 金屬腐蝕金屬腐蝕金屬原子金屬原子金屬腐蝕的本質(zhì)：金屬腐蝕的本質(zhì)：3、金屬腐蝕：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)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)（氧化反應(yīng)（氧化還原）而腐蝕損耗的過程。還原）而腐蝕損耗的過程。4.鋼鐵的析氫腐蝕和吸氧腐蝕比較鋼鐵的析氫腐蝕和吸氧腐蝕比較Fe2O3 nH2O（鐵銹鐵銹

6、）通常兩種腐蝕同時存在，但以后者更普遍。通常兩種腐蝕同時存在，但以后者更普遍。析氫腐蝕析氫腐蝕吸氧腐蝕吸氧腐蝕條件條件水膜呈水膜呈酸性酸性。水膜呈水膜呈中性中性或或酸性很弱酸性很弱。CO2+H2OH2CO3 H+HCO 3- 電極反應(yīng)電極反應(yīng)負(fù)極負(fù)極Fe(- )Fe-2e=Fe2+2Fe-4e=2Fe2+正極正極C(+)2H+2e=H2O2+2H2O+4e=4OH-總反應(yīng)總反應(yīng):Fe+2H+=Fe2+2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)24Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3聯(lián)系聯(lián)系鋼鐵腐蝕的防護：鋼鐵腐蝕的防護：例例6：改變金屬的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)：如將改變金屬的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)：如

7、將Cr、Ni等金屬加進鋼等金屬加進鋼里制成合金鋼。里制成合金鋼。A.C. 銅的金屬活動性比氫小，因此不宜被氧化；銅的金屬活動性比氫小，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；它們的表面都電鍍上了一層耐腐蝕的黃金；2000年年5月，保利集團在香港拍賣會上花費月，保利集團在香港拍賣會上花費3000多萬港多萬港幣購回在火燒圓明園時流失的國寶：銅鑄的牛首、猴幣購回在火燒圓明園時流失的國寶：銅鑄的牛首、猴首和虎首，普通銅器時間稍久容易出現(xiàn)銅綠，其主要首和虎首，普通銅器時間稍久容易出現(xiàn)銅綠，其主要成分是成分是Cu2(OH)2CO3這三件這三件1760年銅鑄的國寶在年銅鑄的國寶在240

8、 年后看上去仍然熠熠生輝不生銹，下列對起原因的分年后看上去仍然熠熠生輝不生銹，下列對起原因的分析，最可能的是析，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；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；它們是含一定比例金、銀、錫、鋅的合金；2.金屬表面覆蓋保護層金屬表面覆蓋保護層3.電化學(xué)保護法電化學(xué)保護法原理：原理：原理原理 ：如油漆、油脂等，電鍍（如油漆、油脂等，電鍍（Zn,Cr等易氧化形成致密的氧化等易氧化形成致密的氧化物薄膜）作保護層。物薄膜）作保護層。隔絕金屬與外界空氣、電解質(zhì)溶液的接觸。隔絕金屬與外界空氣、電解質(zhì)溶液的

9、接觸。犧牲陽極的陰極保護法犧牲陽極的陰極保護法形成原電池反應(yīng)時，讓被保護金屬做正極，不反形成原電池反應(yīng)時，讓被保護金屬做正極，不反應(yīng)，起到保護作用；而活潑金屬反應(yīng)受到腐蝕。應(yīng)，起到保護作用；而活潑金屬反應(yīng)受到腐蝕。犧牲陽極犧牲陽極的的陰極保護法陰極保護法示意圖示意圖 牢記形成原電池的四個條件：牢記形成原電池的四個條件： 必須自發(fā)進行氧化還原反應(yīng)必須自發(fā)進行氧化還原反應(yīng)兩個活動性不同的金屬或金屬和非金屬兩個活動性不同的金屬或金屬和非金屬（如石墨）做電極。（如石墨）做電極。 電解質(zhì)溶液。電解質(zhì)溶液。形成閉合回路形成閉合回路金屬的防護金屬的防護方方 法：法：1.1.改變金屬的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)（如制不銹鋼

10、）改變金屬的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)（如制不銹鋼）2.2.在金屬表面覆蓋保護層：在金屬表面覆蓋保護層：（1）在表面刷一層油漆；）在表面刷一層油漆；（2）在表面涂上機油；）在表面涂上機油；（3）在表面鍍一層其他耐腐蝕金屬；）在表面鍍一層其他耐腐蝕金屬；（4）在表面燒制搪瓷）在表面燒制搪瓷 ；（5）使金屬表面形成致密的氧化膜）使金屬表面形成致密的氧化膜 。3 3. .電化學(xué)保護法電化學(xué)保護法 ：（1）犧牲陽極的陰極保護法）犧牲陽極的陰極保護法(原電池原理接原電池原理接一個更活潑的金屬一個更活潑的金屬) （2）外加電流的陰極保護法（電解池原理）外加電流的陰極保護法（電解池原理） 不純的金屬或合金，在潮濕空氣中形

11、成微電池發(fā)生電化腐蝕，活潑不純的金屬或合金，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)：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)，）與構(gòu)成微電池的材料有關(guān)，兩極材料的活動性差別越大，兩極材料的活動性差別越大，電動勢越大，氧化還原反應(yīng)的速度越快，活潑金屬被腐蝕的速度就電動勢越大，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；越快；2）與金屬所接觸的電解質(zhì)強弱有關(guān)，）與金屬所接觸的電解質(zhì)強弱有關(guān)，活潑金屬在電解質(zhì)溶液活潑金屬在電解質(zhì)溶液中的腐蝕快于在非電解質(zhì)溶液中的腐蝕，在強電解質(zhì)溶液中的腐蝕中的腐蝕快

12、于在非電解質(zhì)溶液中的腐蝕，在強電解質(zhì)溶液中的腐蝕快于在弱電解質(zhì)溶液中的腐蝕。快于在弱電解質(zhì)溶液中的腐蝕。一般說來可用下列原則判斷：一般說來可用下列原則判斷：（電解原理引起的腐蝕）原電池原理引起的腐蝕（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化學(xué)腐蝕有防腐措施的腐蝕選擇腐蝕晶間腐蝕縫隙腐蝕小孔腐蝕電偶腐蝕局部腐蝕全面腐蝕按形態(tài)分類晶間腐蝕 類型：類型：非電解質(zhì)溶液和干燥氣體的化學(xué)作用非電解質(zhì)溶液和干燥氣體的化學(xué)作用 引起的腐蝕。引起的腐蝕。電解質(zhì)溶液產(chǎn)生的電化學(xué)作用而引起電解質(zhì)溶液產(chǎn)生的電化學(xué)作用而引起 的腐蝕的腐蝕(最常見最常見)。應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)聯(lián)合作用下產(chǎn)生的破應(yīng)力和

13、腐蝕介質(zhì)聯(lián)合作用下產(chǎn)生的破 壞壞(危害很大危害很大)。腐蝕環(huán)境腐蝕環(huán)境+交變應(yīng)力，使疲勞強度明交變應(yīng)力，使疲勞強度明 顯低于正常值的現(xiàn)象。顯低于正常值的現(xiàn)象。金屬由于在腐蝕、酸洗、電鍍等過程金屬由于在腐蝕、酸洗、電鍍等過程中吸收了原子氫而使性質(zhì)變脆甚至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。高強鋼、鈦合引發(fā)延遲裂紋現(xiàn)象。高強鋼、鈦合金尤為敏感。金尤為敏感。表表12-1 1) 金屬材料：金屬材料： 鈦合金不銹鋼低合金鋼鈦合金不銹鋼低合金鋼 鑄鐵鑄鐵碳鋼。碳鋼。 鋁合金在大氣和水中耐蝕。鋁合金在大氣和水中耐蝕。 青銅黃銅銅（大氣和海水中）；青銅尚耐有機酸青銅黃銅銅（大氣和海水中）；青銅尚耐

14、有機酸稀溶液腐蝕。稀溶液腐蝕。表表12-22)高分子材料高分子材料 不發(fā)生電化學(xué)腐蝕；不發(fā)生電化學(xué)腐蝕； 在介質(zhì)中發(fā)生裂解、溶脹、溶解、銀紋和開裂（或稱老在介質(zhì)中發(fā)生裂解、溶脹、溶解、銀紋和開裂（或稱老化）；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）。封材料（橡膠）。3)無機非金屬材料無機非金屬材料 具有很好的耐酸、堿、鹽腐蝕及耐老化、耐日曬能力，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。且耐溶劑及耐油。

15、耐蝕材料選材因素耐蝕材料選材因素6方面方面：（參見教材：（參見教材12.2.2） 常見介質(zhì)中最耐蝕的合金：常見介質(zhì)中最耐蝕的合金：表表 12-3 去除介質(zhì)中有害成分（去除介質(zhì)中有害成分（O2、Cl等），如鍋爐用水除氧等），如鍋爐用水除氧（加熱或亞硫酸鈉化學(xué)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。鹽、汽車水箱中加重鉻酸鉀等。 陰極保護法和陽極保護法，用于海底電纜、地下輸水管陰極保護法和陽極保護法，用于海底電纜、地下輸水管及大型金屬結(jié)構(gòu)設(shè)施。及大型金屬結(jié)構(gòu)設(shè)施。 陰極保護示意圖

16、。陰極保護示意圖。圖圖 12-1 在基體金屬表面覆蓋一層電位更正的惰性金屬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等等)，起隔離保護作用，起隔離保護作用(陰極覆蓋層陰極覆蓋層)。 在基體金屬表面覆蓋一層電位更負(fù)的金屬在基體金屬表面覆蓋一層電位更負(fù)的金屬(為陽極，基為陽極，基體為陰極體為陰極)，通過犧牲陽極覆蓋層而保護基體金屬。，通過犧牲陽極覆蓋層而保護基體金屬。 鈍性氧化膜覆蓋層鈍性氧化膜覆蓋層(Cr、Al、Ti等等)。 涂料、塑料；搪瓷、玻璃涂料、塑料；搪瓷、玻璃(耐高溫、耐腐蝕，但脆耐高溫、耐腐蝕，但脆)；非；非金屬轉(zhuǎn)化膜金屬轉(zhuǎn)化膜(鋼鐵發(fā)蘭、磷化，鋁的陽極化鋼鐵發(fā)蘭、磷化，鋁的陽極化)等。等。 輔助陽極被保護管道（設(shè)備）直流電源腐蝕性介質(zhì)圖 外加電流陰極保護示