環(huán)保設(shè)備及課程設(shè)計(jì)第三章

環(huán)保設(shè)備及課程設(shè)計(jì)第三章第1頁，共62頁，2023年，2月20日，星期日第三章環(huán)保設(shè)備材料及防腐設(shè)備材料涉及金屬材料（以鋼材為主）和非金屬材料（以塑料為主）。3.1設(shè)備材料的性能設(shè)備材料的性能是選擇材料的根本依據(jù)，材料性能包括力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)性能和加工性能等。3.1.1力學(xué)性能力學(xué)性能是指材料在外力作用下抵抗變形或破壞的能力，如強(qiáng)度、硬度、彈性、塑性、韌性等。第2頁，共62頁，2023年，2月20日，星期日3.1.1.1強(qiáng)度材料的強(qiáng)度是指材料抵抗外加載荷而不失效、不被破壞的能力。彈性極限:是保證材料不發(fā)生不可恢復(fù)變形的最大應(yīng)力。屈服強(qiáng)度:表示材料抵抗開始產(chǎn)生大量塑性變形的應(yīng)力。抗拉強(qiáng)度:表示材料抵抗外力而不致斷裂的最大應(yīng)力。第3頁，共62頁，2023年，2月20日，星期日工程上需要材料的屈服強(qiáng)度高且屈服極限與強(qiáng)度極限的比值（屈強(qiáng)比）要小。蠕變極限是指材料在規(guī)定時(shí)間內(nèi)某一溫度下，使試件在1萬（或10萬）小時(shí)內(nèi)產(chǎn)生的變形量為1%時(shí)的最大應(yīng)力?！捌谄茐摹笔侵附饘俨牧显谛∮谇?qiáng)度的交變載荷長期作用下發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。疲勞強(qiáng)度是指金屬材料經(jīng)過無限次反復(fù)交變載荷不受破壞的最大應(yīng)力。第4頁，共62頁，2023年，2月20日，星期日3.1.1.2硬度硬度是指材料在表面上的不大體積內(nèi)抵抗變形或破裂的能力。常用的指標(biāo)有布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度。硬度高的材料強(qiáng)度高，耐磨性能較好，但切削加工性能較差。3.1.1.3塑性材料的塑性是指材料受力時(shí)，當(dāng)應(yīng)力超過屈服點(diǎn)后，能產(chǎn)生顯著的變形而不即行斷裂的性質(zhì)。塑性是以延伸率和斷面收縮率作為材料塑性的指標(biāo)。第5頁，共62頁，2023年，2月20日，星期日延伸率主要反映材料均勻變形的能力。是指試件拉斷后總伸長的長度與原始長度的比值百分率。表示試件長度和直徑的比值為10，為長試件。表示試件長度和直徑的比值為5，為短試件。斷面收縮率主要反映材料局部變形的能力。它以試件拉斷后斷面縮小的面積與原始截面面積比值的百分率Ф（%）表示。斷面收縮率的大小與試件的尺寸無關(guān)，對(duì)材料的組織變化以及材料的缺口比較敏感。材料的延伸率與斷面收縮率值愈大，材料塑性愈好，有良好的塑性才能進(jìn)行成型加工，塑性變形可避免發(fā)生突然的斷裂，一般要求δ5為10%-20%，過高的塑性常常會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)度降低。第6頁，共62頁，2023年，2月20日，星期日3.1.1.4沖擊韌性沖擊韌性是衡量材料韌性的一個(gè)指標(biāo)，表示材料抵抗沖擊載荷能力的大小，以單位橫斷面積所消耗的功表示。韌性可理解為材料在外加動(dòng)載荷突然襲擊時(shí)的一種及時(shí)并迅速塑性變形的能力。韌性高的材料一般都有較高的塑性指標(biāo)，但塑性指標(biāo)較高的材料卻不一定具有較高的韌性。沖擊載荷值的高低，決定于材料有無迅速塑性變形的能力。第7頁，共62頁，2023年，2月20日，星期日3.1.2物理性能材料的物理性能有密度、熔點(diǎn)、比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)、熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)電性、磁性等。3.1.3化學(xué)性能材料的化學(xué)性能是指材料在所處介質(zhì)中的化學(xué)穩(wěn)定性。3.1.3.1耐腐蝕性材料對(duì)周圍介質(zhì)，如大氣、水汽、各種電解液浸蝕的抵抗能力稱為耐腐蝕性。材料的耐腐蝕性不強(qiáng)將影響設(shè)備使用壽命。金屬材料在酸性介質(zhì)中的耐腐蝕性較差，有機(jī)非金屬材料耐酸性較強(qiáng)。3.1.3.2抗氧化性鋼鐵在高溫下與自由氧發(fā)生氧化腐蝕，生成易剝落的FeO氧化皮；鋼鐵在高溫下與水蒸氣、二氧化碳、二氧化硫等氣體產(chǎn)生高溫氧化與脫碳作用，使鋼的力學(xué)性能下降。高溫設(shè)備必須選用耐熱材料。第8頁，共62頁，2023年，2月20日，星期日3.1.4加工工藝性能金屬和合金的工藝性能是指可鑄造性能、可鍛造性能、可焊性能、可切削加工性能。3.1.4.1可鑄性可鑄造性主要指液體金屬的流動(dòng)性和凝固過程中的收縮和偏析傾向。流動(dòng)性好的金屬能充滿鑄型，能澆鑄較薄的與形狀復(fù)雜的鑄件，合金鋼與高碳鋼比低碳鋼偏析傾向大，鑄造后要用熱處理方法消除偏析。鋁、灰鑄鐵和錫青銅鑄造性能較好。第9頁，共62頁，2023年，2月20日，星期日3.1.4.2可鍛性可鍛性是指金屬承受壓力加工（鍛造）而變形的能力。低碳鋼的可鍛性比中碳鋼及高碳鋼好；碳鋼比合金鋼可鍛性好；鑄鐵是脆性材料不能鍛壓加工。3.1.4.3焊接性焊接性是指能用焊接方法使兩塊金屬牢固連接，不發(fā)生裂紋，具有與母體材料相應(yīng)的強(qiáng)度的特性。低碳鋼具有優(yōu)良的焊接性，鑄鐵、鋁合金等材料的焊接性較差。3.1.4.4可切削加工性是指金屬是否易于切削。灰鑄鐵、碳鋼的切削性較好。第10頁，共62頁，2023年，2月20日，星期日3.2常用金屬材料金屬材料包括黑色金屬材料（鋼鐵及其合金）和有色金屬材料（鐵以外的金屬）。第11頁，共62頁，2023年，2月20日，星期日3.2.1鑄鐵含碳量一般在2%以上，有良好的鑄造性、耐磨性、減振性及切削加工性。鑄鐵分為灰鑄鐵、球墨鑄鐵、高硅鑄鐵等。3.2.1.1灰鑄鐵灰鑄鐵中的碳大部分或全部以自由狀態(tài)的片狀石墨形式存在，斷口呈暗灰色。灰鑄鐵的抗壓強(qiáng)度較大，抗拉強(qiáng)度很低，沖擊韌性低，可制造承受壓應(yīng)力及要求消振、耐磨的零件，如支架、閥體、泵體。灰鑄鐵的牌號(hào)用名稱HT和抗拉強(qiáng)度值表示，常用的牌號(hào)有HT100、HT200、HT300。第12頁，共62頁，2023年，2月20日，星期日3.2.1.2球墨鑄鐵在澆注前，往鐵水中加入少量球化劑、石墨化劑，以促進(jìn)碳以球狀石墨結(jié)晶存在，這種鑄鐵稱球墨鑄鐵。球墨鑄鐵在強(qiáng)度、塑性和韌性方面大大超過灰鑄鐵，甚至接近鋼材，在酸性介質(zhì)中耐腐蝕性較高，可以取代過去用碳鋼和合金鋼制造的重要零件如曲軸、連桿、主軸等。球墨鑄鐵的牌號(hào)用QT、抗拉強(qiáng)度、延抻率表示，如QT400-18，抗拉強(qiáng)度為400MPa，延伸率為18%。3.2.1.2高硅鑄鐵高硅鑄鐵是往灰鑄鐵或球墨鑄鐵中加入一定量的合金元素硅等熔煉而成。高硅鑄鐵具有很高的耐蝕性能。高硅鑄鐵強(qiáng)度低、硬度高、質(zhì)脆、不能承受沖擊載荷。制作各種耐酸泵、冷卻排管和熱交換器等。第13頁，共62頁，2023年，2月20日，星期日3.2.2碳鋼碳鋼的含碳量一般介于0.02%-2%之間，雜質(zhì)元素的含量較鑄鐵低。3.2.2.1常存雜質(zhì)元素對(duì)鋼材性能的影響有些元素并非為改善鋼材質(zhì)量有意加入的，而是礦石及冶煉過程中帶入的，固稱為雜質(zhì)。⑴硫以硫化鐵的形態(tài)存在于鋼中，當(dāng)鋼材熱加工時(shí)，由于FeS化合物的過早熔化而導(dǎo)致工件開裂，這種現(xiàn)象稱為“熱脆”。⑵磷是有害元素，在低溫時(shí)，它使鋼材顯著變脆，這種現(xiàn)象稱“冷脆”。第14頁，共62頁，2023年，2月20日，星期日⑶錳是煉鋼時(shí)作為脫氧劑加入鋼中的。降低鋼的脆性，提高鋼的強(qiáng)度和硬度。⑷硅也是煉鋼時(shí)作為脫氧劑而加入鋼中的元素。硅是一種有益的元素。溶于鐵素體內(nèi)使鋼的強(qiáng)度、硬度增加，塑性、韌性降低。⑸氧在鋼中是有害元素。使鋼的強(qiáng)度、塑性降低，尤其是對(duì)疲勞強(qiáng)度、沖擊韌性等有嚴(yán)重影響。⑹氮在鐵素體中的溶解能力很低，放置較長一段時(shí)間后或隨后在200℃-300℃加熱就會(huì)發(fā)生氮以氮化物形式的析出，并使鋼的硬度、強(qiáng)度提高，塑性下降，產(chǎn)生時(shí)效。⑺氫會(huì)引起鋼的氫脆、白點(diǎn)等缺陷。第15頁，共62頁，2023年，2月20日，星期日3.2.2.2碳鋼的分類與編號(hào)碳鋼按用途分為建筑鋼、結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼、軸承鋼、工具鋼和特殊性能鋼；碳鋼按含碳量分為低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼；碳鋼按脫氧方式分為鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼；用弱脫氧劑Mn在鋼液往鋼錠中澆注后，鋼液在錠模中發(fā)生自脫氧反應(yīng)，出現(xiàn)“沸騰”現(xiàn)象故稱為沸騰鋼，用F表示（Q235-A·F）。若在熔煉過程中加入硅、鋁等強(qiáng)氧化劑，鋼液完全脫氧，則稱鎮(zhèn)靜鋼，用Z表示，Z在牌號(hào)中可不標(biāo)出。碳鋼按冶煉質(zhì)量分為碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼、高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼。第16頁，共62頁，2023年，2月20日，星期日⑴普通碳素鋼：以屈服強(qiáng)度數(shù)值區(qū)分（Q235-A·F）。分為A、B、C、D四個(gè)等級(jí)。常用作常溫低壓設(shè)備的殼體和零部件，還可制作螺栓、螺母、支架、墊片、軸套、閥門、管子、管件等。第17頁，共62頁，2023年，2月20日，星期日⑵優(yōu)質(zhì)碳素鋼：含硫、磷有害雜質(zhì)元素較少，鋼號(hào)數(shù)字表示鋼中平均含碳量的萬分之幾（25、45、60）。按含碳量的不同分為優(yōu)質(zhì)低碳鋼、優(yōu)質(zhì)中碳鋼、優(yōu)質(zhì)高碳鋼。⑶高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼：含硫、磷有害雜質(zhì)元素還少，優(yōu)質(zhì)鋼號(hào)后面加一個(gè)A（20A）第18頁，共62頁，2023年，2月20日，星期日3.2.2.3碳鋼的品種和規(guī)格⑴鋼板：鋼板分為薄板（0.2-4mm）和厚板，薄板有冷軋板和熱軋板，碳素鋼板材有Q235-A、08、10、15、20，尺寸規(guī)格為：長×寬×厚。⑵鋼管：鋼管分為無縫鋼管和有縫鋼管，無縫鋼管又分為冷軋和熱軋兩種，尺寸規(guī)格為外徑×管壁厚（D108×4）。有縫管、水煤氣管分為鍍鋅管和黑管兩種，尺寸規(guī)格為通徑（DN50，G1/2、G3/4）。管件有焊接管件和絲接管件（DN50，G1/2、G3/4）。⑶型鋼：型鋼主要有圓鋼、方鋼、扁鋼、角鋼、工字鋼和槽鋼（∟35×35）。⑷鑄鋼和鍛鋼：鑄鋼用ZG表示，牌號(hào)有ZG25、ZG35，鑄鋼用于制造各種承受重載荷的復(fù)雜零件，如泵殼、閥門、泵葉輪等。鍛鋼有08，10、15、20、…、50，鍛鋼用于制作主軸等。第19頁，共62頁，2023年，2月20日，星期日3.2.3合金鋼合金鋼是在碳鋼的基礎(chǔ)上，為了改善性能，有目的地加入一些合金元素而形成的鋼材。3.2.3.1合金元素對(duì)鋼的影響鉻是合金結(jié)構(gòu)鋼主加元素之一，能提高金屬耐腐蝕性能和抗氧化性能，當(dāng)鉻含量達(dá)到13%時(shí)能顯著提高鋼的強(qiáng)度、硬度和耐磨性、并增加鋼的熱強(qiáng)性，但使鋼的塑性和韌性降低。錳可以提高鋼材的強(qiáng)度和低溫沖擊韌性。鎳能提高耐腐蝕性和低溫沖擊韌性，使鋼具有很高的強(qiáng)度而又保持良好的塑性和韌性。硅可提高強(qiáng)度、高溫疲勞強(qiáng)度、耐熱性及耐硫化氫等介質(zhì)的腐蝕性，但降低鋼的塑性和沖擊韌性。第20頁，共62頁，2023年，2月20日，星期日鋁為強(qiáng)氧化劑，可顯著細(xì)化晶粒，提高沖擊韌性、降低冷脆性，能提高鋼的抗氧化性。鉬能提高鋼的高溫強(qiáng)度、硬度、細(xì)化晶粒、防止回火脆性。釩能提高鋼的高溫強(qiáng)度、細(xì)化晶粒、提高淬透性。鈦為強(qiáng)脫氧劑，可提高強(qiáng)度、細(xì)化晶粒、提高韌性，鈦在不銹鋼中起穩(wěn)定碳的作用，減少鉻與碳化合的機(jī)會(huì)，防止晶間腐蝕，還可提高耐熱性。稀土元素可提高強(qiáng)度、改善塑性、低溫脆性、耐腐蝕性和焊接性能。第21頁，共62頁，2023年，2月20日，星期日3.2.3.2合金鋼的分類與編號(hào)合金鋼按合金的含量分為低合金鋼、中合金鋼、高合金鋼。合金鋼按用途分為合金結(jié)構(gòu)鋼（普通低合金鋼、滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼）、合金工具鋼、特殊性能鋼（不銹鋼和耐熱鋼）。合金鋼用合金和含碳量表示（35CrMo），數(shù)字表示含碳量的萬分之幾。第22頁，共62頁，2023年，2月20日，星期日⑴普通低合金鋼：普通低合金鋼是在碳鋼的基礎(chǔ)上加入少量Si、Mn、Cu、V、Ti等合金元素熔煉而成的，可提高鋼材的強(qiáng)度、改善鋼材的耐腐蝕性能、低溫性能、焊接性能，16Mn、15MnV。⑵專業(yè)用鋼：能夠適應(yīng)特種條件的質(zhì)地均勻、雜質(zhì)含量低、能滿足某些力學(xué)性能的特殊檢驗(yàn)項(xiàng)目要求的鋼材。20g，16MnR，15MnVHP。⑶特殊性能鋼：是指具有特殊物理性能和化學(xué)性能的鋼。耐候鋼（12MnCuCr)⑷不銹耐酸鋼：是不銹鋼和耐酸鋼的總稱。主要以鉻鎳合金為主。1Cr18Ni9Ti，0Cr19Ni9、304、302。⑸耐熱鋼：在鋼中加入Cr、Al、Si等合金元素，可以被高溫氣體氧化后形成致密的氧化膜保護(hù)鋼的表面,防止氧的繼續(xù)侵蝕，顯著提高鋼材的抗蠕變能力。ZG40Cr28Ni9，1150℃。第23頁，共62頁，2023年，2月20日，星期日3.2.4有色金屬材料鐵以外的金屬稱為有色金屬，有色金屬有很多優(yōu)越的特殊性能，如良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、密度小、熔點(diǎn)高、有低溫韌性、耐腐蝕等，但有色金屬價(jià)格較貴。有色金屬以漢語拼音的字頭表示。銅：T；黃銅：H；青銅：Q；鋁：L；鉛：Pb；鑄造合金：Z；軸承合金：Ch。第24頁，共62頁，2023年，2月20日，星期日3.2.4.1鋁及其合金鋁的塑性好、強(qiáng)度低，可承受各種壓力加工，并可進(jìn)行焊接和切削。鋁在氧化介質(zhì)中易形成三氧化二鋁保護(hù)膜，耐腐蝕性較強(qiáng)，但含有鹵素離子的鹽類、氫氟酸以及堿溶液都會(huì)破壞鋁表面的氧化膜。⑴純鋁：純鋁中有高純鋁，牌號(hào)為LG1、LG2，可用來制造要求耐腐蝕而不要求強(qiáng)度的設(shè)備。⑵防銹鋁：防繡鋁的代號(hào)為LF，牌號(hào)有LF2、LF3，強(qiáng)度比純鋁高、主要用于制作容器和熱交換器。⑶鑄鋁：鑄鋁是鋁硅合金，典型牌號(hào)有ZL1Si7Mg。鑄鋁的鑄造性、流動(dòng)性好，鑄鋁在氧化介質(zhì)中易形成三氧化二鋁、二氧化硅保護(hù)膜，耐腐蝕性較強(qiáng)。主要用于制造形狀復(fù)雜的耐蝕零件，如管件、泵、閥門、汽缸、活塞等。第25頁，共62頁，2023年，2月20日，星期日3.2.4.2銅及其合金銅及其合金具有高的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，較好的塑性、韌性及低溫力學(xué)性能，在許多介質(zhì)中有高耐蝕性。⑴純銅：又稱紫銅。純銅的牌號(hào)有T0、T4，耐腐蝕性較強(qiáng)，但不耐各種濃度的硝酸、氨和銨鹽溶液。主要用于制造電線、深冷設(shè)備和工業(yè)中的蒸發(fā)器。⑵黃銅：為銅鋅合金，常用的牌號(hào)有H80、H65、H62，具有良好的鑄造性能、加工性能、耐磨性、易焊接，力學(xué)性能比純銅高，耐腐蝕性能較好，主要用于深冷設(shè)備、管件、軸套、軸瓦、螺母等。錫黃銅HSn70-1含有1%的錫，能提高在海水中的耐蝕性。第26頁，共62頁，2023年，2月20日，星期日⑶青銅：銅與除鋅以外的其他元素組成的合金稱為青銅。銅與錫的合金稱為錫青銅。銅與鋁、硅、鉛、錳等組成的合金稱無錫青銅。錫青銅分鑄造錫青銅和壓力加工錫青銅，鑄造錫青銅應(yīng)用最多，具有較高的強(qiáng)度和硬度，能承受沖擊載荷，耐磨性很好，主要用于鑄造耐腐蝕和耐磨零件，如泵殼、閥門、軸承、蝸輪、齒輪等。無錫青銅的力學(xué)性能比黃銅、錫青銅好、耐腐蝕、耐磨損，主要用于板材、帶材、棒材和線材。第27頁，共62頁，2023年，2月20日，星期日3.2.4.3鈦及其合金鈦的密度小、強(qiáng)度高、耐腐蝕性好、熔點(diǎn)高。工業(yè)純鈦的牌號(hào)有TA1、TA2、TA3，純鈦塑性好，易于加工成型，沖壓、焊接、切削加工性能良好，是較好的耐腐蝕、耐熱材料，主要用于熱交換器、蒸餾塔及海水淡化裝置的零部件。鈦和錳、鋁、鉻、鉬可獲得性能優(yōu)良的合金，主要用于加工帶材、管材和鈦絲等。第28頁，共62頁，2023年，2月20日，星期日3.2.4.4鎳及其合金鎳具有很高的強(qiáng)度和塑性，有良好的延伸性和可鍛性。耐腐蝕性強(qiáng)，在高溫堿溶液或熔融堿中都很穩(wěn)定，主要用于制造處理堿介質(zhì)的設(shè)備。鎳合金以蒙乃爾合金(NiCr9)最多，能在高溫保持力學(xué)性能和抗氧化能力。3.2.4.5鉛及其合金鉛強(qiáng)度小、硬度低、耐腐蝕性強(qiáng)，不易單獨(dú)作為設(shè)備材料，只適用于做設(shè)備襯里。鉛與銻的合金（PbSb4）稱為硬鉛，其強(qiáng)度、硬度、耐腐蝕性都比鉛高，主要用于耐腐蝕的襯里。還可配制成低熔點(diǎn)合金、軸承合金、蓄電池鉛板等。第29頁，共62頁，2023年，2月20日，星期日3.3金屬的腐蝕與預(yù)防金屬和它所處的環(huán)境介質(zhì)之間發(fā)生化學(xué)、電化學(xué)或物理作用，引起金屬的變質(zhì)和破壞稱為金屬腐蝕。腐蝕給社會(huì)帶領(lǐng)巨大的損失，可造成災(zāi)難性事故，耗竭資源污染環(huán)境。3.3.1金屬腐蝕的機(jī)理金屬的腐蝕分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。第30頁，共62頁，2023年，2月20日，星期日3.3.1.1化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕是金屬表面與環(huán)境介質(zhì)發(fā)生化學(xué)作用而產(chǎn)生的損壞，特點(diǎn)是腐蝕在金屬的表面上，腐蝕過程沒有電流的產(chǎn)生。金屬的高溫氧化：氧化層的主要成分為FeO，它結(jié)構(gòu)松散易剝落，使內(nèi)部鐵進(jìn)一步被氧化。鋼的脫碳：鋼中的滲碳體與一些氣體發(fā)生反應(yīng)而使?jié)B碳體中的碳以碳氧化合物的形式排出。脫碳使碳的含量減少、表層硬度和抗疲勞強(qiáng)度降低。第31頁，共62頁，2023年，2月20日，星期日3.3.1.2金屬的電化學(xué)腐蝕金屬與電解質(zhì)溶液間產(chǎn)生電化學(xué)作用所發(fā)生的腐蝕為電化學(xué)腐蝕。特點(diǎn)是在腐蝕過程中產(chǎn)生電流。分成陽極和陰極兩個(gè)獨(dú)立進(jìn)行的過程。電化學(xué)腐蝕經(jīng)常是以陽極和陰極過程在不同區(qū)域局部進(jìn)行為特征的。對(duì)于金屬材料或金屬構(gòu)件在腐蝕介質(zhì)中，只要有電位差，就可能構(gòu)成腐蝕電池，并可分為兩大類即宏觀腐蝕電池和微觀腐蝕電池。第32頁，共62頁，2023年，2月20日，星期日宏觀腐蝕電池通常指肉眼可見的電極所構(gòu)成的腐蝕電池。不同的金屬在同一的腐蝕介質(zhì)中相接觸，構(gòu)成宏觀腐蝕電池——電偶電池，是常見的腐蝕方式。在電偶電池中，電位較負(fù)的金屬作為陽極，其腐蝕速度被加快；電位較正的金屬作為陰極，其腐蝕速度被減慢，甚至得到完全保護(hù)。電位差愈大腐蝕愈嚴(yán)重。第33頁，共62頁，2023年，2月20日，星期日濃差電池：同一種金屬浸入不同濃度的兩種腐蝕介質(zhì)，或者雖在同一腐蝕介質(zhì)但局部濃度不同，便形成濃差腐蝕電池。當(dāng)金屬與含不同濃度的該金屬離子的溶液接觸時(shí)，濃度稀處金屬的電位較負(fù)；濃度高處金屬的電位較正，從而形成金屬離子濃差腐蝕電池。常見的為差異充氣電池或氧濃差電池，氧低處金屬的電位低于高含氧處的電位，作為陽極而受到腐蝕。溫差電池：高溫部位碳鋼電位低為陽極被腐蝕。銅鋁電極行為和碳鋼相反，低溫部位被腐蝕。第34頁，共62頁，2023年，2月20日，星期日3.3.2金屬腐蝕損傷與破壞的形式均勻腐蝕（a）區(qū)域腐蝕（b）點(diǎn)腐蝕（c）晶間腐蝕（d）均勻腐蝕是腐蝕作用均勻地發(fā)生在整個(gè)金屬表面，是危險(xiǎn)性較小的腐蝕。區(qū)域腐蝕只發(fā)生在金屬表面上局部地方，可使金屬強(qiáng)度大大降低，是危險(xiǎn)性較大的腐蝕。點(diǎn)腐蝕常造成設(shè)備個(gè)別地方穿孔而引起滲漏。晶間腐蝕發(fā)生在金屬晶粒之間，破壞了晶粒間的連續(xù)性，可使金屬材料的機(jī)械強(qiáng)度和塑性劇烈降低，是很危險(xiǎn)的腐蝕。第35頁，共62頁，2023年，2月20日，星期日3.3.3金屬設(shè)備的防腐措施為防止生產(chǎn)設(shè)備被腐蝕，除選擇合適的耐腐蝕材料外，還可以采用多種防腐蝕措施對(duì)設(shè)備進(jìn)行防腐。3.3.3.1襯覆保護(hù)層金屬覆蓋層：用耐腐蝕性能較強(qiáng)的金屬或合金覆蓋在耐腐蝕性能較弱的金屬上，以防止腐蝕的方法。電鍍、噴鍍、滲鍍、熱鍍、襯不銹鋼材里、包不銹鋼等。非金屬覆蓋層：用有機(jī)或無機(jī)物質(zhì)制成的覆蓋層。涂料、塑料、瓷磚等。第36頁，共62頁，2023年，2月20日，星期日3.3.3.2電化學(xué)保護(hù)是通過改變金屬的電極電位來控制金屬腐蝕的方法。⑴陰極保護(hù)：是通過外加電流使被保護(hù)的金屬陰極極化。以控制金屬腐蝕的方法，分為外加電流法和犧牲陽極法。外加電流法是把被保護(hù)的金屬設(shè)備與直流電源的負(fù)極相連，電源的正極和一個(gè)輔助電極相連。當(dāng)電源接通后，電源便給金屬設(shè)備以陰極電流，使金屬設(shè)備的電極電位向負(fù)的方向移動(dòng)，當(dāng)電位降到腐蝕電池的陽極起始電位時(shí)，金屬設(shè)備的腐蝕即可停止。犧牲陽極法是在被保護(hù)的金屬上連接一塊電位更負(fù)的金屬作為犧牲陽極。⑵陽極保護(hù)：技術(shù)復(fù)雜不多用。第37頁，共62頁，2023年，2月20日，星期日3.3.3.3緩蝕劑防止大氣腐蝕所用的緩蝕劑有油溶性緩蝕劑、氣相緩蝕劑和水溶性緩蝕劑。氣相緩蝕劑可揮發(fā)，以充滿包裝容器，沉積在金屬表面上，阻礙腐蝕過程的進(jìn)行。水溶性緩蝕劑主要用于防銹水中，即把零件噴涂或浸漬在含有緩蝕劑的水溶液內(nèi)來防止金屬的腐蝕。緩蝕劑對(duì)某種介質(zhì)能起緩蝕作用，對(duì)其它介質(zhì)可能無效，甚至是有害的，因此要嚴(yán)格選擇合適的緩蝕劑。緩蝕劑分為重鉻酸鹽、過氧化氫、磷酸鹽、亞硫酸鹽、硫酸鋅、磷酸氫鈣等無機(jī)緩蝕劑和有機(jī)膠體、氨基酸、酮類、醛類等有機(jī)緩蝕劑。第38頁，共62頁，2023年，2月20日，星期日3.3.3.4控制環(huán)境⑴充氮封存：將產(chǎn)品封閉在金屬或非金屬容器內(nèi)，用干燥而純凈的氮隔離水和氧使金屬不生銹。⑵采用吸氧劑：在封閉容器內(nèi)控制一定的濕度和露點(diǎn)，以除去大氣中的氧，常用的吸氧劑為硫酸鈉。⑶干燥空氣封存：在密封性良好的容器內(nèi)充以干燥空氣或用干燥劑降低包裝容器內(nèi)的濕度，造成比較干燥的環(huán)境。第39頁，共62頁，2023年，2月20日，星期日3.4常用非金屬材料非金屬材料具有優(yōu)良的耐腐蝕性，分為無機(jī)非金屬材料和有機(jī)非金屬材料。3.4.1無機(jī)非金屬材料3.4.1.1陶瓷陶瓷具有極高的硬度、優(yōu)良的耐磨性，抗拉強(qiáng)度很低但抗壓強(qiáng)度很高，塑性、韌性低，脆性大，化學(xué)穩(wěn)定性高，抗氧化性優(yōu)良。⑴普通陶瓷：是指用粘土、石英、長石等為原料燒結(jié)而成的硅酸鹽材料。質(zhì)地堅(jiān)硬、不氧化、耐腐蝕、不導(dǎo)電、成本低，但強(qiáng)度低、耐熱性及絕緣性不如其他陶瓷。主要用于制造實(shí)驗(yàn)器皿、耐蝕容器、反應(yīng)塔、管道等。第40頁，共62頁，2023年，2月20日，星期日⑵特種陶瓷：①氧化鋁陶瓷：主要成分為Al2O3，耐磨、耐高溫、耐腐蝕、絕緣性良好，但韌性低、脆性大。主要用于耐火材料、磨料、軸承、爐管、熱電偶保護(hù)管等。②氮化硅陶瓷：主要成分為Si3N4，分為熱壓燒結(jié)陶瓷和反應(yīng)燒結(jié)陶瓷。具有高硬度、摩擦系數(shù)小、耐磨性好。熱壓燒結(jié)陶瓷用于切削刀具、高溫軸承等。反應(yīng)燒結(jié)陶瓷用于泵密封環(huán)、熱電偶護(hù)套、高溫軸承、電熱塞等。③碳化硅陶瓷：主要成分為SiC，分為熱壓燒結(jié)陶瓷、常壓燒結(jié)陶瓷和反應(yīng)燒結(jié)陶瓷，具有很高的高溫強(qiáng)度、良好的熱穩(wěn)定性、耐磨、耐腐蝕、耐輻射等，用于石油化工、鋼鐵、機(jī)械、電子、原子能等工業(yè)中。第41頁，共62頁，2023年，2月20日，星期日④氮化硼陶瓷：分為低壓型和高壓型，低壓型結(jié)構(gòu)與石墨相似，又稱白石墨，硬度較低，具有自潤滑性、良好的高溫絕緣性、化學(xué)穩(wěn)定性。用于耐熱潤滑劑、高溫軸承等。高壓型硬度接近金剛石，主要用于磨料和金屬切削刀具。3.4.1.2搪瓷搪瓷由含硅量高的瓷釉通過900℃左右的高溫煅燒，使瓷釉燒在金屬表面。搪瓷具有優(yōu)良的耐腐蝕性能、力學(xué)性能和電絕緣性能，但易碎裂。主要用于反應(yīng)釜、儲(chǔ)罐、塔和閥門等。3.4.1.3玻璃工業(yè)用的玻璃不是一般的鈉鈣玻璃，而是硼玻璃（耐熱玻璃）、高鋁玻璃。玻璃具有良好的熱穩(wěn)定性和耐腐蝕性。用于制作容器、反應(yīng)器等。第42頁，共62頁，2023年，2月20日，星期日砼tóng------混凝土素砼鋼筋砼商砼3.4.1.4水泥水泥屬于硅酸鹽類材料，是常用的建筑材料。牌號(hào)有：325、425、525、625?；炷恋呐铺?hào)有：C10、C20、C30、C35。第43頁，共62頁，2023年，2月20日，星期日3.4.2有機(jī)非金屬材料3.4.2.1工程塑料：塑料是以樹脂為主要成分，添加能改善性能的添加劑制成的。工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的塑料為工程塑料，分為熱塑性材料和熱固性材料。熱塑性材料是由可以經(jīng)受反復(fù)受熱軟化和冷卻凝固的樹脂為基本成分制成的塑料。熱固性塑料是由經(jīng)加熱轉(zhuǎn)化和冷卻凝固后變成不熔狀態(tài)的樹脂為基本成分制成的塑料。①聚乙烯：無毒無味，具有良好的耐化學(xué)腐蝕性和電絕緣性，強(qiáng)度較低、耐熱性不高，易老化、易燃燒。用于化工管道、小負(fù)荷齒輪、軸承等。第44頁，共62頁，2023年，2月20日，星期日②聚氯乙烯：具有較高的強(qiáng)度和剛度，良好的電絕緣性和耐化學(xué)腐蝕性、阻燃但熱穩(wěn)定性較差。軟質(zhì)聚氯乙烯用于軟管、薄膜等。硬質(zhì)聚氯乙烯用于工業(yè)管道系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、防腐設(shè)備和機(jī)械零件。③聚苯乙烯：無毒無味、具有良好的電絕緣性和耐化學(xué)腐蝕性、但不耐苯、汽油等。用于化工儲(chǔ)酸槽、管道的保溫層等。第45頁，共62頁，2023年，2月20日，星期日④聚酰胺：又稱尼龍或錦綸，具有較高的強(qiáng)度、韌性和耐磨性，電絕緣性、耐油性、阻燃性良好。用于軸承、凸輪、齒輪、泵葉輪、高壓密封圈等。⑤聚甲醛：具有良好的強(qiáng)度、韌性、耐磨性、耐疲勞性、電絕緣性和耐化學(xué)腐蝕性，熱穩(wěn)定性差，易燃。用于無潤滑的軸承、齒輪、凸輪以及化工容器等。⑥酚醛塑料：具有良好的耐熱性、耐磨性、耐腐蝕性及電絕緣性。是常用的熱固性塑料。以棉布、玻璃布等為填料制成的層壓酚醛塑料用于制造受力要求較高的機(jī)械零件。第46頁，共62頁，2023年，2月20日，星期日⑦氨基塑料：有較高的表面硬度、絕緣性良好，用于電工材料。⑧聚四氟乙烯塑料：具有優(yōu)異的耐腐蝕性，有塑料王之稱，使用溫度為－100～250℃，用于耐高溫、耐腐蝕的密封元件及高溫管道。3.4.2.2涂料涂料是一種高分子膠體的混合物溶液，涂在物體表面固化后形成保護(hù)層，使物體免遭大氣、酸、堿等介質(zhì)的腐蝕。規(guī)格品種較多，常用的涂料有防銹漆、底漆、大漆、酚醛樹脂漆、環(huán)氧樹脂漆以及某些塑料涂料等。第47頁，共62頁，2023年，2月20日，星期日3.4.2.3橡膠橡膠具有極好的彈性，高的拉伸強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度，有不透水、不透氣、耐酸堿和電絕緣性能等。橡膠是以生膠為主要成分，添加各種配合劑和增強(qiáng)材料制成的。生膠是指無配合劑、未經(jīng)硫化的天然和合成橡膠。硫化劑用來使生膠的結(jié)構(gòu)由線型轉(zhuǎn)化為立體交聯(lián)結(jié)構(gòu)。⑴天然橡膠：由橡膠樹上流出的乳膠提煉而成。具有較好的綜合性能，彈性高，具有良好的耐磨性、耐寒性和工藝性能，電絕緣性良好，但耐熱性差，易老化，不耐油。主要用于制造膠管、輸送帶等。第48頁，共62頁，2023年，2月20日，星期日⑵合成橡膠①丁苯橡膠：由丁二烯和苯乙烯共聚而成。丁苯橡膠比天然橡膠質(zhì)地均勻，耐磨性、耐熱性、耐老化性良好。主要用于制造輪胎、膠板等。②丁基橡膠：由異丁烯和少量異戊二烯低溫共聚而成。具有極好的氣密性，耐老化性、耐熱性和電絕緣性較高，耐水性良好，耐酸堿、有很好的抗多次重復(fù)彎曲的性能；但強(qiáng)度低、易燃、不耐油，對(duì)烴類溶劑的抵抗力差。主要用于制造內(nèi)胎、化工襯里、絕緣材料等。③氯丁橡膠：由氯丁二烯以乳液聚合法而成。具有良好的物理、力學(xué)性能，耐油、耐老化性、耐溶劑性、耐燃性良好。主要用于制作膠管等。第49頁，共62頁，2023年，2月20日，星期日3.4.2.4復(fù)合材料由兩種或兩種以上在物理和化學(xué)上不同的物質(zhì)結(jié)合起來而得到的一種多相固體材料稱為復(fù)合材料。復(fù)合材料的連續(xù)相稱為基體相，主要起黏結(jié)和固定作用。復(fù)合材料的分散相稱為增強(qiáng)相，主要起承受載荷作用。⑴樹脂基復(fù)合材料：是將樹脂浸到纖維和纖維織物上通過成型模具固化而成。①玻璃纖維增強(qiáng)塑料：又稱為玻璃鋼?；w相為樹脂，分散相為玻璃纖維。熱固性玻璃鋼密度小、強(qiáng)度高、耐腐蝕性好。熱塑性玻璃鋼強(qiáng)度比熱固性玻璃鋼低，但韌性、低溫性能良好。主要用于制作容器、儲(chǔ)罐、塔、攪拌器、管道等。第50頁，共62頁，2023年，2月20日，星期日②碳纖維增強(qiáng)塑料：基體相為樹脂，分散相為碳纖維。具有密度小、比強(qiáng)度、比模量高，抗疲勞性、減摩耐磨性、耐腐蝕性、耐熱性優(yōu)良，垂直纖維方向的強(qiáng)度、剛度低。主要用于制造飛機(jī)螺旋槳、機(jī)身、機(jī)翼，化工中的容器、管道，軸承齒輪等。③石棉纖維增強(qiáng)塑料：基體材料主要為酚醛、尼龍、聚丙烯樹脂等，分散相為石棉纖維。其化學(xué)穩(wěn)定性和電絕緣性良好。主要用于閥門、導(dǎo)管、密封件、化工耐蝕件、耐熱件等。第51頁，共62頁，2023年，2月20日，星期日⑵金屬基復(fù)合材料：是將金屬與增強(qiáng)材料利用一定的工藝均勻混合而成，基體相為金屬。常用的金屬有鋁、鈦、鎂等。常用的增強(qiáng)材料為硼纖維、碳纖維、氧化鋁纖維、碳化硅纖維等。金屬基復(fù)合材料具有高的強(qiáng)度、彈性模量、耐磨性、沖擊韌性，好的耐熱性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性，不易燃、不老化。但成本較高，材料工藝復(fù)雜。⑶陶瓷基復(fù)合材料：是將陶瓷與增強(qiáng)材料均勻混合經(jīng)一定工藝制成的。基體相為陶瓷，常用的增強(qiáng)材料有氧化鋁、碳化硅、金屬等。陶瓷基復(fù)合材料具有耐高溫、耐磨、耐蝕、高抗壓強(qiáng)度和彈性模量，但脆性大、抗彎強(qiáng)度低。第52頁，共62頁，2023年，2月20日，星期日3.5非金屬材料的腐蝕與預(yù)防腐蝕是材料由于環(huán)境的作用而引起的破壞和變質(zhì)。在任何情況下都耐腐蝕的材料是不存在的。3.5.1無機(jī)非金屬材料的腐蝕無機(jī)非金屬材料通常具有良好的耐腐蝕性，但因其化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)狀態(tài)以及腐蝕介質(zhì)等原因也能引起腐蝕。第53頁，共62頁，2023年，2月20日，星期日3.5.1.1化學(xué)成分和礦物組成SiO2的含量越高材料的耐酸性越強(qiáng)。但不耐堿。

SiO2+2NaOH→Na2SiO3+H2OSiO2含量較高的耐酸材料，除氫氟酸和高溫磷酸外，能耐所有無機(jī)酸的腐蝕。高溫磷酸與SiO2的反應(yīng)如下：

H3PO4→HPO3+H2O2HPO3→P2O5+H2OSiO2+P2O5→SiP2O7任何濃度的氫氟酸都會(huì)與SiO2反應(yīng)如下：

SiO2+4HF→SiF4↑+2H2OSiF4+2HF→H2[SiF6]含有大量堿性氧化物的材料屬于耐堿材料，與耐酸材料相反，完全不能抵抗酸性材料的腐蝕。第54頁，共62頁，2023年，2月20日，星期日3.5.1.2材料的孔隙與結(jié)構(gòu)孔隙會(huì)降低材料的耐腐蝕性，孔隙的存在會(huì)使材料受腐蝕作用的面積增加，腐蝕還發(fā)生在材料的內(nèi)部，當(dāng)化學(xué)反應(yīng)生產(chǎn)物出現(xiàn)結(jié)晶時(shí)會(huì)使材料產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力而破壞。晶體結(jié)構(gòu)的化學(xué)穩(wěn)定性較無定型結(jié)構(gòu)高。結(jié)晶的二氧化硅具有一定的耐堿性，但無定型的二氧化硅易溶于堿溶液。3.5.1.3腐蝕介質(zhì)硅酸鹽材料的腐蝕速度與酸的濃度和黏度有關(guān)。酸的電離度越大腐蝕作用越大，酸的溫度升高，離解度增大，破壞作用越強(qiáng)。第55頁，共62頁，2023年，2月20日，星期日3.5.2有機(jī)非金屬材料的腐蝕有機(jī)非金屬材料周圍的試劑向材料內(nèi)滲透擴(kuò)散是腐蝕的主要原因，同時(shí)，有機(jī)非金屬材料中的某些組分（增塑劑、穩(wěn)定劑）也會(huì)從材料內(nèi)部向外擴(kuò)散遷移，而溶于介質(zhì)中。有機(jī)非金屬材料的腐蝕過程無電流也不以離子形式溶解，不能用電化學(xué)規(guī)律來說明。主要表現(xiàn)為老化、溶脹與溶解、微生物腐蝕。第56頁，共62頁，2023年，2月20日，星期日3.5.2.1有機(jī)非金屬材料的老化采用高分子材料制作的設(shè)備在戶外使用時(shí)受到日光照射和氧的雙重作用發(fā)生光氧老化。⑴外在的因素：物理因素包括光、熱、高能輻射、機(jī)械作用力等?；瘜W(xué)因素包括氧、臭氧、水（濕氣）、大氣污染物等。①光線：光的波長越短能量越大，波長為290～400nm的近紫外線光波有足夠能量使聚合物激發(fā)或價(jià)鍵斷