常見材料設(shè)備的腐蝕防護(hù)與保溫施工

第二章材料設(shè)備的腐蝕防護(hù)與保溫本章主要內(nèi)容：1、材料設(shè)備的腐蝕與防護(hù)基本原理2、設(shè)備腐蝕防護(hù)技術(shù)3、材料的選用4、保溫目的5、保溫材料介紹6、保溫結(jié)構(gòu)與施工§2.1材料設(shè)備的腐蝕與防護(hù)一、概述腐蝕是材料與它所處環(huán)境介質(zhì)之間發(fā)生作用而引起材料的變質(zhì)和破壞。1、腐蝕的危害腐蝕所造成的危害非常嚴(yán)重：腐蝕不僅會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失、造成資源和能源的嚴(yán)重浪費(fèi)，而且還會(huì)污染人類生存的環(huán)境、引發(fā)災(zāi)難性事故。（1）經(jīng)濟(jì)損失巨大（2）資源和能源浪費(fèi)嚴(yán)重（3）引發(fā)災(zāi)難性事故（4）造成環(huán)境污染2、腐蝕與防護(hù)科學(xué)的發(fā)展（1）遠(yuǎn)在5000年前我們的祖先就采用火漆作為木、竹器的防腐涂層。出土的春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期的武器，有的至今毫無銹蝕，原因是其表面有一層致密的含鉻的黑色氧化物保護(hù)層。如勾踐劍?！?.1材料設(shè)備的腐蝕與防護(hù)（2）18世紀(jì)下半葉開始的工業(yè)革命，促進(jìn)了腐蝕與防護(hù)科學(xué)理論研究的發(fā)展。（3）近30多年來，隨著核能技術(shù)、海洋工程、航空航天、環(huán)境科學(xué)與工程技術(shù)等現(xiàn)代工業(yè)的崛起以及設(shè)備運(yùn)行向高速、高溫、高壓方向的發(fā)展，使原來大量使用著的不銹鋼和高強(qiáng)度合金構(gòu)件不斷出現(xiàn)嚴(yán)重的腐蝕問題，從而促使許多相關(guān)學(xué)科展開了對(duì)腐蝕問題的綜合研究，使今日的腐蝕與防護(hù)科學(xué)發(fā)展成為一門融合了多種學(xué)科的新興邊緣學(xué)科，并形成了包含腐蝕電化學(xué)、腐蝕金屬學(xué)、環(huán)境敏感斷裂力學(xué)、生物腐蝕學(xué)和防護(hù)系統(tǒng)工程學(xué)等許多學(xué)科分支。（4）現(xiàn)在電化學(xué)保護(hù)技術(shù)已在我國(guó)的海洋開發(fā)，石油化學(xué)工業(yè)，地下結(jié)構(gòu)和裝置等方面獲得了極廣泛的應(yīng)用，并逐步走向規(guī)范化、法令化階段；緩蝕劑的理論研究與實(shí)際應(yīng)用，正在建立我國(guó)自己的體系；各種耐蝕材料和表面保護(hù)技術(shù)的開發(fā)及推廣應(yīng)用獲得了很大的發(fā)展；防腐蝕設(shè)計(jì)和防腐蝕技術(shù)管理日益受到普遍的重視?！?.1材料設(shè)備的腐蝕與防護(hù)二、腐蝕與防護(hù)基本原理1、金屬的化學(xué)腐蝕金屬的化學(xué)腐蝕是指金屬與環(huán)境介質(zhì)發(fā)生化學(xué)作用，生成金屬化合物并使材料性能退化的現(xiàn)象。（1）金屬氧化及其氧化膜自然界中除金、鉑等金屬在一般情況下不氧化而呈單質(zhì)形式外，大多數(shù)金屬都以氧化物（礦石）形式存在。除少數(shù)金屬（如鉬、鎢）高溫氧化所生成的氧化物具有揮發(fā)性外，大多數(shù)金屬氧化的結(jié)果都是在其表面上形成一層氧化物固相膜。金屬表面上的氧化膜阻隔了金屬與介質(zhì)之間的物質(zhì)傳遞，將減慢金屬繼續(xù)氧化的速度。但金屬氧化膜要對(duì)金屬起到良好的保護(hù)作用，還必須滿足以下條件：§2.1材料設(shè)備的腐蝕與防護(hù)①生成的金屬膜必須致密、完整，能把金屬表面全部遮蓋住。②金屬氧化物本身是穩(wěn)定、難熔和不揮發(fā)的，不易與介質(zhì)作用而被破壞。③氧化膜與基體結(jié)合良好，有相近的熱脹系數(shù)，不會(huì)自行或受外界作用而剝離脫落。④氧化膜有足夠的強(qiáng)度、塑性，足以經(jīng)受一定的應(yīng)力、應(yīng)變的作用。（2）鋼鐵的氣體腐蝕①高溫氧化：鋼鐵在空氣中加熱，在較低溫度（200~300℃）表面便出現(xiàn)可見的氧化膜。在570℃以下時(shí)，生成的氧化物為結(jié)構(gòu)致密、保護(hù)作用較好的Fe3O4和Fe2O3；溫度超過570℃時(shí)，在氧化膜內(nèi)層生成FeO。FeO的結(jié)構(gòu)疏松，晶格缺陷密度高，金屬離子和氧離子容易遷移，氧化速度急劇增大。溫度高于800℃，表面上就開始形成多孔、疏松的“氧化皮”。②脫碳：脫碳是指在腐蝕過程中，除了生成氧化皮層外，與氧化皮層相連的內(nèi)層滲碳體Fe3C與介質(zhì)中的氧、氫、二氧化碳、水等作用(見P48頁），生成的氣體降低了膜的保護(hù)作用。防止：增加氣體介質(zhì)中CO和CH4的含量或在鋼中添加鋁和鎢?！?.1材料設(shè)備的腐蝕與防護(hù)③氫蝕:溫度超過200~300℃，壓力高于30.4MPa時(shí)，氫將對(duì)鋼產(chǎn)生顯著作用，使鋼劇烈脆化，造成氫蝕。氫蝕包括可逆氫脆和氫蝕兩個(gè)階段。在第一階段是可逆氫脆，氫被鋼的表面所吸收，并以原子狀態(tài)沿晶界向鋼的內(nèi)部擴(kuò)散。雖然這些氫原子并未與鋼的組分起化學(xué)反應(yīng)，也未改變其組織，但卻降低了鋼的韌性，使鋼變脆。在一定條件下韌性又可以部分或全部恢復(fù)。第二階段是氫蝕階段。在該階段，侵入并擴(kuò)散到鋼中的氫與不穩(wěn)定化合物發(fā)生反應(yīng)防止：降低含碳量、加合金元素④鑄鐵的腫脹：鑄鐵的腫脹實(shí)際上是一種晶間氣體腐蝕。腐蝕性氣體沿晶界、石墨夾雜物和細(xì)微裂縫滲入到鑄鐵內(nèi)部，發(fā)生氧化作用。由于氧化物的生成，鑄鐵體積變大，產(chǎn)生腫脹，其強(qiáng)度大大降低。防止：見適量硅（5%—10%）§2.1材料設(shè)備的腐蝕與防護(hù)（3）防止鋼鐵氣體腐蝕的方法a.合金化:元素Cr、Al、Si等改善鋼鐵材料抗氧化性能最有效的合金元素，與氧的親和力比鐵強(qiáng)，在氧化性介質(zhì)中首先與氧結(jié)合形成極穩(wěn)定的Cr2O3、Al2O3、SiO2，這些氧化物結(jié)構(gòu)致密，能夠牢固地與金屬基體結(jié)合，形成有效的保護(hù)層。b.改善介質(zhì):通過設(shè)法改善介質(zhì)成分，可以減輕乃至消除某些特定環(huán)境條件下的腐蝕危害。c.

應(yīng)用保護(hù)性覆蓋層：利用金屬或非金屬涂層將金屬和氣體介質(zhì)隔離開來，是防止氣體腐蝕的有效途徑。實(shí)質(zhì)是抗氧化合金元素的表面合金化。d.耐高溫氧化的陶瓷覆蓋層：采用熱噴涂或等離子噴涂的方法，可以將耐熱氧化物噴涂在金屬表面形成耐高溫氧化的陶瓷覆蓋層，達(dá)到抗高溫氧化的目的。2、金屬的電化學(xué)腐蝕金屬在電解質(zhì)介質(zhì)中所發(fā)生的腐蝕，稱為電化學(xué)腐蝕。§2.1材料設(shè)備的腐蝕與防護(hù)（1）金屬的電化學(xué)腐蝕及發(fā)生條件金屬的電化學(xué)腐蝕原理在本質(zhì)上與熟知的銅－鋅原電池是一樣的，這種引起金屬腐蝕的短路原電池，叫做腐蝕原電池。金屬或合金常常是化學(xué)成分不均一，含有各種雜質(zhì)和合金元素存在組織結(jié)構(gòu)不均一物理狀態(tài)不均一表面氧化（保護(hù)）膜不完整引起金屬表面的電極電位不同，在電解質(zhì)溶液中就形成了腐蝕原電池。根據(jù)化學(xué)熱力學(xué)原理，可以將金屬、金屬離子及金屬氧化物或氫氧化物在水中的氧化-還原電位（E）與溶液的pH值構(gòu)成電位(E)－pH圖，來表示金屬與水的電化學(xué)反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)平衡關(guān)系的圖式，以此判斷金屬在水溶液中的腐蝕傾向、腐蝕產(chǎn)物以及指示防止腐蝕的可能途徑。要避免鐵的腐蝕，其狀態(tài)點(diǎn)就不能落入腐蝕區(qū)，可采取以下幾種措施①將鐵的電極電位降至非腐蝕區(qū)。這就要對(duì)鐵施行陰極保護(hù)。②將鐵的電極電位升高，進(jìn)入鈍化區(qū)。這可使用陽極保護(hù)法或在溶液中添加陽極型緩蝕劑來實(shí)現(xiàn)。③調(diào)整溶液pH值范圍使pH＝8~13，可使鐵進(jìn)入鈍化區(qū)。§2.1材料設(shè)備的腐蝕與防護(hù)（2）極化極化是指原電池由于電流通過，使其陰極和陽極的電極電位偏離其起始電位值的現(xiàn)象。電流流過陰極使陰極電位降低的現(xiàn)象，稱為陰極極化。電流流過陽極使陽極電位升高的現(xiàn)象，稱為陽極極化。顯然，極化減小了電池兩極之間的電位差，導(dǎo)致金屬腐蝕速度的降低。通?？梢詫O化的機(jī)理分為活化極化（電化學(xué)極化）、濃差極化和電阻極化。①活化極化：當(dāng)電流通過電極時(shí)，因電化學(xué)反應(yīng)遲緩，而造成電極電位偏離平衡電位的現(xiàn)象稱為活化極化或電化學(xué)極化。②濃差極化：當(dāng)電流流過電極時(shí)，因電極反應(yīng)物（或反應(yīng)生成物）輸運(yùn)遲緩，而造成電極電位偏離平衡電位的現(xiàn)象稱為濃差極化。③電阻極化：電阻極化是由于在電極表面上生成了具有保護(hù)作用的氧化膜或不溶性的腐蝕產(chǎn)物等引起的?！?.1材料設(shè)備的腐蝕與防護(hù)（3）鈍化鈍化就是金屬與介質(zhì)作用后，失去其化學(xué)活性，變得更為穩(wěn)定的現(xiàn)象。使金屬發(fā)生鈍化的物質(zhì)稱為鈍化劑。①成相膜理論認(rèn)為，當(dāng)金屬溶解時(shí)，可在金屬表面生成一層致密的、覆蓋性良好的固體產(chǎn)物。這些產(chǎn)物作為一個(gè)獨(dú)立的相存在，把金屬和溶液機(jī)械地隔離開來，從而使金屬的溶解速度大大降低，使金屬轉(zhuǎn)入鈍態(tài)。②吸附理論吸附理論認(rèn)為，引起金屬鈍化并不一定要形成固相膜，而只要在金屬表面或部分表面上形成氧或含氧粒子的吸附層。這種吸附層改變了金屬/溶液表面的結(jié)構(gòu)，使金屬反應(yīng)的活化能顯著升高，故金屬同腐蝕介質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)速度將顯著減小?！?.1材料設(shè)備的腐蝕與防護(hù)（4）氫去極化和氧去極化腐蝕電化學(xué)腐蝕中金屬的陽極溶解與介質(zhì)中氧化劑的還原是一對(duì)共軛反應(yīng)。促進(jìn)或抑制陰極過程，便可以促進(jìn)或抑制金屬的陽極溶解。①氫去極化腐蝕：以氫離子還原反應(yīng)為陰極過程的腐蝕稱為氫去極化腐蝕，簡(jiǎn)稱析氫腐蝕。顯然，只有當(dāng)金屬的電極電位較氫電極的平衡電位為負(fù)時(shí)，才有可能發(fā)生析氫腐蝕。氫去極化過程包括以下幾個(gè)步驟：a.水化氫離子脫水H＋·nH2O→H＋＋nH2Ob.形成吸附氫原子H＋＋M(e)→MH（電化學(xué)步驟）c.吸附氫原子脫附MH＋MH→H2＋2M（脫附步驟）d.氫分子形成氣泡，從表面逸出。遲緩放電理論認(rèn)為控制反應(yīng)速度的步驟是放電，而復(fù)合理論認(rèn)為，放電速度很快，控制反應(yīng)的速度地復(fù)合成氫分子的這一步。§2.1材料設(shè)備的腐蝕與防護(hù)影響氫去極化腐蝕的主要因素金屬材料的性狀：金屬材料的本質(zhì)、表面狀態(tài)及金屬陰極相雜質(zhì)都會(huì)影響到金屬的氫去極化腐蝕。材料與表面狀態(tài)不同其氫過電位值不同，氫過電位值愈大，氫去極化腐蝕速度愈小，反之亦然。若雜質(zhì)相的氫過電位很小，就會(huì)加速金屬的腐蝕。pH值減小，氫離子濃度增大，氫電極電位變得更正，加速金屬的腐蝕陰極區(qū)的面積增加，氫過電位減小，陰極極化率降低，析氫反應(yīng)加快，從而導(dǎo)致腐蝕速度增大。溫度升高也使氫過電位減小，而且溫度升高，陽極反應(yīng)和陰極反應(yīng)都將加快，所以腐蝕速度隨溫度的升高而增大?！?.1材料設(shè)備的腐蝕與防護(hù)②氧去極化腐蝕:在中性和堿性溶液中，由于氫離子的濃度較低，析氫反應(yīng)的電位較負(fù)，一般金屬腐蝕過程的陰極反應(yīng)往往不是析氫反應(yīng)，而是溶液中的氧的還原反應(yīng)，此時(shí)腐蝕去極化劑是氧分子。這類腐蝕稱為氧去極化腐蝕，簡(jiǎn)稱吸氧腐蝕。只有當(dāng)金屬的電極電位較氧電極的平衡電位為負(fù)時(shí)，才有可能發(fā)生吸氧腐蝕。氧去極化過程有以下幾個(gè)步驟組成：a.氧通過氣/液界面?zhèn)髻|(zhì)，由空氣進(jìn)入溶液；b.溶解氧通過對(duì)流擴(kuò)散均布在溶液中；c.氧以擴(kuò)散方式通過電極表面的擴(kuò)散層，到達(dá)金屬的表面；d.氧在金屬表面進(jìn)行還原反應(yīng)。§2.1材料設(shè)備的腐蝕與防護(hù)影響氧去極化腐蝕的主要因素：陽極材料電極電位降低則氧去極化腐蝕的速度增大。溶解氧濃度增大，氧去極化腐蝕速度隨之增大。但當(dāng)溶解氧濃度提高到使腐蝕電流密度達(dá)到該金屬的臨界鈍化電流密度時(shí)，金屬將由活化溶解態(tài)向鈍化態(tài)轉(zhuǎn)化，其腐蝕速度就會(huì)顯著降低。溶液流速越大，腐蝕速度也就越大。但當(dāng)流速增大到氧的還原反應(yīng)不再受濃差極化控制時(shí)，腐蝕速度便與流速無關(guān)。對(duì)于可鈍化金屬，金屬便轉(zhuǎn)入鈍態(tài)。鹽濃度的增大，溶液的電導(dǎo)率增大，腐蝕速度將有所提高。但當(dāng)鹽濃度高到一定程度后，腐蝕速度反而會(huì)隨鹽濃度的提高而減慢。溫度升高氧的擴(kuò)散和電極反應(yīng)速度加快，因此在一定溫度范圍內(nèi)，隨溫度升高腐蝕速度加快。但溫度升高又會(huì)降低氧的溶解度（敞口系統(tǒng)），使金屬的腐蝕速度減小。§2.1材料設(shè)備的腐蝕與防護(hù)3、金屬腐蝕破壞的形態(tài)（1）全面腐蝕腐蝕分布在整個(gè)金屬表面，結(jié)果使金屬構(gòu)件截面尺寸減小，直至完全破壞。純金屬及成分組織均勻的合金在均勻的介質(zhì)環(huán)境中表現(xiàn)出該類腐蝕形態(tài)。（2）局部腐蝕腐蝕集中在金屬表面局部地區(qū)，而其它大部分表面幾乎不腐蝕，稱為局部腐蝕?！?.1材料設(shè)備的腐蝕與防護(hù)①電偶腐蝕兩種金屬在同一介質(zhì)中接觸，由于腐蝕電位不相等，因而它們之間便有電偶電流流動(dòng)，使電位較低的金屬溶解速度增加，造成接觸處的局部腐蝕；而電位較高的金屬，溶解速度反而減小，這就是電偶腐蝕，亦稱接觸腐蝕或雙金屬腐蝕。要避免電偶腐蝕首先要正確選取材料，并盡可能消除面積效應(yīng)，添加環(huán)緩蝕劑。正確選材：電偶腐蝕的推動(dòng)力是互相接觸的金屬之間存在電位差。顯然這種電位差越大，電偶腐蝕就越嚴(yán)重。因此，設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免異種合金互相接觸。難以避免接觸時(shí)，應(yīng)盡可能選取電偶序中相距較近的合金，或者對(duì)相異合金施以相同的鍍層。此外，采用絕緣性的表面保護(hù)層以及絕緣材料墊圈等都是防止電偶腐蝕的有效方法。消除面積效應(yīng)：電偶對(duì)中陰極金屬與陽極金屬面積比，對(duì)電偶腐蝕影響極大，大陰極、小陽極的電偶，將使陰極電流密度劇增，造成嚴(yán)重腐蝕添加適當(dāng)?shù)木徫g劑，也可以有效地控制電偶腐蝕。§2.1材料設(shè)備的腐蝕與防護(hù)②小孔腐蝕在金屬表面局部地區(qū)出現(xiàn)向深處發(fā)展的腐蝕小孔，而其余地區(qū)不被腐蝕或者只有很輕微的腐蝕，這種腐蝕形態(tài)稱為小孔腐蝕，簡(jiǎn)稱孔蝕或點(diǎn)蝕?？孜g的影響因素及其控制主要包括以下幾方面的內(nèi)容：合金的成分和組織：孔蝕的敏感性與合金的成分、組織以及冶金質(zhì)量有密切的關(guān)系。介質(zhì)的組成和狀況：大多數(shù)的孔蝕是在含有鹵族元素化合物的介質(zhì)中發(fā)生的，因此，為預(yù)防孔蝕應(yīng)盡量降低介質(zhì)中鹵素。此外，對(duì)溶液進(jìn)行攪拌、循環(huán)或通氣也有利于預(yù)防和減輕孔蝕。緩蝕劑：硝酸鹽、鉻酸鹽、硫酸鹽及堿等能增加鈍化膜的穩(wěn)定性或有利于受損的鈍化膜的再鈍化，因而都是有效防止孔蝕的緩蝕劑。陰極保護(hù)：利用陰極保護(hù)法，使金屬的電極電位控制在孔蝕保護(hù)電位以下，就可以抑制孔蝕?！?.1材料設(shè)備的腐蝕與防護(hù)③縫隙腐蝕

金屬部件在介質(zhì)中，由于金屬與金屬或金屬與非金屬之間形成特別小的縫隙(一般在0.025~0.1mm之間)，使縫隙內(nèi)介質(zhì)處于滯流狀態(tài)，引起縫內(nèi)金屬的加速腐蝕，這種局部腐蝕稱為縫隙腐蝕。縫隙腐蝕的機(jī)理與孔蝕很相似，其區(qū)別主要在于腐蝕的初始段。孔蝕起源于自己開掘的蝕孔內(nèi)，而縫隙腐蝕則發(fā)生在金屬表面既存的縫隙中。在腐蝕形態(tài)上，孔蝕的蝕孔窄而深，而縫隙腐蝕的蝕坑則相對(duì)地廣而淺?？p隙腐蝕的影響因素與孔蝕的相似：控制縫隙腐蝕除可以采取防止孔蝕的相似措施外，設(shè)計(jì)中還應(yīng)盡量注意結(jié)構(gòu)的合理性，盡可能避免形成縫隙和積液的死角。對(duì)不可避免的縫隙，要采取相應(yīng)的保護(hù)措施。另外，盡量控制介質(zhì)中溶解氧的濃度，使溶氧濃度低于5×10－6，這樣在縫隙處就很難形成氧濃差電池，縫隙腐蝕則難以啟動(dòng)?！?.1材料設(shè)備的腐蝕與防護(hù)④晶間腐蝕

腐蝕沿著金屬或合金的晶粒邊界區(qū)域發(fā)展，而晶粒本體的腐蝕很輕微，稱為晶間腐蝕。是一種由材料微觀組織電化學(xué)性質(zhì)不均勻引發(fā)的局部腐蝕。貧化理論認(rèn)為晶界與晶內(nèi)的電極電位的形成，形成一晶界區(qū)為陽極，晶粒本體為陰極的微觀腐蝕電池。晶間腐蝕的控制應(yīng)著眼于材料本身的成分和組織。以奧氏體不銹鋼敏化型晶間腐蝕為例：降低鋼的含碳量穩(wěn)定化處理重新固溶處理⑤選擇性腐蝕多元合金在電解質(zhì)溶液中由于組元之間化學(xué)性質(zhì)的不均云，構(gòu)成腐蝕電池?！?.1材料設(shè)備的腐蝕與防護(hù)（3）應(yīng)力作用下的腐蝕結(jié)構(gòu)和零件的受力狀態(tài)是多種多樣的，如拉伸應(yīng)力、交變應(yīng)力、沖擊力、振動(dòng)力等。不同應(yīng)力狀態(tài)與介質(zhì)協(xié)同作用所造成的環(huán)境敏感斷裂形式各不相同。①應(yīng)力腐蝕開裂:材料在靜應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)共同作用下發(fā)生的脆性開裂破壞現(xiàn)象稱為應(yīng)力腐蝕開裂，簡(jiǎn)稱應(yīng)力腐蝕。應(yīng)力腐蝕是危害最大的腐蝕形態(tài)之一。應(yīng)力腐蝕應(yīng)是電化學(xué)腐蝕和應(yīng)力機(jī)械破壞互相促進(jìn)裂紋的生成和擴(kuò)展的過程。敏感的合金、特定的介質(zhì)和一定的靜應(yīng)力是發(fā)生應(yīng)力腐蝕的三個(gè)必要條件。對(duì)于一定的材料，其應(yīng)力腐蝕只在特定的介質(zhì)中發(fā)生。這種材料與敏感介質(zhì)的組合關(guān)系，稱為應(yīng)力腐蝕體系。應(yīng)力腐蝕的機(jī)理分為陽極溶解和氫脆機(jī)理兩種。§2.1材料設(shè)備的腐蝕與防護(hù)陽極溶解機(jī)理:該機(jī)理認(rèn)為應(yīng)力腐蝕裂紋的形成與擴(kuò)展是陽極通道的形成與其延伸的過程。氫脆機(jī)理:認(rèn)為陰極析氫反應(yīng)在金屬表面形成的吸附氫原子滲入內(nèi)部引起氫脆，是導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕的主要原因。要避免應(yīng)力腐蝕或?qū)?yīng)力腐蝕加以控制，應(yīng)主要考慮以下幾方面的措施：正確選材:根據(jù)介質(zhì)情況正確選材，避免構(gòu)成應(yīng)力腐蝕體系，或者減輕材料對(duì)應(yīng)力腐蝕的敏感性。合理設(shè)計(jì)、改進(jìn)制造工藝：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)盡量減小應(yīng)力集中效應(yīng)，制造工藝應(yīng)避免造成殘余拉應(yīng)力，采取表面強(qiáng)化方法，使零件表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，以期抵消或削弱拉應(yīng)力的作用。改善環(huán)境介質(zhì)：一方面設(shè)法消除或減少介質(zhì)中促進(jìn)應(yīng)力腐蝕的有害物質(zhì)；另一方面可以向介質(zhì)中加入適當(dāng)?shù)木徫g劑。電化學(xué)保護(hù)：外加電流極化，使金屬的電位遠(yuǎn)離應(yīng)力腐蝕敏感區(qū)。但對(duì)氫脆敏感的材料則不能采取陰極保護(hù)。§2.1材料設(shè)備的腐蝕與防護(hù)②腐蝕疲勞:腐蝕介質(zhì)和交變應(yīng)力協(xié)同作用所引起的材料破壞的現(xiàn)象，稱為腐蝕疲勞。同應(yīng)力腐蝕和機(jī)械疲勞相比，腐蝕疲勞的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在：a.腐蝕疲勞沒有真實(shí)的疲勞極限。b.腐蝕疲勞在任何腐蝕介質(zhì)中都可能發(fā)生，但必須交變應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)同時(shí)作用條件下，才能產(chǎn)生腐蝕疲勞。c.腐蝕疲勞性能與載荷頻率、應(yīng)力以及載荷波形有密切關(guān)系。d.腐蝕疲勞裂紋往往是多源的；與應(yīng)力腐蝕相比，腐蝕疲勞裂紋的擴(kuò)展很少有分叉的情況。腐蝕疲勞的控制主要采取以下幾方面的措施。正確選材：一般地講，耐孔蝕的材料腐蝕疲勞性能好；對(duì)應(yīng)力腐蝕敏感的材料，其腐蝕疲勞性能則較差合理設(shè)計(jì)、改進(jìn)制造工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)避免應(yīng)力集中。表面強(qiáng)化處理和表面合金化可以顯著提高腐蝕疲勞性能§2.1材料設(shè)備的腐蝕與防護(hù)改善介質(zhì)條件:如封閉體系中水中的除氧，以及水中添加鉻酸鹽等緩蝕劑均可延長(zhǎng)鋼材的腐蝕疲勞壽命。電化學(xué)保護(hù)：陰極保護(hù)常用于海洋環(huán)境金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕疲勞控制，效果良好。③磨損腐蝕：流體介質(zhì)與金屬之間或金屬零件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，引起金屬局部區(qū)域加速腐蝕破壞的現(xiàn)象稱為磨損腐蝕，簡(jiǎn)稱磨蝕。磨蝕又可分為湍流腐蝕、空泡腐蝕和摩振腐蝕。A)湍流腐蝕：在設(shè)備或部件的某些特定部位，介質(zhì)流速急劇增大形成湍流，由此造成的腐蝕稱為湍流腐蝕。湍流一方面加速了陰極去極化劑的供應(yīng)量，同時(shí)也增加了流體對(duì)金屬表面的切應(yīng)力，若流體中含有固體顆粒，則金屬表面的磨損腐蝕將更加嚴(yán)重。湍流腐蝕的控制可采取合理選材、改善設(shè)計(jì)、降低流速、去除介質(zhì)中的有害成分、覆蓋防護(hù)層和電化學(xué)保護(hù)等多種方法。冷凝管內(nèi)壁湍流腐蝕示意圖空泡腐蝕示意圖§2.1材料設(shè)備的腐蝕與防護(hù)B)空泡腐蝕：流體與金屬構(gòu)件作高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在金屬表面局部區(qū)域產(chǎn)生湍流，且伴隨有氣泡在金屬表面生成和破滅，使金屬呈現(xiàn)與孔蝕類似的破壞特征，這種腐蝕稱為孔泡腐蝕，也稱氣蝕?？刂瓶张莞g的有效方法首先是合理選材；或在構(gòu)件上涂加保護(hù)層；減弱或吸收氣泡破裂時(shí)的高壓沖擊波；提高構(gòu)件表面的光潔度；在構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)水力學(xué)原理，盡可能避免造成壓力突變區(qū)，防止氣泡的生成。C)摩振腐蝕：摩振腐蝕是指在加有荷載的互相緊密接觸的兩構(gòu)件表面之間，由于微小振動(dòng)和滑動(dòng)，使接觸面出現(xiàn)麻點(diǎn)或溝紋，并在其周圍存在著損傷微粒（腐蝕產(chǎn)物）的腐蝕破壞現(xiàn)象。摩振腐蝕也叫微動(dòng)腐蝕、磨損氧化。摩振腐蝕的機(jī)理主要有磨損-氧化和氧化-磨損兩種理論。減少或抑制摩振腐蝕，可采取以下幾方面的措施：阻止接觸面的相對(duì)微動(dòng)在構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)通過增大接觸面的法向應(yīng)力，可阻止相對(duì)微動(dòng)，并添加墊圈以吸收振動(dòng)。另外在安裝與檢修時(shí)，要盡量緊固相接觸的工件?！?.1材料設(shè)備的腐蝕與防護(hù)使用潤(rùn)滑劑:通過潤(rùn)滑作用減小摩擦系數(shù)，減少磨損。表面電鍍:在金屬表面電鍍鎘、鋅等低熔點(diǎn)金屬，能減小摩擦系數(shù)；若電鍍鉻等高熔點(diǎn)金屬，則不易發(fā)生冷焊。提高接觸金屬的硬度:通過合理選材、表面氮化、表層冷變形強(qiáng)化等措施，均可提高接觸面的硬度，從而減輕摩振腐蝕。（4）微生物腐蝕由于介質(zhì)中存在著某些微生物而使金屬的腐蝕過程加速的現(xiàn)象，稱之為微生物腐蝕，也簡(jiǎn)稱為細(xì)菌腐蝕。并非微生物本身對(duì)金屬的腐蝕，而是它們生命活動(dòng)的結(jié)果直接或間接地對(duì)金屬腐蝕過程產(chǎn)生影響。1）微生物對(duì)金屬腐蝕過程的影響主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①代謝產(chǎn)物具有腐蝕作用。如硫酸、有機(jī)酸和硫化物。②改變環(huán)境介質(zhì)條件。如：pH值、溶解氧等。③影響電極極化過程。④破壞非金屬保護(hù)覆蓋層或緩蝕劑的穩(wěn)定性?！?.1材料設(shè)備的腐蝕與防護(hù)2）常見的細(xì)菌腐蝕：①厭氧性細(xì)菌腐蝕:影響地下鋼鐵設(shè)備、構(gòu)件腐蝕性最為重要的厭氧菌是硫酸鹽還原菌（SRB）。這種菌能使硫酸鹽還原成硫化物，而硫化物與介質(zhì)中的碳酸等物質(zhì)作用生成硫化氫，進(jìn)而與鐵反應(yīng)形成硫化鐵，加速了鋼鐵的腐蝕。②好氧性細(xì)菌的腐蝕:指適于并僅能在含有游離氧的環(huán)境中繁殖生存的一類微生物，如硫氧化菌、鐵細(xì)菌、硫代硫酸鹽氧化菌等。以硫氧化菌為例，它可將元素硫和含硫化合物氧化成硫酸，造成腐蝕性極強(qiáng)的環(huán)境，導(dǎo)致材料的快速腐蝕。③厭氧與好氧聯(lián)合作用下的腐蝕：在實(shí)際環(huán)境中，由于好氧菌的腐蝕往往會(huì)造成厭氧的局部環(huán)境，使厭氧菌也得到繁殖，這樣兩類細(xì)菌的腐蝕與繁衍相輔相成，更加速了金屬的腐蝕。細(xì)菌聯(lián)合作用腐蝕的情況很普遍。§2.1材料設(shè)備的腐蝕與防護(hù)3）細(xì)菌腐蝕的控制：原則上凡能夠抑制細(xì)菌繁殖或電化學(xué)腐蝕的措施，都有助于防止或削弱金屬的細(xì)菌腐蝕。采取的措施主要包括：使用殺菌劑或抑菌劑：根據(jù)細(xì)菌種類及介質(zhì)選擇高效、低毒和無腐蝕性的藥劑。改變環(huán)境條件：提高介質(zhì)的pH值及溫度（pH>9.0，溫度T>50℃）、排泄積水、改善通氣條件、減少有機(jī)物營(yíng)養(yǎng)源等。覆蓋防護(hù)層：采用涂覆非金屬覆蓋層或金屬鍍層使構(gòu)件表面光滑、在有機(jī)涂層中加入適量殺菌劑等方法，可避免細(xì)菌的附著，減少細(xì)菌成垢機(jī)會(huì)，防止真菌對(duì)涂層的破壞。陰極保護(hù)：陰極保護(hù)使構(gòu)件表面附近形成堿性環(huán)境，抑制細(xì)菌活動(dòng)?！?.1材料設(shè)備的腐蝕與防護(hù)4、非金屬材料的腐蝕非金屬材料與環(huán)境介質(zhì)作用，性能發(fā)生蛻化，甚至完全喪失使用功能的現(xiàn)象，稱為非金屬材料的腐蝕。非金屬材料的組成和結(jié)構(gòu)與金屬完全不同，兩者的腐蝕原理也有著本質(zhì)的區(qū)別。除石墨外，非金屬材料的導(dǎo)電性很差或完全不導(dǎo)電，所以即使將其置于電解質(zhì)溶液中，也不會(huì)發(fā)生電化學(xué)腐蝕。非金屬材料的腐蝕主要是由物理作用和化學(xué)作用引起的。（1）非金屬無機(jī)材料的腐蝕設(shè)備腐蝕防護(hù)方面涉及的耐蝕非金屬無機(jī)材料，大多屬于硅酸鹽材料。。硅酸鹽搪瓷的腐蝕實(shí)質(zhì)上是搪瓷釉的腐蝕。硅酸鹽搪瓷釉的主要成分為SiO2，并含有多種堿金屬或堿土金屬氧化物。它具有很好的耐酸性，而耐堿性相對(duì)較差?！?.1材料設(shè)備的腐蝕與防護(hù)（2）非金屬有機(jī)材料的腐蝕

非金屬有機(jī)材料的腐蝕與金屬的腐蝕完全不同，其腐蝕過程主要是物理的或化學(xué)的作用，而不是電化學(xué)過程。①物理腐蝕:高分子材料的物理腐蝕就是其在介質(zhì)中的溶解。整個(gè)溶解過程分為溶脹和溶解兩個(gè)階段。非晶態(tài)：線型結(jié)構(gòu)溶脹后能溶解，體型結(jié)構(gòu)只能溶脹晶態(tài)：難溶脹和溶解。防止措施：針對(duì)具體的介質(zhì)條件選材極性原則：非極性的高分子材料不易溶于極性溶劑中；極性高分子材料易溶于非極性溶劑中。溶解度參數(shù)原則：溶解度參數(shù)是一個(gè)近似描述溶劑分子之間或高分子材料大分子鏈間作用力大小的參數(shù)。當(dāng)溶劑溶解度參數(shù)比高分子材料溶解度參數(shù)的差值小于1.7時(shí)為不耐溶劑腐蝕；大于2.5為耐溶劑腐蝕；1.7~2.5為有條件的耐溶劑腐蝕?！?.1材料設(shè)備的腐蝕與防護(hù)②化學(xué)腐蝕:高分子材料的大分子中總含有一些具有一定活性的極性基團(tuán)。這些極性基團(tuán)與特定的介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致了材料性能的改變，從而造成了材料的老化或者裂解破壞，即為高分子材料的化學(xué)腐蝕。水解反應(yīng)：高分子鏈中O、N、Si等原子能與碳原子構(gòu)成極性健，這些極性健能與水發(fā)生水解。氧化反應(yīng)：大分子鏈上存在以被氧化的薄弱環(huán)節(jié)，能與氧等作用而發(fā)生講解。取代反應(yīng)：碳鏈中的氫原子被其它原子或原子團(tuán)所取代。交聯(lián)反應(yīng)：使高分子化合物成為網(wǎng)狀，交聯(lián)度的大小會(huì)影響性能。③微生物腐蝕：微生物（包括真菌、霉菌及細(xì)菌）作用引起的腐蝕。許多高分子材料，如天然橡膠、大部分的含有增塑劑的熱固性塑料和熱塑性塑料等都含有微生物所必需的養(yǎng)分，因此只要有合適的溫度和濕度，微生物便會(huì)在這些材料上生活與繁殖，導(dǎo)致設(shè)備的腐蝕§2.1材料設(shè)備的腐蝕與防護(hù)④應(yīng)力腐蝕:高分子材料的應(yīng)力腐蝕是高分子材料在受力狀態(tài)下所發(fā)生的物理或化學(xué)腐蝕，并使材料在低于正常斷裂應(yīng)力下產(chǎn)生銀紋、裂紋、直至斷裂的現(xiàn)象。應(yīng)力腐蝕不僅與介質(zhì)有關(guān)，也與高分子材料的性質(zhì)有關(guān)。三、設(shè)備腐蝕防護(hù)技術(shù)1、腐蝕防護(hù)設(shè)計(jì)腐蝕防護(hù)設(shè)計(jì)除正確選材外，具體還包括防蝕方法的選擇、防蝕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、防蝕強(qiáng)度設(shè)計(jì)以及滿足防蝕要求的加工方法。（1）防蝕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)同時(shí)考慮腐蝕防護(hù)方面的要求，包括下述原則：①構(gòu)件形狀盡量簡(jiǎn)單、合理簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)件易于采取防腐措施、排除故障，便于維修、保養(yǎng)和檢查。§2.1材料設(shè)備的腐蝕與防護(hù)②避免殘留液和沉積物造成腐蝕設(shè)備、容器出口管及底部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)力求將其內(nèi)部的液體排凈，避免滯留的液體、沉積物造成濃差腐蝕或沉積物腐蝕。構(gòu)件布置要合理，避免水分積存，且要易于油漆和維修。在可能的情況下，貯液容器內(nèi)部應(yīng)盡量設(shè)計(jì)成流線型?！?.1材料設(shè)備的腐蝕與防護(hù)③防止電偶腐蝕在同一結(jié)構(gòu)中應(yīng)盡量采用相同的材料；在必須采用不同金屬組成同一設(shè)備時(shí)，選用在電偶序中相近的材料。不同金屬連接時(shí)，應(yīng)盡量采用大陽極小陰極的有利結(jié)合，避免大陰極小陽極的危險(xiǎn)連接.§2.1材料設(shè)備的腐蝕與防護(hù)④防止縫隙腐蝕在設(shè)備裝置上總是有各種各樣部件的連接，除焊接外還有鉚接、銷釘連接、螺栓連接、法蘭連接等等。這些連接都帶來了大量的縫隙，這些縫隙的存在，對(duì)構(gòu)件的防蝕不利?！?.1材料設(shè)備的腐蝕與防護(hù)為了防止縫隙腐蝕，可采用如下措施：a.盡可能以焊接代替鉚接。b.改善鉚接狀況，在鉚縫中可填入一層不吸潮的墊片。c.容器底部的處置。容器底部不要直接與多孔基礎(chǔ)（如土壤）接觸，要用支座等與之隔離開。d.法蘭連接處墊片不宜過長(zhǎng)，盡量采用不吸濕的材料作墊片。e.避免加料時(shí)溶液飛濺到器壁，引起沉積物下的縫隙腐蝕。因此加料口應(yīng)盡量接近容器內(nèi)的液面。⑤防止液體的湍流腐蝕

設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意避免過度的湍流、渦流。a.設(shè)計(jì)外形和形狀的突變會(huì)引起超流速與湍流的發(fā)生，設(shè)計(jì)中應(yīng)盡避免。b.管線的彎曲半徑應(yīng)盡可能大，盡量避免直角彎曲。c.在高流速接頭部位，不要采用T型分叉結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用曲線逐漸過渡結(jié)構(gòu)§2.1材料設(shè)備的腐蝕與防護(hù)⑥避免應(yīng)力過分集中a.零件在改變形狀或尺寸時(shí)，不應(yīng)有尖角而應(yīng)以圓角過渡；當(dāng)設(shè)備的筒體與容器底的厚度不等而施焊時(shí)，應(yīng)當(dāng)把焊口加工成相同的厚度。b.設(shè)備上盡量減少聚集的、交叉的和閉合的焊縫，以減少殘余應(yīng)力。施焊時(shí)應(yīng)保證被焊接金屬結(jié)構(gòu)能自由伸縮。c.熱交換管的管子與花板的連接采用內(nèi)孔焊接法比漲管法好，這樣既減少縫隙，又減小應(yīng)力腐蝕破裂的危險(xiǎn)性。⑦設(shè)備和構(gòu)筑物的位置要合理

a.設(shè)備裝置的布置應(yīng)盡量避免相互之間可能產(chǎn)生的不利或有害影響，如貯液設(shè)備、液體輸送設(shè)備或排泄設(shè)備應(yīng)與電控設(shè)備留有一定的安全距離。b.電氣控制