金屬腐蝕調(diào)查報告

調(diào)查報告教學院：xxxxxxxxxxxxxxxxxxx班級：xxxxx姓名：xxxxxx學號：xxxxxxx金屬腐蝕調(diào)查報告摘要：本文將從調(diào)查目的出發(fā)，查詢課本和網(wǎng)上資料，敘述了腐蝕的產(chǎn)機理，從而探討了防腐蝕的方法。調(diào)查目的：理解有關(guān)金屬銹蝕的因素和避免金屬銹蝕的辦法。調(diào)查方式：查詢課本和網(wǎng)上資料。調(diào)查內(nèi)容：金屬現(xiàn)狀我們每年要向自然界索取大量的金屬礦物資源，以提取數(shù)以億噸計的金屬。據(jù)有關(guān)資料報道，現(xiàn)在世界上每年因腐蝕而報廢的金屬設(shè)備和材料相稱于年產(chǎn)量的20%~40%。這是多么驚人的數(shù)字呀！避免金屬腐蝕已成為科學研究和技術(shù)領(lǐng)域中的重大問題。腐蝕遍及國民經(jīng)濟各部門，給國民經(jīng)濟帶來巨大的經(jīng)濟損失。20世紀50年代前腐蝕的定義只局限于金屬腐蝕。從50年代后來，許多權(quán)威的腐蝕學者或研究機構(gòu)傾向于把腐蝕的定義擴大到全部的材料。但普通還是指金屬的損壞。由于金屬及其合金至今仍然是最重要的構(gòu)造材料，因此金屬腐蝕還是最引人注意的問題之一。腐蝕給合金材料造成的直接損失巨大。有人統(tǒng)計每年全世界腐蝕報廢的金屬約一億噸,占年產(chǎn)量的20%～40%。并且隨著工業(yè)化的進程,腐蝕問題日趨嚴重化，美國1949年腐蝕消耗(材料消耗和腐蝕)為50億美元，1975年達700億美元，到1985年高達1680億美元，與1949年相比增加了80余倍。預計全世界每年因腐蝕報廢的鋼鐵設(shè)備相稱于年產(chǎn)量的30%。顯然，金屬構(gòu)件的毀壞，其價值遠比金屬材料的價值大的多；發(fā)達國家每年因腐蝕造成的經(jīng)濟損失約占國民生產(chǎn)總值的2-4%；美國每年因腐蝕要多消耗3.4%的能源；我國每年因腐蝕造成的經(jīng)濟損失最少達二百億。腐蝕的巨大危害不僅體現(xiàn)在經(jīng)濟損失上，它還會帶來慘重的人員傷亡、環(huán)境污染、資源浪費、妨礙新技術(shù)的發(fā)展、增進自然資源的損耗。腐蝕機理造成金屬銹蝕的重要因素有化學腐蝕和電化學腐蝕：化學腐蝕重要是由于金屬與氧氣、水等接觸，金屬被氧化，以及其它有腐蝕性的化學物質(zhì)對金屬的腐蝕，如酸雨等；電化學腐蝕是由于原電池原理的腐蝕，這比上一種因素引發(fā)的危害更大，原理是水在金屬物表面形成水膜，溶解氧氣，二氧化碳等物質(zhì)，這時就會形成金屬為負電位的原電池，會使金屬被較快地腐蝕。普通腐蝕的定義是指由于環(huán)境作用引發(fā)的材料破壞。這個定義包含全部的自然存在的和人造的材料，含塑料、陶瓷和金屬。本文的核心是金屬的腐蝕，腐蝕的這個定義涉及到這樣的問題：首先金屬為什么會腐蝕?答案可用熱力學解釋，它告知我們腐蝕過程與否會發(fā)生。第二個問題是腐蝕速率是什么或者管道可使用多長時間?腐蝕動力學能夠提供我們這個問題的答案。從能量的意義上講，當金屬從礦石中提煉出后來就被置位于一種高的能量狀態(tài)。這些礦石是典型的金屬氧化物，例如鋼對應的金屬氧化物是三氧化二鐵(Fe2O3)，鋁對應的則是氧化鋁(Al2O3·H2O)。熱力學的原理之一就是物質(zhì)總是謀求最低的能量狀態(tài)。換句話，許多金屬處在熱力學不穩(wěn)定狀態(tài)并且趨向于謀求一種較低的能量狀態(tài)，也就是說有形成氧化物或者某些其它化合物的趨勢。金屬轉(zhuǎn)化成為低能量氧化物的過程稱為腐蝕。許多普通工程材料在近室溫時的腐蝕發(fā)生在有水(含水)的環(huán)境下并且在性質(zhì)上是電化學性質(zhì)的。以在地下管道上的碳鋼和低合金鋼的腐蝕為例，有水的環(huán)境也被稱為電解質(zhì)，在地下腐蝕狀況下電解質(zhì)就是潮濕的土壤。腐蝕的過程涉及金屬失去電子(氧化作用)的過程（見方程式(1)）而失去的電子被另外的還原反映消耗例如氧和水的還原反映（分別見方程式(2)和(3)）。Fe-Fe2++2e(1)O2+2H2O+4e--4OH-(2)2H2O+2e—H2+2OH-(3)氧化反映普通稱為陽極反映，而還原反映普通被稱為陰極反映。兩個電化學反映對腐蝕的發(fā)生是必不可少的。氧化反映造成金屬的實際損失，但還原反映必須消耗由氧化反映釋放出的電子來維持電荷的中性。否則，大量的負電荷將會在金屬和電解質(zhì)間快速形成并且使腐蝕過程停止。金屬腐蝕的防護辦法（一）改善金屬的本質(zhì)根據(jù)不同的用途選擇不同的材料構(gòu)成耐蝕合金，或在金屬中添加合金元素，提高其耐腐蝕性，能夠避免或減緩金屬的腐蝕。例如，在鋼中加入鎳制成不銹鋼能夠增強防腐蝕能力。（二）形成保護層在金屬表面覆蓋多個保護層，把被保護金屬與腐蝕性介質(zhì)隔開，是避免金屬腐蝕的有效辦法。工業(yè)上普遍使用的保護層有非金屬保護層和金屬保護層兩大類。它們是用化學辦法、物理辦法和電化學辦法實現(xiàn)的。(1)金屬的磷化解決鋼鐵制品去油、除銹后，放入特定構(gòu)成的磷酸鹽溶液中浸泡，即可在金屬表面形成一層不溶于水的磷酸鹽薄膜，這種過程叫做磷化解決。磷化膜呈暗灰色至黑灰色，厚度普通為5-20μm，在大氣中有較好的耐腐蝕性。膜是微孔構(gòu)造，對油漆等的吸附能力強，如用作油漆底層，耐腐蝕性可進一步提高。(2)金屬的氧化解決將鋼鐵制品加到NaOH和NaNO2的混合溶液中，加熱解決，其表面即可形成一層厚度約為0.5-1.5μm的藍色氧化膜(重要成分為Fe3O4)，以達成鋼鐵防腐蝕的目的，此過程稱為發(fā)藍解決，簡稱發(fā)藍。這種氧化膜含有較大的彈性和潤滑性，不影響零件的精度，故精密儀器和光學儀器的部件，彈簧鋼、薄鋼片、細鋼絲等慣用發(fā)藍解決。(3)非金屬涂層用非金屬物質(zhì)如油漆、塑料、搪瓷、礦物性油脂等涂覆在金屬表面上形成保護層，稱為非金屬涂層，也可達成防腐蝕的目的。例如，船身、車廂、水桶等常涂油漆，汽車外殼常噴漆，槍炮、機器常涂礦物性油脂等。用塑料(如聚乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯等)噴涂金屬表面，比噴漆效果更佳。塑料這種覆蓋層致密光潔、色澤艷麗，兼具防腐蝕與裝飾的雙重功效。(4)金屬保護層它是以一種金屬鍍在被保護的另一種金屬制品表面上所形成的保護鍍層。前一金屬常稱為鍍層金屬。金屬鍍層的形成，除電鍍、化學鍍外，尚有熱浸鍍、熱噴鍍、滲鍍、真空鍍等辦法?，F(xiàn)在，隨著科學的進步和發(fā)展，新的技術(shù)不停涌現(xiàn)，例如，熱噴涂防腐技術(shù)的發(fā)展和應用更加豐富了防腐的辦法。(三)電化學保護研究金屬腐蝕的目的是提出高效，價廉而易行的方法，避免或減緩金屬的腐蝕。由于金屬電化學腐蝕的機理復雜，形式多個多樣，影響因素千差萬別，在防腐實踐中，人們研究了多個應對金屬腐蝕的方法和辦法，其中電化學保護，金屬選材和構(gòu)造設(shè)計，覆蓋層保護和緩蝕劑是用的最多的幾個。作為一種有效的防護方法，電化學保護辦法廣泛地應用于船舶，海洋工程，石油，化工等領(lǐng)域，是需要重點理解的辦法之一。電化學保護是金屬腐蝕防護的重要辦法之一,其原理是運用外部電流使被腐蝕金屬電位發(fā)生變化從而減緩或克制金屬腐蝕。電化學保護可分為陽極保護和陰極保護兩種辦法。陽極保護是向金屬表面通入足夠的陽極電流,使金屬發(fā)生陽極極化即電位變正并處在鈍化狀態(tài),金屬溶解大為減緩。陰極保護是向腐蝕金屬表面通入足夠的陰極電流,使金屬發(fā)生陰極極化,即電位變負以制止金屬溶解。陰極保護根據(jù)電流來源不同分為犧牲陽極法和外加電流法兩種辦法。前者犧牲陽極法是將被保護金屬與電位更負的犧牲陽極直接相連，構(gòu)成電流回路，從而使金屬發(fā)生陰極極化。此法是用電極電勢比被保護金屬更低的金屬或合金做陽極，固定在被保護金屬上，形成腐蝕電池，被保護金屬作為陰極而得到保護。后者外加電流法則是運用外加電源,將被保護金屬與電源負極相連,通過輔助陽極構(gòu)成電流回路,使金屬發(fā)生陰極極化。此法重要用于避免土壤、海水及河水中金屬設(shè)備的腐蝕。犧牲陽極普通慣用的材料有鋁、鋅及其合金。此法慣用于保護海輪外殼，海水中的多個金屬設(shè)備、構(gòu)件和避免巨型設(shè)備(如貯油罐)以及石油管路的腐蝕。采用犧牲陽極法進行陰極保護時,保護效果好壞與犧牲陽極材料本身的性能有著直接關(guān)系。犧牲陽極材料必須含有下列條件：(1)電位負,極化小。犧牲陽極的電位一定要比被保護金屬的電位更負,以確保被保護金屬發(fā)生明顯的陰極極化。同時,在工作過程中,犧牲陽極的電位變化要小,不能隨著輸出電流增加發(fā)生較大變化；(2)單位質(zhì)量的陽極放出的電量大；(3)陽極腐蝕小、電流效率高,陽極溶解時產(chǎn)生的電流大部分用于被保護金屬的陰極極化；(4)溶解均勻性良好；(5)價格低廉,來源廣泛,加工方便?，F(xiàn)在研制成功并被廣泛用于鋼鐵設(shè)施陰極保護的犧牲陽極材料有3大類：鎂陽極、鋅陽極和鋁陽極。(四)緩蝕劑法緩蝕劑法是一種慣用的防腐蝕方法,在腐蝕環(huán)境中加入少量緩蝕劑就能和金屬表面發(fā)生物理化學作用,從而明顯減少金屬材料的腐蝕。由于緩蝕劑在使用過程中不必專門設(shè)備,不必變化金屬構(gòu)件的性質(zhì),因而含有經(jīng)濟、適應性強等優(yōu)點,廣泛應用于酸洗冷卻水系統(tǒng)、油田注水、金屬制品的儲運等工業(yè)過程中。緩蝕劑分為無機鹽(如硅酸鹽、正磷酸鹽、亞硝酸鹽、鉻酸鹽等)和有機物(普通是含N、S、O的化合物如胺類、吡啶類、硫脲類、甲醛、丙炔醇等)。緩蝕劑的作用是通過吸附與腐蝕產(chǎn)物生成沉淀而覆蓋在金屬電極表面形成保護膜,從而減緩電極過程的速度,達成緩蝕的目的。緩蝕劑也可分為陽極緩蝕劑和陰極緩蝕劑。陽極緩蝕劑是直接制止陽極表面的金屬進入溶液,或在金屬表面上形成保護膜,使陽極免于腐蝕。如果加入緩蝕劑的量局限性,陽極表面覆蓋不完全,則造成陽極的電流密度增大而使腐蝕加緊,故有時也將陽極緩蝕劑稱為危險性緩蝕劑。陰極緩蝕劑重要克制陰極過程的進行,增大陰極極化,有時也可在陰極上形成保護膜。陰極緩蝕劑則不含有“危險性”。隨著社會進步和人類環(huán)保意識的增強,緩蝕劑的開發(fā)和運用越來越重視環(huán)保的規(guī)定。綠色化學及其技術(shù)將廣泛應用于腐蝕防護領(lǐng)域。CIBA公司已開發(fā)出兩種低毒有機涂層緩蝕劑Irgcor252和Irzcor53。(五)改善腐蝕環(huán)境改善環(huán)境對減少和避免腐蝕有重要意義。例如，減少腐蝕介質(zhì)的濃度，除去介質(zhì)中的氧，控制環(huán)境溫度、濕度等都能夠減少和避免金屬腐蝕。也能夠采用在腐蝕介質(zhì)中添加能減少腐蝕速率的物質(zhì)(稱緩蝕劑)來減少和避免金屬腐