第八章-金屬腐蝕控制方法

1、1,第八章 金屬腐蝕控制方法,.1 合理選用耐腐蝕材料 .2 電化學(xué)保護(hù) .3 緩蝕劑 .4 金屬表面覆蓋層,2,材 料,界 面,環(huán) 境,選用耐蝕材料,覆蓋層技術(shù),電化學(xué)保護(hù)技術(shù),緩蝕劑,4種基本防腐蝕技術(shù)的示意圖,3,.1 合理選用耐腐蝕材料,4,設(shè)備的工作條件介質(zhì)、溫度、壓力 設(shè)備的用途、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn) 材料的性能機(jī)械性能、耐蝕性能 材料的價(jià)格與來源,合理選材，既考慮設(shè)備工藝條件及生產(chǎn)中可能發(fā)生的變化，又要考慮材料結(jié)構(gòu)、性質(zhì)等,5,8.1.1 純金屬的耐蝕性,在恒溫恒壓條件下，反應(yīng)的自由能與電動(dòng)勢(shì)或電位之間可依據(jù)下式轉(zhuǎn)換：,純金屬的熱力學(xué)穩(wěn)定性,標(biāo)準(zhǔn)電極電位越負(fù)，則熱力學(xué)上越不穩(wěn)定,標(biāo)準(zhǔn)電極

2、電位越正，則熱力學(xué)上越穩(wěn)定,6,不同的電極反應(yīng)（形成價(jià)數(shù)不同的離子）有不同的電位 熱力學(xué)上的穩(wěn)定性不但取決于金屬本身，與腐蝕介質(zhì)有關(guān) 除了熱力學(xué)穩(wěn)定性之外，考慮動(dòng)力學(xué)因素 鈍化 鈍態(tài)致密的保護(hù)性良好的腐蝕產(chǎn)物膜,7,金屬的耐蝕性與元素周期表,常見金屬在同一族中金屬的熱力學(xué)穩(wěn)定性隨元素的原子序數(shù)增大而增加 最容易鈍化的金屬位于長(zhǎng)周期的偶數(shù)列IV、VI，原子內(nèi)電子層未被填滿 最活性的金屬位于第I主族，比較不穩(wěn)定的金屬位于第II主族,8,8.1.2 耐蝕材料的合金化原理和途徑,耐蝕合金化途徑的極化圖 (a）提高陽極金屬的平衡電位；（b）增加陰極極化率；（c）增加陽極極化率；（d）加入易鈍化元素使之鈍

3、化；（e）加入強(qiáng)陰極性元素促進(jìn)陽極鈍化；（f）增大腐蝕體系電阻,9,8.1.2.1 合金化提高熱力學(xué)穩(wěn)定性,加入平衡電位較高的合金元素（通常為貴金屬），可使合金的平衡電位升高，增加熱力學(xué)穩(wěn)定性 合金的電位與其成分的關(guān)系無法根據(jù)理論進(jìn)行計(jì)算 塔曼定律或n/8定律合金組分原子分?jǐn)?shù)為n/8（n=1,2,3,4）時(shí)，在某些腐蝕介質(zhì)中，腐蝕速度發(fā)生顯著變化,E0cE0a 腐蝕過程的推動(dòng)力 通過合金化把E0a提高，對(duì)于非鈍化控制的陽極活化溶解過程，使腐蝕電流降低,提高金屬的熱力學(xué)穩(wěn)定性,10,8.1.2.2 合金化阻滯陰極過程,陰極過程的阻滯取決于陰極去極化劑還原過程，合金化阻滯陰極過程可使腐蝕減輕 （1

4、）陰極過程受氧的擴(kuò)散控制的情況 合金化很難改善耐蝕性能 在海水中，不論鋼的組織是馬氏體還是珠光體，是退火態(tài)還是冷加工狀態(tài)，是碳鋼、低合金鋼還是鑄鐵，腐蝕速度都是在0.13mma左右,增加陰極極化率Pc，使陰極反應(yīng)受阻,11,消除或減少陰極面積 減少陰極性組分或第二相夾雜的數(shù)量或面積增加陰極反應(yīng)電流密度增加陰極極化程度 提高耐蝕性 提高陰極析氫過電位 在合金中加入析氫過電位高的元素，增大析氫反應(yīng)的阻力 工業(yè)Zn中常含有電位較高的Fe或Cu等金屬雜質(zhì)，由于Fe、Cu的析氫過電位較低，析氫反應(yīng)交換電流密度高，因而成為Zn在酸中腐蝕的有效陰極區(qū)，加速Zn的腐蝕；相反，加入析氫過電位高的Cd或Hg，由于

5、增加了析氫反應(yīng)的阻力，可使Zn的腐蝕速度顯著降低,（）阻滯析氫腐蝕陰極方法,12,8.1.2.3 合金化阻滯陽極過程,減少陽極相的面積 加入易于鈍化的合金元素 加入陰極性合金元素促進(jìn)陽極鈍化,增加陽極極化率Pa，使陽極過程受阻,13,基體是陰極，而第二相或合金中其它微小區(qū)域（如晶界）是陽極，減少陽極的面積，增加陽極極化電流密度，阻滯陽極過程的進(jìn)行，提高合金的耐蝕性 在海水中，A1Mg合金中的第二相Al2Mg3是陽極，隨著Al2Mg3 逐漸被腐蝕掉，陽極面積減小，腐蝕速度降低 實(shí)用合金中第二相是陽極的情況很少，大多數(shù)合金中的第二相是陰極相,（）減少陽極相的面積,14,加入易鈍化的合金元素，提高合

6、金的鈍化能力，自然環(huán)境里保持鈍態(tài)最有效的途徑 工業(yè)合金的主要基體金屬（Fe、Al、Mg、Ni等）在特定的條件下都能夠鈍化，但鈍化能力還不夠高 例如Fe要在強(qiáng)氧化性條件下才能自鈍化，而在一般的自然環(huán)境里（如大氣、水介質(zhì)）不鈍化 若加入易鈍化的合金元素Cr的量超過12時(shí)，便可在自然環(huán)境里保持鈍態(tài)，即所謂的不銹鋼,（）加入易于鈍化的合金元素,15,對(duì)于有可能鈍化的腐蝕體系（合金與腐蝕環(huán)境），加入強(qiáng)陰極性合金元素，提高陰極效率，使腐蝕電位正移，合金進(jìn)入穩(wěn)定的鈍化區(qū) 可加入的陰極性合金元素主要是一些電位較正的金屬，如Pd、Pt及其它Pt族金屬,（）加入陰極性合金元素促進(jìn)陽極鈍化,16,與易鈍化元素的合金

7、化（如Fe中加Cr）需要加入較大量合金組分不同，加入陰極性元素的合金化只需很少（0.10.5），二者同時(shí)加入，將是獲得高耐蝕合金的最有效方法 這種方法只適用于可鈍化的腐蝕體系。例如灰口鑄鐵中含有石墨，在20的10硝酸中，石墨的存在使基體Fe處于鈍態(tài)。而碳鋼則不能自鈍化，在鹽酸中，F(xiàn)e無法鈍化，石墨反而使腐蝕增加,17,8.1.2.4 合金化增大腐蝕體系的電阻,與基體金屬形成固溶體，合金滿足對(duì)力學(xué)性能的要求 生成的含有這些元素的腐蝕產(chǎn)物不溶于腐蝕介質(zhì)、電阻較高、致密完整 典型的應(yīng)用：加入Cu、P、Cr等元素的低合金耐候鋼,加入合金中的一些元素能夠促使合金表面生成具有保護(hù)作用的腐蝕產(chǎn)物，降低腐蝕電

8、流,對(duì)合金元素和腐蝕產(chǎn)物的要求,18,19,8.1.3 耐蝕合金設(shè)計(jì)特點(diǎn),腐蝕過程復(fù)雜，研制耐蝕合金途徑多 根據(jù)環(huán)境選擇最適宜的合金或者研制新的耐蝕合金 合金成分變化的目的是在給定的條件下，增強(qiáng)合金耐蝕性的主要控制因素,20,.2 電化學(xué)保護(hù),21,采取三種措施使B處金屬離開腐蝕區(qū),升高電位：使B點(diǎn)向上移動(dòng)到鈍化區(qū)陽極鈍化保護(hù)技術(shù) 提高溶液的pH：使B點(diǎn)向右移動(dòng)到鈍化區(qū)自鈍化技術(shù) 降低電位：使B點(diǎn)向下移動(dòng)到穩(wěn)定區(qū)陰極保護(hù)技術(shù),Fe-H2O體系電位pH圖,22,陰極保護(hù) 利用外加電流或犧牲陽極法對(duì)金屬施加外加陰極電流以減小或防止金屬腐蝕的一種電化學(xué)保護(hù)方法,8.2.1 陰極保護(hù),陰極保護(hù)示意圖(

9、a)腐蝕電池(b)陰極保護(hù) A陽極，C陰極，AA輔助陽極,23,8.2.2 陰極保護(hù)的原理,Fe,HCl,陽極：,Fe Fe2+ + 2e,陰極：,ia,ic,當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定時(shí),24,當(dāng)被保護(hù)金屬陰極極化到腐蝕微電池的陽極平衡電位 時(shí)此時(shí) 為零，金屬得到了完全保護(hù),s,Ec,d,Ea,ia,ic,ia,當(dāng)通以外加陰極電流使金屬從腐蝕電位由Ecorr極化至E1時(shí)，金屬微電池陽極腐蝕電流由icorr降低至ia1，微陰極電流為ic1，外加陰極電流為id,E,i,25,向金屬通入電子，以供去極化劑還原反應(yīng)所需，從而使金屬氧化反應(yīng)(失電子反應(yīng))受到抑制。金屬氧化反應(yīng)速度降低到零，金屬表面只發(fā)生去極化劑陰極反

10、應(yīng),26,8.2.3 陰極保護(hù)的主要參數(shù),保護(hù)電位對(duì)應(yīng)的外加極化電流密度,保護(hù)電位Epr,陰極保護(hù)時(shí)使金屬停止腐蝕所需的電位,使金屬的腐蝕速度降低到零，達(dá)到“完全保護(hù)”(即保護(hù)度P =100%)，即取Epr = Ee,a（陽極反應(yīng)平衡電位）為保護(hù)電位,最小保護(hù)電流密度ipr,在兩個(gè)保護(hù)參數(shù)中，保護(hù)電位是基本的控制指標(biāo),27,1保護(hù)電位的確定,金屬在給定電解質(zhì)溶液中的平衡電位,保護(hù)電位,鐵在腐蝕時(shí)，溶于溶液中成為兩價(jià)離子,鐵離子同氫氧根離子相互作用，生成難溶的氫氧化亞鐵,Fe2+ 2OH- Fe(OH)2 （沉淀反應(yīng)）,對(duì)于pH值=5.5-10的介質(zhì)，計(jì)算得出鐵的保護(hù)電位在-0.38至-0.64

11、V(SHE),Fe Fe2+ 2e,28,從保護(hù)效果來講，Epr越負(fù)越好 析氫反應(yīng)的影響析氫使極化電流密度迅速增大，保護(hù)效益降低；析氫還可能造成對(duì)設(shè)備金屬材料的危害，如氫脆問題，以及對(duì)金屬表面涂層的破壞,確定保護(hù)電位時(shí)應(yīng)考慮兩個(gè)方面的因素,29,比最小保護(hù)電流密度小，則不能達(dá)到完全保護(hù) 過大，耗電量大，不經(jīng)濟(jì)；超過一定范圍時(shí)，保護(hù)作用降低，即過保護(hù) 正保護(hù)效應(yīng)由于外加陰極極化而使金屬本身微電池腐蝕減小的現(xiàn)象 負(fù)保護(hù)效應(yīng)由于外加陰極極化而使金屬本身微電池腐蝕更嚴(yán)重的現(xiàn)象 （過保護(hù)）,保護(hù)電流密度的確定,過保護(hù)原因,過大的外加陰極電流密度導(dǎo)致溶液中H+在被保護(hù)金屬上放電，析出的H2促使溶液中pH值

12、升高，破壞金屬表面的保護(hù)涂層 析出的氫原子可能導(dǎo)致鋼鐵的氫脆,30,3最小保護(hù)電流密度的影響因素,最小保護(hù)電流密度取決于被保護(hù)金屬種類、表面狀態(tài)（有無保護(hù)膜、膜的完整程度）、介質(zhì)條件（組成、濃度、溫度、流速） 介質(zhì)的腐蝕性越強(qiáng)，陰極極化程度越低，需要的保護(hù)電流密度越大 增加腐蝕速度、降低陰極極化的因素，如溫度升高、壓力增大、流速加快等，都使最小保護(hù)電流密度增加 最小保護(hù)電流密度由實(shí)驗(yàn)測(cè)得,31,8.2.4 陰極保護(hù)方法(根據(jù)外電流供給的方式不同),外加陰極電流法,犧牲陽極法,被保護(hù)金屬與直流電源的負(fù)極連接，通過外加陰極電流使金屬陰極極化的方法,被保護(hù)金屬結(jié)構(gòu)上連接電位更負(fù)的金屬作為犧牲陽極，所

13、需保護(hù)電流是由犧牲陽極的溶解所提供,32,.2.4.1 犧牲陽極陰極保護(hù),犧牲陽極法陰極保護(hù)示意圖,33,埋地管道犧牲陽極法陰極保護(hù)示意圖,34,犧牲陽極的形式種類,35,施工現(xiàn)場(chǎng)-陽極和管道通電焊接,36,陰極保護(hù)測(cè)試裝置,37,犧牲陽極材料的要求,陽極的電位要足夠負(fù)，即與被保護(hù)金屬之間的有效電位差（驅(qū)動(dòng)電位）要大 使用過程中電位要穩(wěn)定，陽極極化要小，表面不產(chǎn)生高阻抗，溶解均勻 單位質(zhì)量的陽極材料所發(fā)生的電量要大，即每產(chǎn)生1A.h的電量所溶解的陽極材料的質(zhì)量要小 自腐蝕電流?。宏枠O上陽極反應(yīng)電流應(yīng)大部分流到受保護(hù)的陰極，少量在陽極上發(fā)生陰極反應(yīng)，即電流效率高 鑄造、成型加工容易，來源充分，價(jià)

14、格便宜,常用的犧牲陽極材料,鋁合金,鎂合金,鋅合金,38,犧牲陽極陰極保護(hù)系統(tǒng)的填充料,減小電流流通時(shí)的電阻：電流大，效率高 阻止在犧牲陽極表面形成鈍化層，避免電位增加 使?fàn)奚枠O溶解均勻,填充料,犧牲陽極用于保護(hù)地下金屬構(gòu)件時(shí)，往往在其周圍填充一層導(dǎo)電性良好的物料,作用,填充料的組成,膨潤(rùn)土,石膏,硅藻土,硫酸鈉,使陽極腐蝕均勻,保持水分,降低電阻率,39,8.2.4.2 外加電流陰極保護(hù),外加電流陰極保護(hù),被保護(hù)金屬與直流電源的負(fù)極連接，通過外加陰極電流使金屬陰極極化的方法,外加電流保護(hù)法 箭頭表示電流方向,直流電源,輔助陽極,腐蝕介質(zhì),被保護(hù)設(shè)備,外加電流法陰極保護(hù)示意圖,40,管道外加

15、電流法陰極保護(hù)系統(tǒng),41,（）輔助陽極材料,導(dǎo)電性能良好，陽極與電解液之間的電阻率低 排流量大 耐腐蝕，消耗量小，壽命長(zhǎng) 具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，耐磨損，耐沖擊和震動(dòng)，可靠性高 易于加工成各種形狀 材料易獲得，價(jià)格便宜,在外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)中與直流電源正極連接的外加電極稱為輔助陽極，其作用是使電流從陽極經(jīng)過介質(zhì)流到被保護(hù)結(jié)構(gòu)的表面上,輔助陽極材料性能,輔助陽極材料,42,（）參比電極,在長(zhǎng)期使用時(shí)電位穩(wěn)定，重現(xiàn)性好，不易極化 容易制作，安裝和使用方便 使用壽命長(zhǎng)，并有一定的機(jī)械強(qiáng)度,用來測(cè)量被保護(hù)結(jié)構(gòu)的電位并向控制系統(tǒng)傳送訊號(hào)，以便調(diào)節(jié)保護(hù)電流的大小，使結(jié)構(gòu)的電位處于給定的范圍內(nèi),參比電極必須具

16、有下列性能,參比電極,常用的參比電極,銀/氯化銀電極,鋅及鋅合金電極,銅/硫酸銅電極,甘汞電極,（中性介質(zhì)）,（土壤、中性介質(zhì)）,（Cl-穩(wěn)定的中性介質(zhì)）,43,電流和電壓可調(diào) 適用范圍廣 用于要求大電流的情況 使用不溶性陽極時(shí)裝置耐久,. 外加電流的陰極保護(hù),(1)優(yōu)點(diǎn),(2)缺點(diǎn),需要經(jīng)常檢修和維護(hù) 要求有直流電源設(shè)備 可能產(chǎn)生干擾腐蝕,8.2.4.3 外加電流與犧牲陽極法陰極保護(hù)的優(yōu)缺點(diǎn),44,(1)優(yōu)點(diǎn),(2)缺點(diǎn),2. 犧牲陽極的陰極保護(hù),不用外加電流，適用于電源困難場(chǎng)合 施工簡(jiǎn)單，管理方便 對(duì)附近設(shè)備無干擾，適用于需要局部保護(hù)的地方,產(chǎn)生的有效電位差和輸出電流量有限，適用于需要小電

17、流的場(chǎng)合 調(diào)節(jié)電流困難 陽極消耗大，需要定期更換,45,8.2.5 最佳保護(hù)參數(shù),(1)保護(hù)程度P,(2)保護(hù)效率Z,未加陰極保護(hù)時(shí)金屬的腐蝕電流密度,陰極保護(hù)時(shí)金屬的腐蝕電流密度,陰極保護(hù)時(shí)外加的電流密度,46,(3)陰極保護(hù)時(shí)電位的負(fù)移(E),ia/icorr的減小以及iappl/icorr的增大，E增加，P卻不斷提高，而Z卻隨之下降 達(dá)到完全的保護(hù)，不一定是適宜的 保護(hù)程度還受到一些因素的限制，例如電極電位和電流密度等 在被保護(hù)結(jié)構(gòu)表面上電流密度的分布往往是不均勻的。所以在靠近陽極和遠(yuǎn)離陽極的地方，這些參數(shù)的值會(huì)有顯著的差別,47,(4)實(shí)施陰極保護(hù)的一般過程,測(cè)量陰極極化曲線,確定保護(hù)

18、電位和相應(yīng)的保護(hù)電流密度,計(jì)算保護(hù)度 （失重法）,48,地下輸油、氣管線 地下電纜 艦船 海上采油平臺(tái) 石油化工設(shè)備 防止某些金屬的SCC、腐蝕疲勞、黃銅脫鋅等,8.2.6 陰極保護(hù)應(yīng)用范圍,腐蝕體系的陰極極化率大，陽極極化率小(即陰極極化曲線陡而陽極極化曲線平)，則隨著電位負(fù)移，金屬腐蝕速度減小快，而保護(hù)電流密度增加慢，保護(hù)效益也就較大,49,陽極保護(hù) 在一定的電解質(zhì)溶液中將金屬進(jìn)行陽極極化至一定電位，如果在此電位下金屬能建立起鈍態(tài)并維持鈍態(tài)，則陽極過程受到抑制，使金屬的腐蝕速度顯著降低，設(shè)備得到保護(hù),8.2.7 陽極保護(hù)(anodic protection),50,1,2,4,3,- +,

19、陽極保護(hù)示意圖,1直流電源 2被保護(hù)設(shè)備 3輔助陰極 4腐蝕介質(zhì),51,1. 陽極保護(hù)的原理,利用某些金屬陽極極化時(shí)能夠變成鈍態(tài)的現(xiàn)象,陽極保護(hù)的關(guān)鍵,使金屬表面建立鈍態(tài)并維持鈍態(tài),判斷腐蝕體系能否采用陽極保護(hù)，先利用恒電位法測(cè)得它的陽極極化曲線，如果陽極極化曲線有鈍化特征，則有可能采用陽極保護(hù)技術(shù),52,金屬鈍化過程的陽極極化曲線,53,2. 陽極保護(hù)的主要參數(shù),致鈍電流密度,維鈍電流密度,鈍化區(qū)的電位范圍,54,（1）致鈍電流密度,如鈍化時(shí)間越長(zhǎng)，所需電流密度越小 如鈍化時(shí)間越短，所需要的電流密度越大,鈍化膜的生成需要一定的電量,（2）維鈍電流密度,穩(wěn)定鈍化區(qū)電位下的外電流密度，是使金屬在

20、給定環(huán)境條件下維持鈍態(tài)所需的電流密度 維鈍電流密度即金屬的腐蝕電流密度，反映出陽極保護(hù)的效果 維鈍電流密度反映電能消耗的大小,55,（3）鈍化區(qū)電位范圍,鈍化區(qū)的電位范圍反映在陽極保護(hù)過程中允許被保護(hù)金屬的電位變化的范圍 鈍化區(qū)的范圍越寬，在操作運(yùn)行的過程中不會(huì)受外界電位的變化造成金屬的活化或過鈍化,56,3. 陽極保護(hù)的應(yīng)用條件,致鈍電流密度不應(yīng)過大鈍化時(shí)間長(zhǎng)，造成金屬的活化溶解 鈍化電位范圍不應(yīng)過小難于控制金屬的電位，受外界的影響大，對(duì)外電源的要求高 維鈍電流密度應(yīng)小如果維鈍電流密度大，金屬的腐蝕速度大，陽極保護(hù)的效果不好，且電能的消耗大 致鈍電流密度過大、鈍化范圍過小，維鈍電流密度大，不

21、適合采用陽極保護(hù)方法,57,4. 陽極保護(hù)系統(tǒng),輔助陰極,直流電源,測(cè)量和控制保護(hù)電位的參比電極,58,陰極保護(hù)與陽極保護(hù)的比較,59,.3 緩蝕劑,60,V0無緩蝕劑時(shí)材料的腐蝕速度 V有緩蝕劑時(shí)材料的腐蝕速度,8.3.1 緩蝕劑,在腐蝕環(huán)境中以適當(dāng)濃度和形式(一般是很少的量)添加某種物質(zhì)，能使金屬的腐蝕速度大大降低，這種物質(zhì)就叫緩蝕劑(即腐蝕抑制劑),緩蝕劑,緩蝕效率,61,8.3.2 緩蝕劑的種類,（1）按作用機(jī)理分,陽極型緩蝕劑（危險(xiǎn)緩蝕劑 ）,陰極型緩蝕劑（安全緩蝕劑 ）,混合型緩蝕劑,靠阻礙陽極過程降低腐蝕反應(yīng)速度，使被保護(hù)金屬電位向正值方向移動(dòng),靠阻礙陰極過程降低腐蝕反應(yīng)速度，使

22、被保護(hù)金屬電位向負(fù)值方向移動(dòng),同時(shí)阻礙陽極和陰極過程來降低腐蝕反應(yīng)速度，被保護(hù)金屬電位可能變化不大,62,Icor Icor I,Ecor Ecor,陰極極化率Pc增大,Icor Icor I,陰極極化率 Pc陽極極化率Pa都增大,Icor Icor I,陽極極化率 Pa增大,Ecor Ecor,Ecor Ecor,E,E,E,陽極型緩蝕劑,陰極型緩蝕劑,混合極型緩蝕劑,63,（2）按保護(hù)膜的形式分,氧化膜形式 （危險(xiǎn)緩蝕劑 ）,沉淀膜形式 （安全緩蝕劑 ）,吸附膜形式,靠生成致密氧化物膜降低腐蝕反應(yīng)速度,靠沉淀反應(yīng)在金屬表面形成保護(hù)膜來降低腐蝕反應(yīng)速度,緩蝕劑吸附在金屬表面，改變金屬表面性質(zhì)

23、，從而防止腐蝕,64,三種緩蝕劑保護(hù)膜,65,（3）按使用環(huán)境分,水溶性和油溶性,中性和酸性,液相和氣相,66,（4）按被保護(hù)材料分,鋼鐵緩蝕劑,銅緩蝕劑,鋁緩蝕劑,67,鈍化劑屬于陽極型緩蝕劑，能促使金屬表面轉(zhuǎn)變?yōu)殁g態(tài)，生成保護(hù)性的氧化物膜，使金屬腐蝕速度大大降低 鈍化劑本身就具有氧化性，如鉻酸鹽、亞硝酸鹽 ,氧也是一種鈍化劑 鈍化劑的緩蝕率很高，但用量必須足夠。如果加入劑量不足，可能導(dǎo)致腐蝕加速或發(fā)生孔蝕，評(píng)價(jià)鈍化劑性能的一個(gè)重要指標(biāo)是“臨界致鈍濃度”，即在給定體系中使金屬鈍化所需的鈍化劑最低濃度 臨界致鈍濃度愈小，鈍化劑性能愈好,(1)陽極型緩蝕劑(鈍化劑),8.3.3 常用的緩蝕劑,6

24、8,E,lg i,陽極極化曲線向左下方移動(dòng),陰極極化曲線向右上方移動(dòng),促進(jìn)陰極反應(yīng),抑制陽極反應(yīng),鈍化劑的作用機(jī)理,69,(2) 陰極型緩蝕劑,陰極型緩蝕劑的作用在于增大腐蝕電池的陰極極化，使陰極反應(yīng)速度降低，從而減小金屬的腐蝕 有些陰極型緩蝕劑能減小氫離子還原反應(yīng)的交換電流密度，使析氫反應(yīng)變得困難 。如硫化物、砷化物等。這類化合物可能導(dǎo)致金屬的氫損傷(氫鼓泡、氫脆等)，而且大都有毒，所以酸溶液中已很少使用 有些陰極型緩蝕劑能夠在腐蝕電池的陰極區(qū)形成沉淀膜，使陰極區(qū)面積減小，陰極極化增強(qiáng),70,（3）沉淀型緩蝕劑,指通過金屬表面形成沉淀膜來發(fā)揮作用的一類緩蝕劑 在沉淀型緩蝕劑中，聚磷酸鹽是重要

25、的一類。目前應(yīng)用較多的三聚磷酸鈉(Na5P3O10)、六偏磷酸鈉(Na6P6O18) 沉淀型緩蝕劑常稱為“安全緩蝕劑”，用量不足不會(huì)增加金屬的腐蝕 沉淀型緩蝕劑的保護(hù)效果一般不如鈍化劑 有可能造成熱交換器表面結(jié)垢，影響傳熱,71,（4）吸附型緩蝕劑,吸附型緩蝕劑的緩蝕作用大多是通過在金屬表面形成吸附膜來實(shí)現(xiàn) 吸附型緩蝕劑大多含氮或硫，或者二者都有，多為有機(jī)物，如硫醇、硫醚 、胺類和有機(jī)胺的鹽類 、硫脲及其衍生物等,72,(a)吸附膜的緩蝕作用機(jī)制,有機(jī)緩蝕劑都含有極性基團(tuán)和非極性基團(tuán)。前者是親水性的，后者是疏水性的(或親油性的) 極性基團(tuán)通過物理吸附或化學(xué)吸附作用吸附在金屬表面上，改變了金屬表

26、面的電荷狀態(tài)和界面性質(zhì)，使能量狀態(tài)穩(wěn)定化，從而降低了腐蝕反應(yīng)傾向(能量障礙) 同時(shí)，非極性基團(tuán)形成一層疏水性的保護(hù)膜，阻礙腐蝕性物質(zhì)向金屬表面移動(dòng)(移動(dòng)障礙),73,(b)緩蝕機(jī)理主要有兩種類型,幾何覆蓋效應(yīng)指吸附膜將金屬表面與酸溶液隔離開，在覆蓋了緩蝕劑吸附膜的金屬表面部分，電極反應(yīng)不能進(jìn)行；而未覆蓋表面部分電極反應(yīng)按原來的歷程進(jìn)行 負(fù)催化效應(yīng)指緩蝕劑覆蓋了金屬表面的活性位置，使電極反應(yīng)的活化能位壘升高，電極反應(yīng)速度降低,74,（5）氣相緩蝕劑(VPI),氣相緩蝕劑主要用于減輕金屬設(shè)備和部件的大氣腐蝕。其作用機(jī)理是汽化以后，和空氣中的濕氣一起凝結(jié)在金屬表面，形成液膜 為了使氣相緩蝕劑能有效發(fā)

27、揮作用，使用空間應(yīng)當(dāng)是封閉的，如包裝箱、倉庫 氣相緩蝕劑應(yīng)當(dāng)有比較大的蒸汽壓，容易揮發(fā)充滿金屬設(shè)備所在空間,75,8.3.4 緩蝕劑的協(xié)同效應(yīng),幾種物質(zhì)分別單獨(dú)加入介質(zhì)中時(shí)效果不大，甚至沒有緩蝕作用，而將它們按某種配方復(fù)合加入，則可能產(chǎn)生很高的緩蝕效率。這種現(xiàn)象稱為緩蝕劑的協(xié)同效應(yīng)(或協(xié)同作用) 相反，復(fù)合加入時(shí)緩蝕效果反而降低，稱為負(fù)協(xié)同效應(yīng) 協(xié)同效應(yīng)不是簡(jiǎn)單的加和，而是相互促進(jìn),76,8.3.5 緩蝕劑緩蝕效果的評(píng)價(jià)方法,（1）失重法,V0無緩蝕劑時(shí)材料的腐蝕速度 V有緩蝕劑時(shí)材料的腐蝕速度,緩蝕效率,77,（2）電化學(xué)方法,無緩蝕劑時(shí)材料的腐蝕速度 有緩蝕劑時(shí)材料的腐蝕速度,緩蝕效率,7

28、8,4-4未加緩蝕劑， 1-1、2-2、3-3加緩蝕劑,Ec1,Ec2,E,Ec3，Ec4,lgic3,lgi,1,4,3,1,2,3,4,2,極化曲線法評(píng)價(jià)緩蝕劑的緩蝕效果,lgic1,lgic2,lgic4,79,ic1、ic2、ic3均小于ic4，3-3曲線表示的緩蝕劑其緩蝕效率最高，1-1曲線表示的緩蝕劑次之， 2-2曲線表示的緩蝕劑的效率最差 Ec1由Ec4向負(fù)方向移動(dòng)，1-1表示的緩蝕劑是抑制陰極過程 與Ec4相比，腐蝕電位Ec2向正方向的移動(dòng)，2-2表示的緩蝕劑是抑制陰極過程 Ec3與Ec4變化不大，3-3表示的緩蝕劑同時(shí)抑制陰極過程和陽極過程,80,8.3.6 緩蝕劑應(yīng)用的幾個(gè)

29、問題,要根據(jù)腐蝕體系的具體情況選擇有效的緩蝕劑，因?yàn)榫徫g劑的保護(hù)效果具有選擇性 要通過試驗(yàn)確定緩蝕劑的最佳投效劑量和最佳使用條件 緩蝕劑對(duì)生產(chǎn)過程可能不利影響：如：起泡，形成乳狀液；使銹皮疏松脫落而導(dǎo)致管線阻塞；造成新的腐蝕問題 ；結(jié)垢而影響傳熱，這主要指沉淀型緩蝕劑,81,緩蝕劑對(duì)設(shè)備材質(zhì)是否會(huì)造成損害 緩蝕劑的毒性和環(huán)境污染是一個(gè)重要問題 在實(shí)際生產(chǎn)系統(tǒng)中緩蝕劑的流失是造成失效的常見原因 進(jìn)行緩蝕劑保護(hù)效果的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，開發(fā)高效而價(jià)廉的緩蝕劑品種 為了保證緩蝕劑使用有效而經(jīng)濟(jì)，應(yīng)對(duì)保護(hù)效果進(jìn)行監(jiān)測(cè)，避免緩蝕劑濃度不足達(dá)不到保護(hù)效果，或者緩蝕劑加入過多造成浪費(fèi),82,.4 金屬表面覆蓋層,83,8.4.1 覆蓋層保護(hù)的特點(diǎn),基底材料和覆層材料組成復(fù)合材料，可以充分發(fā)揮基底材料和覆層材料的優(yōu)點(diǎn)，滿足耐蝕性，物理、機(jī)械和加工性能，以及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)多方面的需要 覆蓋層的保護(hù)效果和使用壽