大學(xué)化學(xué)與化工安全工程經(jīng)典課件第七章 工業(yè)腐蝕與預(yù)防措施.ppt

1、第一節(jié)工業(yè)腐蝕及其危害第二節(jié)工業(yè)腐蝕的典型類型第三節(jié)應(yīng)力腐蝕裂紋第四節(jié)腐蝕監(jiān)測技術(shù)第五節(jié)設(shè)置修訂和選擇材料的防腐考慮第六節(jié)材料的防腐措施，第七章工業(yè)腐蝕和預(yù)防措施，一、工業(yè)腐蝕概要腐蝕是材料在周圍介質(zhì)的作用下產(chǎn)生的破壞。 材料的腐蝕原因有物理、化學(xué)、生物、機(jī)械等。 工業(yè)腐蝕主要是由于原材料中含有以及過程中生成的腐食性成分。 大氣中的雜質(zhì)、水中的微量氯元素和溶存氧也會(huì)產(chǎn)生腐蝕作用。 第一節(jié)工業(yè)腐蝕及其危害、腐蝕按環(huán)境或原因分為大氣腐蝕、土壤腐蝕、海洋腐蝕、生物腐蝕、水腐蝕、非水溶液腐蝕等。 根據(jù)腐蝕結(jié)果或表現(xiàn)形式，有點(diǎn)腐蝕、間隙腐蝕、粒間腐蝕、應(yīng)力腐蝕、應(yīng)力腐蝕裂紋、腐蝕疲勞、磨損腐蝕等。 第一

2、節(jié)工業(yè)腐蝕及其危害，二、腐蝕反應(yīng)歷程1、化學(xué)腐蝕是指周圍介質(zhì)對金屬產(chǎn)生化學(xué)作用而造成的破壞。 有金屬氧化、高溫硫化、滲碳、脫碳、氫腐蝕(氫脆)等。 金屬氧化是金屬在高溫或干燥瓦斯氣體中與氧反應(yīng)生成的腐蝕。 高溫硫化是指含硫介質(zhì)在高溫下與金屬作用生成硫化物的腐蝕過程。 特別是在水蒸氣存在的條件下進(jìn)行腐蝕。 滲碳是指一氧化碳、烴類等含碳物質(zhì)在高溫下與鋼接觸分解成游離碳，侵入鋼內(nèi)形成碳化物的過程。 第一節(jié)工業(yè)腐蝕及其危害、脫碳是指鋼中的滲碳體在高溫與瓦斯氣體介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起滲碳體脫碳過程。 氫腐蝕：氫介質(zhì)與金屬中的碳反應(yīng)使金屬脫碳的過程。 2 .電化學(xué)腐蝕：當(dāng)金屬材料與電解質(zhì)溶液接觸時(shí)，在不同

3、成分或組成的金屬材料之間形成原電池，在此背景下，由于陽兩極間發(fā)生的氧化還原反應(yīng)，某些成分或組成的金屬材料溶解，材料發(fā)生故障。 兩種不同的金屬在溶液中直接接觸，根據(jù)其電極電位的不同構(gòu)成腐蝕電池，使電極電位的負(fù)金屬溶解腐蝕，這是電腐蝕或接觸腐蝕。 3、物理腐蝕：高溫熔化(熔鹽設(shè)備)，第一節(jié)工業(yè)腐蝕及其危害，三、腐蝕的危害和損失化工中的腐蝕可引起各種事故(特別是壓力容器和管道)。 污染環(huán)境的物質(zhì)大部分是腐蝕性物質(zhì)(酸雨)。 腐蝕造成的嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失見P177-178，第一節(jié)工業(yè)腐蝕及其危害，一、均勻腐蝕是金屬結(jié)構(gòu)全面或大面積程度相同的腐蝕，也稱為均勻腐蝕。 局部腐蝕是指在金屬結(jié)構(gòu)的特定區(qū)域或部位的腐蝕

4、。 均勻腐蝕的速度也可以用金屬結(jié)構(gòu)的每單位時(shí)間的質(zhì)量損失表示的金屬每年腐蝕的深度，即金屬部件每年變薄的程度來表示。 第二節(jié)工業(yè)腐蝕的典型類型，金屬材料的腐蝕等級，第二節(jié)工業(yè)腐蝕的典型類型，二、狹縫腐蝕是在電解質(zhì)溶液中，在金屬和金屬、金屬和非金屬之間的狹縫內(nèi)發(fā)生的腐蝕。 1 .腐蝕反應(yīng)歷程縫隙液積存的流動(dòng)差，峰內(nèi)構(gòu)成濃差電池，與陽極溶解發(fā)生陰極還原反應(yīng)。 陽極反應(yīng)： MeMe e陰極反應(yīng)： O2 2H2O 4e OH-儲液流動(dòng)差，氧難以補(bǔ)充，腐蝕產(chǎn)物發(fā)生堵塞作用，產(chǎn)生多金屬絡(luò)離子，破壞狹縫內(nèi)外的電平衡，溶液內(nèi)的氯元素絡(luò)離子等進(jìn)入狹縫內(nèi)形成金屬鹽， 鹽水解作用形成游離酸加速金屬熔化率，促進(jìn)金屬絡(luò)離

5、子的增加，在自催化作用下，第二節(jié)工業(yè)腐蝕的典型，2 .影響因素的狹縫寬度在0.10-0.12mm之間最易腐蝕，一般腐蝕的狹縫寬度約為0.025-3.125mm的溶氧量越大， 如果間隙反應(yīng)進(jìn)行的溶液中的氯元素絡(luò)離子增加，間隙腐蝕進(jìn)行的腐蝕溶液的PH處于使狹縫外金屬鈍化的狀態(tài)，則PH降低時(shí)腐蝕進(jìn)行。第二節(jié)工業(yè)腐蝕的典型類型，三、點(diǎn)腐蝕是金屬表面?zhèn)€別小點(diǎn)上深度大的腐蝕，簡稱點(diǎn)腐蝕，也稱小點(diǎn)腐蝕。 金屬表面的露頭、偏移、介質(zhì)的不均等是點(diǎn)蝕源。 介質(zhì)對點(diǎn)蝕的影響：含有氯化物、溴化物、次氯酸鹽等溶液和氯元素絡(luò)離子的天然水最容易發(fā)生點(diǎn)蝕。 氯化亞銅、氯化亞鐵等存在于氟化劑和云同步，就發(fā)生點(diǎn)蝕。 介質(zhì)中的OH

6、-、NO3-、SO4-、ClO4-和存在溶液中的氯元素絡(luò)離子比達(dá)到一定值時(shí)具有抑制點(diǎn)蝕的作用，否則作用增強(qiáng)。 通過增加溶液的流速，可以減少點(diǎn)蝕。 第二節(jié)工業(yè)腐蝕的典型類型是四、氫損傷包括氫腐蝕和氫脆化，是由于氫的作用導(dǎo)致材料性能下降的現(xiàn)象。 1 .氫腐蝕高溫高壓下，氫引起鋼組織架構(gòu)的變化，使機(jī)械性能惡化。 氫瓦斯氣體在高溫高壓下在鋼表面分解為h，h通過化學(xué)吸附透過金屬表面固態(tài)溶液，擴(kuò)散到鋼內(nèi)部，h在夾雜物和金屬的邊界形成H2或與碳化相結(jié)合生成甲烷。 封閉凝聚形成高壓，引起應(yīng)力集中，引起微裂紋的產(chǎn)生。 常見的鋼氫腐蝕在軟鋼或鋼表面出現(xiàn)鼓泡，金相組織沿晶界出現(xiàn)許多微裂紋。 被腐蝕的鋼強(qiáng)度塑性降低，

7、容易脆斷。 無法通過脫氫來恢復(fù)機(jī)器的性能。 第二節(jié)工業(yè)腐蝕的典型類型，2 .氫脆化是指氫向金屬內(nèi)部擴(kuò)散，使金屬材料脆化的現(xiàn)象。 氫脆具有可逆性，在不脆之前在100-150之間進(jìn)行熱處理，保溫24小時(shí)即可消除脆性。 氫脆與應(yīng)力腐蝕不同，不需要腐蝕環(huán)境，常溫下更容易發(fā)生氫脆。 合金鋼材碳化物的組織狀況直接影響氫脆，合金鋼材強(qiáng)度水平越高，氫脆易感性越大。 第二節(jié)工業(yè)腐蝕的典型類型，一、應(yīng)力腐蝕簡介金屬或合金由于應(yīng)力，特別是抗拉應(yīng)力，在特定的腐蝕環(huán)境中，材料在外觀上變化不大，但發(fā)生了裂紋。 這是應(yīng)力腐蝕裂紋。 外觀無明顯變化，發(fā)展迅速，預(yù)測困難，因此更加危險(xiǎn)。 消除應(yīng)力腐蝕裂紋一般通過改變材料來解決。

8、 焊接部位沒有發(fā)生應(yīng)力腐蝕裂紋，平時(shí)要特別注意。 第三節(jié)在應(yīng)力腐蝕裂紋、化工行業(yè)引起應(yīng)力腐蝕的產(chǎn)品材料中的雜質(zhì)有硫、硫化物、氯化納金屬釷和氯化錳等無機(jī)鹽、脂環(huán)族酸、氮化合物等，堿、催化劑等也可以引起應(yīng)力腐蝕裂紋。 二、應(yīng)力腐蝕的反應(yīng)歷程和表征機(jī)械化學(xué)效應(yīng)：金屬材料在應(yīng)力作用下在應(yīng)力集中處快速變形屈服成為腐蝕電池陽極區(qū)，構(gòu)成金屬表面腐蝕電池陰極區(qū)和小陽極大陰極的腐蝕電池。 使金屬沿著特定的狹窄區(qū)域迅速溶解開裂。 堵塞電池理論：若干幾何因素使電解液在金屬裂紋發(fā)生點(diǎn)的流動(dòng)惡化，形成堵塞電池。 這里是陽極，其他是陰極，閉塞區(qū)域內(nèi)的金屬溶解，通過之后的自催化作用，溶解變得更加迅速，發(fā)展為裂縫。第三節(jié)應(yīng)力

9、腐蝕裂紋、表面膜理論：金屬表面膜因應(yīng)力而破壞，露出新的表面，由于新的表面與保護(hù)膜的有部分有電位差，構(gòu)成腐蝕電池陽極，溶解發(fā)生裂紋。 氫脆理論：根據(jù)應(yīng)力，金屬腐蝕生成的氫被金屬吸收，產(chǎn)生氫應(yīng)變鎳鋅鐵氧體和高活性氫化物，使金屬材料脆化并產(chǎn)生裂紋。 產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的材料主要是合金，引起應(yīng)力腐蝕裂紋的主要是抗拉應(yīng)力。 壓縮應(yīng)力會(huì)引起應(yīng)力腐蝕裂紋，但很明顯。 第三節(jié)應(yīng)力腐蝕裂紋、三、應(yīng)力腐蝕的影響因素1 .不銹鋼應(yīng)力腐蝕(1)氯化物(2)堿(3)硫化物2 .碳鋼、低合金鋼應(yīng)力腐蝕(1)硫化氫(2)堿(3)co-2 .尺極化電阻：對電解液中腐蝕的金屬施加小的電壓，就會(huì)產(chǎn)生一定的電流，電壓和電流之比稱為極化電

10、阻。 極化電阻與腐蝕速率成反比。 可以通過極化電阻的測定來決定腐蝕速率。 3 .電位法：通過電位測定確定腐蝕程度和腐蝕種類。 4、渦流技術(shù)：第四節(jié)腐蝕監(jiān)測技術(shù)、二、物理監(jiān)測技術(shù)1、醫(yī)學(xué)超聲技術(shù)2、氫監(jiān)測技術(shù)3、腐蝕環(huán)境監(jiān)測法1、化學(xué)法工藝材料構(gòu)成了設(shè)備的腐蝕環(huán)境。 用化學(xué)分析的方法測定了材料PH值、氧濃度、銦比特爾濃度等腐蝕相關(guān)殘奧，了解腐蝕情況。 2 .罷工尺說唱樂是將材料試驗(yàn)片掛在腐蝕材料上，保持一定時(shí)間后，確定其腐蝕狀況。第四節(jié)腐蝕監(jiān)測技術(shù)，一、防腐設(shè)置糾正時(shí)不出現(xiàn)間隙，焊接時(shí)進(jìn)行雙面焊，進(jìn)行連續(xù)焊接，避免焊接和點(diǎn)焊。 盡可能減少設(shè)備的死角，消除積液引起的設(shè)備腐蝕。 二、材料選擇防腐設(shè)備

11、選擇材料根據(jù)介質(zhì)的性質(zhì)、濃度、雜質(zhì)、腐蝕產(chǎn)物、材料化學(xué)反應(yīng)、溫度、壓力、流速等工藝條件，材料的耐腐蝕性能進(jìn)行材料的綜合選擇。 化學(xué)工業(yè)中應(yīng)用于腐食性介質(zhì)的推薦耐腐蝕材料如P184表7-2所示。 第五節(jié)設(shè)置修訂和材料選擇防腐，一、電化學(xué)保護(hù)在腐蝕介質(zhì)中，腐蝕的金屬通過陽極電流，在其表面形成強(qiáng)耐腐蝕性的鈍化膜，保護(hù)金屬稱為陽極保護(hù)。 既可以以電雙位數(shù)式陽極保護(hù)的形式應(yīng)用，也可以與涂料或靛比特爾并用。 對腐蝕金屬也可以進(jìn)行陰極保護(hù)。 有外加電流法和犧牲陽極法。 施加電流法：將直流電源的負(fù)極與被保護(hù)金屬連接，將正極與施加輔助電極連接，電源使陰極電流流過被保護(hù)金屬，抑制腐蝕。第六節(jié)材料防腐措施、犧牲陽極

12、法：也稱屏幕保護(hù)，通過連接電極電位的負(fù)金屬和被保護(hù)金屬構(gòu)成腐蝕電池。 電位的負(fù)的金屬(陽極)在腐蝕中流出的電流抑制被保護(hù)的金屬的腐蝕。 也可以與涂料和靛比特爾并用。 二、印加比特爾的應(yīng)用，能夠阻止腐蝕介質(zhì)對金屬的腐蝕、降低腐蝕速率的物質(zhì)叫做印加比特爾。 有無機(jī)砷比特爾和有機(jī)砷比特爾。 無機(jī)銦比特爾中，有鉻酸鹽、硝酸鹽等氧化性銦比特爾的有機(jī)銦比特爾有胺類、醛類、雜環(huán)化化合物、咪唑啉、有機(jī)硫等。 第六節(jié)材料防腐、緩蝕作用的反應(yīng)歷程吸附理論：腐蝕抑制劑吸附在金屬表面，形成連續(xù)的吸附膜，在腐食性介質(zhì)和金屬之間發(fā)揮隔離作用，阻止金屬腐蝕。 成膜理論：腐食性介質(zhì)與銦比特爾反應(yīng)生成難溶性化合物，在金屬表面形

13、成難溶性金屬膜，對金屬發(fā)揮屏蔽作用，阻止對金屬的腐蝕。 電化學(xué)理論：吲哚比特爾對金屬陽極或陰極腐蝕發(fā)揮封搖滾樂作用，降低腐蝕速率，達(dá)到緩蝕的目的. 第6節(jié)材料的防腐蝕對策一般情況下，緩蝕效率隨著砷比特爾濃度的增加而增加，但達(dá)到一定濃度時(shí)，砷比特爾濃度的增加反而緩蝕效率降低。 溫度低，緩蝕效率高，溫度上升，吸附作用降低，腐蝕加劇。 溫度上升，有時(shí)緩蝕效率高。 這是因?yàn)樾纬傻姆磻?yīng)生成物膜和鈍化膜的質(zhì)量好。 腐食性介質(zhì)流速增加，緩蝕效率降低。 但是，由于腐食性介質(zhì)的流動(dòng)，印加比特爾分布變得均勻，印加比特爾效率可能提高。 第六節(jié)材料的防腐措施，三、金屬保護(hù)層1 .保護(hù)層和其類型(內(nèi)襯層)金屬保護(hù)層是指

14、用具有強(qiáng)耐腐蝕性的金屬或合金復(fù)蓋耐腐蝕性差的金屬表面的金屬層。 有襯里金屬層、表面合金化金屬層、無電解鍍金屬層、絡(luò)離子鍍金屬層、噴鍍金屬層、熔融鍍金屬層、鍍金屬層。 2 .化學(xué)被膜(化學(xué)被膜，例如磷酸鹽被膜)對被保護(hù)的金屬表面進(jìn)行預(yù)處理，除去水垢、銹生成物及油污等污染物質(zhì)，使云同步得到適當(dāng)?shù)拇植诙?。然后，進(jìn)行化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，形成具有良好附著力、耐腐蝕性的反應(yīng)生成物膜，稱為化學(xué)成膜或化學(xué)成層。 第六節(jié)材料的防腐措施、鐵元素鋼氧化膜、轉(zhuǎn)化過程是氧化，稱為藍(lán)發(fā)。 由磷酸處理形成的磷酸鹽被膜稱為磷酸鹽。 草酸處理形成的草酸鹽膜稱為草酸化。 鉻酸鹽處理中形成的鈍化膜稱為鈍化處理。 進(jìn)行陽極轉(zhuǎn)化膜形成陽極氧