水利課件第2章材料設(shè)備的腐蝕防護(hù)與保溫1

1、第2章 材料設(shè)備的腐蝕防護(hù)與保溫主要內(nèi)容：材料設(shè)備的腐蝕與防護(hù)設(shè)備的保溫重點(diǎn)：掌握水工藝設(shè)備及常用材料的腐蝕與防護(hù)的基本原理與方法。難點(diǎn)：設(shè)備、材料的腐蝕原理與方法。設(shè)備材料腐蝕圖片設(shè)備材料腐蝕圖片2.1 材料設(shè)備的腐蝕與防護(hù)1、腐蝕概念 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。材料環(huán)境介質(zhì)發(fā)生作用腐蝕問題無處不在。2.1.1 概述2.1.1 概述2、腐蝕的危害經(jīng)濟(jì)損失巨大 資源和能源浪費(fèi)嚴(yán)重引發(fā)災(zāi)難性事故 造成環(huán)境污染（跑、冒、滴、漏） 阻礙新技術(shù)的發(fā)展2.1.1 概述自來水管道腐蝕化學(xué)和生物腐蝕(沉積物、銹蝕物、粘垢)；管壁變薄、出現(xiàn)局部的凹坑和麻點(diǎn)(黑水、紅水、綠水

2、)；水質(zhì)變壞、降低管網(wǎng)輸水能力、增加泵站能耗、可能產(chǎn)生爆管。2.1.1 概述鍋爐爐管的腐蝕溶解氧腐蝕（電化學(xué)腐蝕，鐵為陽極，氧為陰極）；給水含鹽量過高加速了溶解氧腐蝕；保持鍋爐薄垢運(yùn)行，能有效減緩金屬的氧腐蝕；2.1.1 概述熱水鍋爐氧腐蝕管線長，補(bǔ)水量過多，使得水中氧氣量增加；水中ph偏低；給水未采取除氧措施；鍋爐水中的氧未析出，附著在鍋爐受熱面上。2.1.2 腐蝕與防護(hù)基本原理一、金屬腐蝕金屬腐蝕是指金屬與環(huán)境介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化作用，由單質(zhì)變成化合物的過程。金屬腐蝕主要有化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕。這個過程能否進(jìn)行是熱力學(xué)問題，進(jìn)行速度如何是動力學(xué)問題。2.1.2 腐蝕與防護(hù)基本原理1、金屬的化

3、學(xué)腐蝕純氧化還原過程，金屬被氧化，腐蝕介質(zhì)被還原；氣體腐蝕、非電解質(zhì)溶液腐蝕；反應(yīng)進(jìn)行中沒有電流產(chǎn)生。（1）金屬氧化及其氧化膜大多數(shù)金屬氧化在其表面上形成一層氧化物固相膜；氧化膜減慢金屬繼續(xù)氧化的速度。2.1.2 腐蝕與防護(hù)基本原理2.1.2 腐蝕與防護(hù)基本原理2.1.2 腐蝕與防護(hù)基本原理（2）鋼鐵的氣體腐蝕高溫氧化、脫碳、氫蝕和鑄鐵腫脹。 高溫氧化鐵在鑄造、扎制、熱處理過程中發(fā)生高溫氧化。570以下，生成的氧化物為fe3o4和fe2o3超過570時，在氧化膜內(nèi)層生成feo。高于800，表面上就開始形成多孔、疏松的“氧化皮”。2.1.2 腐蝕與防護(hù)基本原理 脫碳脫碳是指在腐蝕過程中，除了生成

4、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、二氧化碳、水等作用，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。2.1.2 腐蝕與防護(hù)基本原理 氫蝕第一階段是可逆氫脆：氫以原子狀態(tài)向鋼的內(nèi)部擴(kuò)散，沒有起化學(xué)反應(yīng)，也未改變其組織，卻降低了鋼的韌性。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：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。2.1.2 腐蝕與防護(hù)基本原理 鑄鐵的腫脹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

5、腫脹，其強(qiáng)度大大降低。 防止：加適量硅（5%10%）。2.1.2 腐蝕與防護(hù)基本原理（3）防止鋼鐵氣體腐蝕的方法合金化：加入元素cr、al、si，在氧化性介質(zhì)中形成極穩(wěn)定的cr2o3、al2o3、sio2，形成有效的保護(hù)層。改善介質(zhì)：通過設(shè)法改善介質(zhì)成分。應(yīng)用保護(hù)性覆蓋層：涂層將金屬和氣體介質(zhì)隔離開來。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，在金屬表面形成耐高溫氧化的陶瓷覆蓋層。2.1.2 腐蝕與防護(hù)基本原理2、金屬的電化學(xué)腐蝕金屬在電解質(zhì)介質(zhì)中由于電化學(xué)作用發(fā)生的腐蝕；是一種最普通的金屬腐蝕現(xiàn)象；腐蝕過程中有電流流動；腐蝕過程包括：陽極過程、電子轉(zhuǎn)移、陰極過程。2.1.2 腐蝕

6、與防護(hù)基本原理（1）腐蝕原電池腐蝕原電池：金屬腐蝕的短路原電池。產(chǎn)生條件： 化學(xué)成分不均一； 組織結(jié)構(gòu)不均一； 物理狀態(tài)不均一； 表面氧化膜不完整。引起金屬表面電極電位的不同。電極電位較低作陽極（腐蝕），較高作陰極。腐蝕原電池原理金屬的電化學(xué)腐蝕2.1.2 腐蝕與防護(hù)基本原理（2）極化極化：電流通過電極，陰極電位減小，陽極電位增大，減小了電池兩極之間的電位差，降低金屬腐蝕速度。陰極極化、陽極極化?；罨瘶O化：電化學(xué)反應(yīng)遲緩造成；濃差極化：電極反應(yīng)物（或反應(yīng)生成物）輸運(yùn)遲緩造成；電阻極化：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。2.1.2 腐蝕與防護(hù)基本原理（3）鈍化鈍化

7、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。成相膜理論：當(dāng)金屬溶解時，可在金屬表面生成一層致密的、覆蓋性良好的固體產(chǎn)物。吸附理論：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。使金屬保持鈍化方法：陽極保護(hù)、控制氧化劑濃度、加鉻、鋁、硅、鎳等元素。2.1.2 腐蝕與防護(hù)基本原理（4）氫去極化和氧去極化腐蝕 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，簡稱析氫腐蝕。氫去極化過程包括以下幾個步驟： 水化氫離子脫水 hnh2ohnh2o 形成吸附氫原子 hm(e)mh （電化學(xué)步驟） 吸附氫原子脫

8、附 mhmhh22m （脫附步驟） 氫分子形成氣泡，從表面逸出。2.1.2 腐蝕與防護(hù)基本原理氫過電位：氫的析出電位與氫電極的平衡電位差值的絕對值。由于緩慢步驟形成的阻力，在氫電極的平衡電位下將不能發(fā)生析氫過程，只有克服了這一阻力才能進(jìn)行氫的析出。2.1.2 腐蝕與防護(hù)基本原理影響氫去極化腐蝕的主要因素：金屬材料的性狀：金屬材料的性質(zhì)、表面狀態(tài)及金屬陰極相雜質(zhì)。氫過電位。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。2.1.

9、2 腐蝕與防護(hù)基本原理 氧去極化腐蝕 吸氧腐蝕：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)，此時腐蝕去極化劑是氧分子。吸氧腐蝕形成條件：當(dāng)金屬的電極電位較氧電極的平衡電位為負(fù)。 2.1.2 腐蝕與防護(hù)基本原理氧去極化過程有以下幾個步驟組成：氧通過氣/液界面?zhèn)髻|(zhì)，由空氣進(jìn)入溶液；溶解氧通過對流擴(kuò)散均布在溶液中；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；氧在金屬表面進(jìn)行還原反應(yīng)。2.1.2 腐蝕與防護(hù)基本原理影響氧去極化腐蝕的主要因素：陽極材料電極電位：降低，氧去極化腐蝕的速度增大。溶解氧濃度：增大，氧

10、去極化腐蝕速度隨之增大。溶液流速：越大，腐蝕速度也就越大。鹽濃度：增大，溶液的電導(dǎo)率增大，腐蝕速度將有所提高。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。2.1.2 腐蝕與防護(hù)基本原理3、金屬腐蝕破壞的形態(tài)選擇腐蝕晶間腐蝕縫隙腐蝕小孔腐蝕電偶腐蝕局部腐蝕全面腐蝕按形態(tài)分類2.1.2 腐蝕與防護(hù)基本原理（1）全面腐蝕特征：腐蝕分布在整個金屬表面，結(jié)果使金屬構(gòu)件截面尺寸減小，直至完全破壞?？刂疲?合理選材、留有裕量； 施加保護(hù)性覆蓋層； 緩蝕劑； 電化學(xué)保護(hù)。2.1.2 腐蝕與防護(hù)基本原理（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，

11、稱為局部腐蝕。2.1.2 腐蝕與防護(hù)基本原理 電偶腐蝕電偶腐蝕：兩種金屬在同一介質(zhì)中接觸，腐蝕電位不相等，便有電偶電流流動，電位較低金屬局部腐蝕,電位較高的金屬，溶解速度減小。亦稱接觸腐蝕或雙金屬腐蝕。防止： 正確選取材料，選取電偶序中相距較近的合金； 消除面積效應(yīng)，減小陰極面積； 添加環(huán)緩蝕劑。2.1.2 腐蝕與防護(hù)基本原理 小孔腐蝕小孔腐蝕：金屬表面局部出現(xiàn)向深處發(fā)展的腐蝕小孔，其余地區(qū)不被腐蝕或者只有輕微腐蝕，也稱孔蝕或點(diǎn)蝕?？刂疲?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：盡量降低介質(zhì)中鹵素。 緩蝕劑：硝酸鹽、鉻酸鹽、硫酸鹽及堿等。

12、陰極保護(hù) ：金屬電極電位控制在孔蝕保護(hù)電位以下。2.1.2 腐蝕與防護(hù)基本原理 縫隙腐蝕 縫隙腐蝕：腐蝕發(fā)生在縫隙內(nèi)。發(fā)生和發(fā)展機(jī)理與孔蝕很相似，存在縫隙是表面缺陷，縫隙內(nèi)是缺氧區(qū)，成為陽極而迅速被腐蝕。防止：消除縫隙。 盡可能避免形成縫隙和積液的死角。 對不可避免的縫隙，要采取相應(yīng)的保護(hù)措施。 盡量控制介質(zhì)中溶解氧的濃度，使溶氧濃度低于5106mol/l，這樣在縫隙處就很難形成氧濃差電池。2.1.2 腐蝕與防護(hù)基本原理 晶間腐蝕 晶間腐蝕：腐蝕從表面沿著晶界深入內(nèi)部，外表看不出腐蝕跡象，可用金相顯微鏡可以看出呈網(wǎng)狀腐蝕，金屬嚴(yán)重失去強(qiáng)度。貧化理論：晶界與晶內(nèi)的電極電位的形成，形成一晶界區(qū)為陽

13、極，晶粒本體為陰極的微觀腐蝕電池。晶間腐蝕的控制：材料本身的成分和組織。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。晶間腐蝕2.1.2 腐蝕與防護(hù)基本原理 選擇性腐蝕選擇性腐蝕：多元合金在電解質(zhì)溶液中由于組元之間化學(xué)性質(zhì)的不均勻，構(gòu)成腐蝕電池。2.1.2 腐蝕與防護(hù)基本原理（3）應(yīng)力作用下的腐蝕 應(yīng)力腐蝕開裂:發(fā)生應(yīng)力腐蝕的三個必要條件：敏感的合金、特定的介質(zhì)和一定的靜應(yīng)力。2.1.2 腐蝕與防護(hù)基本原理應(yīng)力腐蝕的機(jī)理：陽極溶解機(jī)理：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：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)

14、致應(yīng)力腐蝕的主要原因。2.1.2 腐蝕與防護(hù)基本原理防止：正確選材: 避免構(gòu)成應(yīng)力腐蝕體系，減輕應(yīng)力腐蝕的敏感性。合理設(shè)計(jì)、改進(jìn)制造工藝 ：盡量減小應(yīng)力集中效應(yīng)。改善環(huán)境介質(zhì)：消除或減少介質(zhì)中促進(jìn)應(yīng)力腐蝕的有害物質(zhì)，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)2.1.2 腐蝕與防護(hù)基本原理 腐蝕疲勞腐蝕疲勞：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。特點(diǎn)： 沒有真實(shí)的疲勞極限； 在任何腐蝕介質(zhì)中都可能發(fā)生； 性能與載荷頻率、應(yīng)力以及載荷波形有密切關(guān)系； 裂紋往往是多源的。防止： 正確選材；合理設(shè)計(jì)、改進(jìn)制造工藝 和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)避免應(yīng)力集中；改善介質(zhì)條件；電化

15、學(xué)保護(hù)。2.1.2 腐蝕與防護(hù)基本原理 磨損腐蝕磨損腐蝕：流體介質(zhì)與金屬之間或金屬零件間的相對運(yùn)動，引起金屬局部區(qū)域加速腐蝕破壞的現(xiàn)象，簡稱磨蝕。磨蝕又可分為湍流腐蝕、空泡腐蝕和摩振腐蝕。湍流腐蝕空泡腐蝕摩振腐蝕2.1.2 腐蝕與防護(hù)基本原理（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，也簡稱為細(xì)菌腐蝕。并非微生物本身對金屬的腐蝕，而是它們生命活動的結(jié)果直接或間接地對金屬腐蝕過程產(chǎn)生影響。 影響主要體現(xiàn)在以下幾個方面：代謝產(chǎn)物具有腐蝕作用。如硫酸、有機(jī)酸和硫化物。改變環(huán)境介質(zhì)條件。如：ph值、溶解氧等。影響電極極化過程。破壞非金屬保護(hù)覆蓋層或緩蝕劑

16、的穩(wěn)定性。2.1.2 腐蝕與防護(hù)基本原理 常見的細(xì)菌腐蝕：厭氧性細(xì)菌腐蝕：硫酸鹽還原菌（srb），使硫酸鹽還原成硫化物，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。好氧性細(xì)菌的腐蝕：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，它將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。厭氧與好氧聯(lián)合作用下的腐蝕：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。2.1.2 腐蝕與防護(hù)基本原理 細(xì)菌腐蝕的控制：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（ph9.0，溫度

17、t50）、排泄積水、改善通氣條件、減少有機(jī)物營養(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。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。2.1.2 腐蝕與防護(hù)基本原理二、非金屬材料的腐蝕1、非金屬無機(jī)材料的腐蝕2、有機(jī)非金屬材料（高分子材料）的腐蝕物理腐蝕化學(xué)腐蝕微生物腐蝕應(yīng)力腐蝕肚松衯宸&愮鐝d)? $?d悡!餯怉 扈鋹a 嘬貑 d?啃?d怉?4 癮?0?2l豀/d 既 脝?窗? 兡薊癟鑳 d?兗? t 穃$0嬅7d胒 d恆 溓?様?鸙捐 賰 u:hd j o?3葏蓇 3繼傘銨? 3覌耺缻d?b凓du鞁 ?v悏鰒鸖 卯嬺嬝

18、擛吚憢 塒鼢 媀 ?塧x b ?6?鏃p?塓 =?輧棵廤uq嬹?$嬭媇- $?痁墢?頢 s ;聈 %讖蚩魅婥? f ? ;u ?i7,嬤;雞嶂嬇槣郬杽 gz_ 摞?跌u孄?餽p嬑 jk萘秣?k賢wb#u 媜 7w兀?)鱱h秒?y? 麐z 蟏?=?傉噲?w+鶋| 渹?饓s 詐?瘙= 氙 ;鹵?y%惢_?&嬟嬸侢 ?s? v鄟?佹饟 j oh?v 孁?3黷#嬘胳幥 i鳻聾茓 p$ ?荱嬞稠- j 纉 焗豒m?u馫vi)h纞潈; 矸?撳塋!魄舩?屗塗$9鑺 鋰?艍)?婋q浣=鼖s顆f嬈 ?2w聟f(xié)+w?:脄汄y賰亥i?p礪?wa飛;z厬 圪?呂z?拶?騚咡譪 4#漲?鞗籽?菮=pm櫶k?卌蠑?q駜6項(xiàng)縠餗q鷹|u鬨潷歒?淬盭睟覙6u姮?m+/l!ol 諉:?5?磐嵸?錺潗 t?鈪醞3h袳 牒 唣?罐cb? 捓鐒k 挭鑈p衈 聮嗌 蜞敏?l 孰pb潉?潕肚松衯?雎?lián)]=?牓2d?h糖 =m 痞 ?(瘣滸?( h?棧哐鋃$*?z 3蓚w 傯= %u旄 冏?塧 ?腦?u zyy h?w鵓?鎂+x脲燴哠k?q 梽桃 羀徬 ? w? 錭x?c?e