第六章 防腐方法.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第六章 防腐方法,过程装备腐蚀与防护,第一节 电化学保护,第二节 衬里,第三节 防蚀结构设计,第四节 其他防腐方法,第六章 防腐方法,第一节 电化学保护,金属与非金属材料覆盖层,目前工程中应用最广泛。,金属覆盖层 可分为：,金属衬里、金属镀层、复合金属板,等。,非金属覆盖层 可分为：,衬里、搪瓷、搪玻璃、涂料、联合覆盖层,。,电化学保护,：阴极保护和阳极保护。,防腐蚀结构设计,介质处理,：包括在腐蚀介质中添加缓蚀剂。,防腐的方法,第六章 防腐方法,第一节 电化学保护,一、阴极保护,金属,电解质溶解腐蚀体系受到阴极极化时，电位负移，金属阳极氧化反应,过电位,a,减小,，反应速度减小，因而金属腐蚀速度减小，称为,阴极保护效应,。利用阴极保护效应减轻金属设备腐蚀的防护方法叫做,阴极保护,。,即：对,被保护金属施加负电流,，通过阴极极化使其电极电位负移至金属的,平稳电位,，从而抑阻金属腐蚀的保护方法称为阴极保护。,阴极保护的概念,第六章 防腐方法,第一节 电化学保护,1.,阴极保护原理,(1),阴极保护的类型,外加电流阴极保护,将,被保护金属设备与直流电源的负极相连,，依靠外加阴极电流进入阴极极化而使金属得到保护的方法，称为,外加电流阴极保护，简称电保护,。,阴,第六章 防腐方法,第一节 电化学保护,外加电流阴极保护则是利用,外部电源,对被保护体施加,阴极电流,，为其表面上进行的,还原反应提供电子,，从而抑阻被保护体自身的腐蚀过程。,第六章 防腐方法,第一节 电化学保护,外加电流阴极保护的,特点,：,适用于,长输管线和区域性管网,的保护,输出电流大，,一次性投资相对较大,安装工程量较小,，可对旧管道补加阴极保护,运行期间需要,专业人员维护,容易,实现远程自动化监控,第六章 防腐方法,第一节 电化学保护,牺牲阳极保护,在被保护金属设备上连接一个,电位更负的强阳极,，促使阴极极化，这种方法叫做,牺牲阳极保护，也称护屏保护。,在土壤等电解质环境中，牺牲阳极因其电极电位比被保护体的,更负,，当与被保护体电连接后将,优先,腐蚀溶解，释放出的电子在被保护体表面发生阴极还原反应，抑阻了被保护体的阳极溶解过程，从而对被保护体提供了有效的阴极保护。,第六章 防腐方法,第一节 电化学保护,第六章 防腐方法,第一节 电化学保护,牺牲阳极保护的,特点,：,适用范围广，尤其是,中短距离和复杂的管网,；,阳极输出电流小，,发生阴极剥离的可能性小,；,随管道安装一起施工时，,工程量较小,；,运行期间，,维护工作简单,；,阳极输出,电流不能调节，可控性较小,。,第六章 防腐方法,第一节 电化学保护,两种保护方法的优缺点,外加电流保护法,优点,输出电流连续可调，可满足较大的保护电流密度要求,不受环境电阻率限制,工程越大越经济,对管道防腐覆盖层质量要求相对较低,保护装置寿命长,问题,第六章 防腐方法,第一节 电化学保护,缺点,需要可靠外部电源,对临近金属构筑物干扰大，特别是铺助阳极附近,需设阴极保护站，日常进行维护管理,在需要较小电流时，无法减少最低限度的装置费用,第六章 防腐方法,第一节 电化学保护,牺牲阳极保护法,优点,不需要外部电源,对临近金属构筑物干扰小,管理维护工作量小,工程费用与保护长度成正比,保护电流分布均匀，利用率高。,第六章 防腐方法,第一节 电化学保护,缺点,高电阻环境不宜使用,保护电流不可调,对覆盖层质量要求高,消耗有色金属，需定期更换,杂散电流干扰大时不能使用,第六章 防腐方法,第一节 电化学保护,(2),电保护和护屏保护的区别：,相同点,：阴极保护的原理相同，,不同点,：被保护金属阴极极化而输入的阴极电流，前者靠,外加直流电源,，后者靠另,一个电位更负的金属的腐蚀溶解,。,可从,电极反应、极化曲线和极化图以及电位,-pH,图,等诸方面理解阴极保护原理。下面我们试着用极化图来理解。,问题,第六章 防腐方法,第一节 电化学保护,当外加阴极电流后，金属的腐蚀电位将向负方向移动，同原来的,E,C,移至,E,A,1,，此时金属的腐蚀电流就由,I,C,降到,I,A,1,，其外加阴极电流称为保护电流,I,保,，为：,若继续增大外加阴极电流，由于,E=E,0,A,，则金属上的阴极溶解电流,I,A,=0,，表示,微电池腐蚀停止，即金属得到了完全保护,。,第六章 防腐方法,第一节 电化学保护,2.,阴极保护的基本参数,最小保护电流密度,很难直接测量,达到,完全保护,时所需的最小电流值称为最小保护电流，若以电流密度计量，就称为,最小保护电流密度,。,最小保护电位,在阴极保护下，当,金属刚好完全停止腐蚀,时的临界电位称为,最小保护电位,。,最小保护电流密度和最小保护电位,是衡量阴极保护是否完全的两个基本参数，都得通过实验确定。,表,6-1,列出钢铁在一些介质中的最小保护电流密度值。,第六章 防腐方法,第一节 电化学保护,3.,阴极保护技术的设计要点,(1),确定合理的保护度,阴极保护的保护效果以,保护度,Z,表示：,一般阴极保护的效果随着,外加电流的增大而增高，但是并非按比例提高,。,第六章 防腐方法,确定,保护电流密度,时应考虑的因素：,从保护效果来讲，,E,p,越负越好。,析氢反应的影响。,析氢是使极化电流密度迅速增大，保护效益降低,；析氢还可能造成对设备金属材料的危害，如氢脆问题，以及对金属表面涂层的破坏,。,当电流密度增大到一定值时，其保护度反而有所下降，即产生了,“过保护”现象,。,第六章 防腐方法,第一节 电化学保护,为什么会产生“过保护”现象呢？,原因：由于过大的保护电流密度所对应的,较负的保护电位下，,金属表面的,氧化膜被还原,(,如铁、不锈钢等,)或者作为阴极的被保护金属表面因,发生析氢过程,，而使周围溶液中的,OH,-,浓度增高，,加速了金属腐蚀,(,如两性金属铝等可能发生这种情况,),。,结论,：,采用阴极保护时，,并非任何场合都要求达到完全保护，,其保护度应根据被,保护设备使用寿命与经常性消耗费,(,电能或护屏的消耗,),等进行综合经济核算后确定。,第六章 防腐方法,第一节 电化学保护,(2),阳极材料的选择,护屏保护,阳极材料,对保护效果起决定性作用。,要求,：护屏必须具有足够负的电位，并且极化性能愈小愈好；在使用过程中表面不产生高电阻的硬壳，溶解均匀。,护屏材料：,锌与锌合金、镁合金、铝合金,等。,比如：国内生产的,锌,-铝,-,镉三元合金,，在海水中使用，电位必稳定，寿命长，且价格便宜。,第六章 防腐方法,第一节 电化学保护,电保护,阳极辅助材料,对保护效果的影响相对来说较次要。,阳极辅助材料：凡是导电的材料均可以用来制作辅助阳极。,如：,废钢铁、石墨、高硅铸铁、铅银合金、镀铂钛、铂钯合金,等。其中最常用的是,废钢,。,第六章 防腐方法,第一节 电化学保护,(3),护屏或辅助阳极的合理配置,阳极配置是否恰当，对阴极保护效果,影响很大,，特别对于,结构形状比较复杂的设备以及介质导电率不太高的场合,尤为突出。,为什么？,原因：如果阳极配置不合理，则会发生电流的,“遮蔽作用”,。,遮蔽作用,是由于电流有选择,电阻最小的途径,流动的特性、被保护设备上距离阳极,最近的部位,，电阻最小，将集聚,很高的电流密度,，而离阳极,较远的部位,，往往不能获得,足够的电流密度,，致使保护度降低，甚至完全得不到保护。,第六章 防腐方法,第一节 电化学保护,结论,：,结构形状,不宜太复杂,避免伸得,较长的突出结构,。,当结构上的突出部分因工艺要求不可避免时，则可将,突出部分涂以绝缘材料,。,阳极的数量和配置应尽量做到与被保护结构的,各部位的距离大致相等,，使电流的分散均匀。,太长,第六章 防腐方法,第一节 电化学保护,(4),要预留保护参数的监测点,为了便于对保护参数进行测量和监控，在被保护设备上应预留,保护参数,的,监测点,。,第六章 防腐方法,第一节 电化学保护,4.,阴极保护的应用实例,阴极保护比较适宜于,腐蚀性不太强的介质,中，如海水、土壤、中性盐溶液。,为什么？,原因：在强腐蚀介质中，由于电能或护屏材料的消耗太大，不经济。,阴极保护应用实例见书表,6-2,。,第六章 防腐方法,第一节 电化学保护,二、阳极保护,对具有活态,钝态转变而不能,自钝化的腐蚀体系,，通过阳极极化电流，使,金属的电位正移到稳定钝化区内,，金属的腐蚀速度就会大大降低，这种防护方法称为,阳极保护,。,将被保护设备与,外加直流电源,的,正极,相连，在一定的电解质溶液中将金属进行,阳极极化至一定电位,，如果在此电位下金属能,建立钝态并维持钝态,，则阳极过程受到抑制，而使金属的腐蚀速度显著降低，这时设备得到了保护。,保护效果好而又经济,的防腐方法。但目前应用不是很普遍。,第六章 防腐方法,第一节 电化学保护,1.,阳极保护的主要参数,阳极保护必须控制的主要参数,致钝电流密度、维钝电流密度、钝化区范围,。,(1),致钝电流密度,i,cp,为使金属钝化所需的,外加阳极极化电流密度,。,影响因素,金属的本性,、,介质条件,，,致钝时间的长短,。,致钝电流密度,(mA/cm,2,),2000,500,400,200,建立钝态所需时间（,s,）,2,15,60,不能钝化,第六章 防腐方法,第一节 电化学保护,第六章 防腐方法,第一节 电化学保护,结论,促使金属建立钝态的,致钝电流密度越小越好,，但是不能太小。,原因：致钝电流密度小，不仅可以,使用小容量的电源设备，减少设备投资和耗电量,，而且致钝过程中，,被保护金属的阳极溶解也比较小,。但是电流密度小到一定数值时，,电流效率几乎等于零，电流全部消耗于电解腐蚀了，并非用于建立钝态,。,选择,设计阳极保护时，要合理的选择致钝电流密度，既考虑,恰当的电源设备容量,，又要,使金属建立钝态,时，,不致遭受太大的电解腐蚀,。采用,逐步钝化,的方法。,第六章 防腐方法,第一节 电化学保护,(2),维钝电流密度,i,p,钝化区所对应的阳极极化电流密度,，维钝电流密度希望越小越好。,原因,：它直接反映了金属设备在阳极保护下的腐蚀速度，并且维钝电流密度越小，经常性的电解消耗也越少。,影响因素,：,维钝电流密度的大小同样也取决于,金属的本性和介质条件,(,溶液组成、浓度、,pH,值、温度等,),。,为了降低维钝电流密度，常常采用,涂料,阳极保护的联合保护,，效果很好。,第六章 防腐方法,第一节 电化学保护,第六章 防腐方法,第一节 电化学保护,(3),钝化区范围,反映金属钝态的稳定程度,，稳定钝化区,电位范围越宽越好,。,原因：在实施阳极保护时，即使,电位波动,，亦不致出现金属,由钝态转变为活态或过钝化状态的危险,，并且对控制电位的仪器设备和参比电极的要求也可适当降低；反之如果稳定钝化区的电位范围很窄，生产上工艺条件稍有波动，金属就有可能重新活化，阳极保护的实施就很困难。,表,6-3,列出几种金属在一些介质中阳极保护的三个主要参数。,第六章 防腐方法,第一节 电化学保护,第六章 防腐方法,第一节 电化学保护,腐蚀体系的阳极极化曲线上存在钝化区，即,在阳极极化时金属能够钝化,。,阳极极化时金属的,电位要正移到钝化区内,，否则金属的腐蚀速度不仅不会减小反而会增大,(,称为电解腐蚀,),。,阳极保护的实现必须具备两个条件,第六章 防腐方法,第一节 电化学保护,2,阳极保护设计要点,(1),正确选择,辅助阴极材科,阴极的材料在阳极保护过程中应该是,耐蚀的,，并且要有一定的,机械强度制作容易、价格便宜,，有的材料在某些介质中还要考虑,氢脆,的影响。,对于,浓硫酸,，可以选用,铂或镀铂电极、钽、钼,等作为阴极材料,对于,稀硫酸,，可以选用,银、铝青铜和石墨,等作为阴极材料,当,硫酸的纯度要求不高,时，可以采用比较便宜的,高硅铸铁或普通铸铁,作为阴极材料。,第六章 防腐方法,第一节 电化学保护,(2),辅助阴极的合理配置,通过实验来确定,。,在结构形状复杂的设备中，,容易出现电流分布不均匀,。,距辅助阴极近的部位可能已钝化甚至过钝化,，而,距阴极较远或电流不易达到的地方，可能仍处于活化状态,。,对,盐类溶液和碱溶液，,则可选用,高镍铬合金或普通碳钢,等作为阴极材料。,第六章 防腐方法,第一节 电化学保护,注,：阴极的配置只要,能满足致纯阶段的要求,，那么,维钝阶段一定能保证,。,(3),参比电极的选用和安装,监测金属电位所用的参比电极应该,工作稳定、可靠，并且便宜、易于制作、安装和使用方便,。,电极的类型,：,一类是,可逆电极,甘汞电极、硫酸铜电极,优点,：电位稳定，监测值精确度高，,缺点,：易损坏，安装、固定较困难。,第六章 防腐方法,第一节 电化学保护,另一类,固体金属电极,固体金属电极,特点,：应用于电位范围较宽的系统，且制作简单，使用方便。,参比电极的,安装位置,，一般选在,距阴极最远或电位最低的部位,。,阳极保护,阴极保护,相同,只能用于电解质溶液的,连续液相部分,；所需极化电流必须,符合经济要求,；设备结构,不能太复杂,。,不,同,1,、本质上的差别：阳极极化时,金属腐蚀倾向增大,，只适用于能阳极钝化的体系。,1,、阴极极化时：,金属腐蚀倾向减小,，到达稳定区则金属不会腐蚀，,故原理上适用于一切腐蚀体系。,2,、钝化前要经过,电解腐蚀,阶段,维钝电流密度对应于保护下的腐蚀速度,2,、不会产生电解腐蚀，保护电流和设备腐蚀速度没有直接关系。,3,、控制电位要求高,3,、控制电位要求低,4,、致钝电流大，而维钝电流小，投资费用高，日常操作费用低。,4,、极化电流变化不大，投资费用较低，而日常操作费用较阳极保护高。,5,、,强氧化性介质中保护效果好,5,、,多用于弱和中等程度腐蚀环境,，（特别是氧扩散控制体系）,6,、设备不会造成氢损害,6,、析氢可能造成设备材料的鼓泡或脆性，对加压和高强材料危险。,7,、可能造成两性金属腐蚀增加，加速涂料破坏，有利,Ca,+,.Mg,+,沉积,阳极保护和阴极保护的比较,第六章 防腐方法,第一节 电化学保护,三、电化学保护应用实例,1.,碳铵生产中碳化塔的阳极保护,电化学保护在化肥生产中的应用,:,1460,2.,氨水罐群循环极化法阳极保护,化工机械，,1983,，（,1,）：,49,3.,长征轮外加电流阴极保护的设计和应用,腐蚀与防护，,1980,，（,3,）：,31,4.,黄浦江上游引水过江钢管的外加电流阴极保护,腐蚀与防护，,1990,，,11,（,3,）：,152,第六章 防腐方法,第一节 电化学保护,5.1.8,米海水输送管内壁恒电位阴极保护,腐蚀与防护，,1982,，,3,（,2,）：,41,6.,贮罐外底阴极保护,7.SO,发生器阳极保护,碳铵生产装置中,碳化塔阳极保护,1000,800,600,400,200,0,-200,-400,-600,-800,-1000,1.NH,OH,溶液,2.NHHCO,溶液,3.,碳化工作液,40,电位,1,0,1,2,阴极框架支撑,接电源正极,1 2 3,阴极框架,阴极棒,冷却水箱,塔体,塔底阴极筐,阴极引出棒,接电源负极,阴极母排,Lgi(A/M,),返回,氨水罐群循环极化法阳极保护示意,引自化工机械,1983 No.P54,周期转换可控硅恒电位仪（循环周期,8,分：极化,2,分，断电,6,分）,氨水成分：,NH,18-20%,Co,微量,-2%,尿素,0-1.5%,参,参,参,参,1 2 3 4,辅助,参比,工作,1,2 3 4,4#,1#,2#,3#,-,-,-,-,阴极,1Cr13,21m,参比电极,:,Pb,+,+,+,+,返回,辅助阳极和参比电极分布平面图,辅助阳极：合金阳极，左右对秒，基本均匀分布，阳极间距,25,28M,，,安装在重戴水线到船底基线展开面的,1,3,处。,参比电极：,Ag/,Agce,电极，共,6,支，左右舷各,3,支，分布在两个阳极之间，阳极屏蔽层边缘。,长征舱外加电流阴极保护,腐蚀与防护,1980,No3,船尾,A1 R1 A3 R3 As A7 R5 A9,A2 R2 A4 A6 R4 As A10 R6,三货舱,尾轴弄,控制室,主机舱,副机舱,行李舱,二货舱,一货舱,船首,返回,阳极：石墨阳极井深度,50M,。,第中井垂直安装阳术,8,至,9,个，参比电极：,Cu/,饱和硫酸铜电极,黄浦江这江引水钢管外加电流阴极保护,阴极保护站,阳极深井,参比电极井编号为沉井号,4,6,10,11,南市,水厂,参,+,黄浦江,过江钢管,参比电极,沉井,阳极深井,返回,地下输油钢管牺牲,阳极保护,镁阳极,11Kg,发生电流,93mA,镁阳极,输油管,镁阳极,阳极埋没,公路面,测试桩,2.4m,2.4m,1.4m,公路,阳极分布,输油钢管,529,7,1,阳极组,1,测试桩,严重腐蚀区（长,120,米）,2,阳极组,2,测试桩,返回,贮罐外底阴极保护,（固体电解质涂层的应用）,直流电源,参比电,流位置,v,石墨参比电极,沥青砂层,粗砂垫层,因体电解质涂,阳极涂层,返回,SO,发生器阳极保护,电位,E(V,硫酸亚汞电极,),3.8,3.4,3.0,2.6,2.2.,1.8,1.4,1.0,0.6,0.2,-0.2,-0.6,-1.0,-2 -1 0 1 2 3,1.,室温,2.100,c,3.200,c,4.250,c,5.300,c,1,4,5,5,4,2,3,Lgi(A/m,),返回,第六章 防腐方法,第二节 衬里,一、碳钢设备及衬里材料的表面处理,1.,对被粘物表面的要求,为了使粘结界面获得较高的粘附力，被粘物的表面必须满足以下几方面的基本要求。,(1),有良好的润湿性,被粘物表面被胶粘剂,完全润湿,就是胶粘剂与被粘物之间达到,最大的接触,。,胶粘剂对固体表面的,润湿性可用接触角,大小衡量。,接触角,是指,液体表面切线与固体表面的夹角,。,如图所示,。,第六章 防腐方法,第二节 衬里,当处于平衡状态时，可以得出接触角,与界面张力的关系式：,第六章 防腐方法,第二节 衬里,第六章 防腐方法,第二节 衬里,注,：,对,洁净的金属或无机材料,，只要接触角,90,0,，一般均能达到,完全润湿的程度,。,为什么？,原因：其表面属于高自由能表面，有较强的吸附性，容易被各种胶粘刑润湿。同时由于衬里施工时，对胶粘剂都施加外力进行涂刷，所以只要接触角,不加垫板,（）,第六章 防腐方法,第三节 防蚀结构设计,2.,不同金属间的焊接,设计时必需根据容器的壁厚选择,加合金垫板,（）,不好,好,第六章 防腐方法,第三节 防蚀结构设计,3.,螺栓联接,工程构件的螺栓联接十分普遍，而螺栓与被联接件之间的缝隙是很难避免的，在腐蚀环境中可能会产生缝隙腐蚀，因此重要的构件应尽可能,将螺母处四周密封,。,密封,第六章 防腐方法,第三节 防蚀结构设计,对于异种金属件相互联接时，应在金属之间,充填绝缘物,，以避免发生,电偶腐蚀,。,第六章 防腐方法,第三节 防蚀结构设计,螺栓联接时要注意,法兰应有足够刚度,，因为刚度不足会使法兰产生过大的翘曲变形，导致密封失效，则会导致缝隙腐蚀。,第六章 防腐方法,第三节 防蚀结构设计,4,管子与管板联接,列管式换热器管子与管板的联接采用,胀接或胀后焊接,，应保证管子与整个管板紧密贴合。,不好,好,第六章 防腐方法,第三节 防蚀结构设计,5,管道联接,管道与管道的联接最好采用,对接焊形式,，用搭接或角焊的形式很难消除缝隙。,不好,好,第六章 防腐方法,第三节 防蚀结构设计,6,铀的联接,轴与其他零件之间采用,平键联接,是常见的结构，但,键槽会改变应力分布使局部出现应力峰值,，在腐蚀介质同时作用下，可能产生,腐蚀疲劳破坏,。为了减少应力集中，可采用,花键轴或多边形轴,以改善应力分布。,一般情况,好,好,第六章 防腐方法,第三节 防蚀结构设计,轴与皮带轮问的平链联接还可能出现摩擦腐蚀，若采用,锥形过盈配合,则效果较好。,不好,好,第六章 防腐方法,第三节 防蚀结构设计,二、设备壳体与接管,1.,夹套的焊接,加热或冷却夹套的焊接结构应尽可能避免存在缝隙。,不好,好,第六章 防腐方法,第三节 防蚀结构设计,2,壳体的保温,不好,好,第六章 防腐方法第三节 防蚀结构设计,不好,好,第六章 防腐方法,第三节 防蚀结构设计,3.,壳体冷却,第六章 防腐方法,第三节 防蚀结构设计,4.,封头接管,不好,好,伸入的长度m15mm,第六章 防腐方法,第三节 防蚀结构设计,.,排液管,不好,好,第六章 防腐方法,第三节 防蚀结构设计,不好,好,第六章 防腐方法,第三节 防蚀结构设计,三、容器附件与管道,1,支座,(,脚,),不好,好,第六章 防腐方法,第三节 防蚀结构设计,不好,好,当S4mm时，可加一垫板,第六章 防腐方法,第三节 防蚀结构设计,2,缓冲板与折流板,不好,好,第六章 防腐方法,第三节 防蚀结构设计,不好,好,列管式换热器,第六章 防腐方法,第三节 防蚀结构设计,3.,搅拌器的扰流挡板,不好,好,第六章 防腐方法,第三节 防蚀结构设计,4.,管道,不好,好,第六章 防腐方法,第三节 防蚀结构设计,不好,好,第六章 防腐方法,第三节 防蚀结构设计,不好,好,一、金属覆盖层,(,一,),金属镀层有,阳极性和阴极性,的两种。,1.,阳极性覆层,在使用环境中，覆层材料的电位比基体金属的,电位负,，比如铁表面上用锌作覆层。在覆层缺陷处形成的腐蚀电池中，,覆层是阳极,，,能够对基体金属起到阴极保护作用,。,阳极性覆层常用作防护性覆层。,第六章 防腐方法,第四节 其它防腐蚀方法,电解质溶液,锌,钢,锌腐蚀,阳极性覆盖层,第六章 防腐方法,第四节 其它防腐蚀方法,2.,阴极性覆层,在使用环境中，覆层材料的电位比基体金属的,电位正,，如铁表面上覆盖铬、镍。,如果,覆盖层存在缺陷，将加速基体金属的腐蚀,。,因此,阴极性覆层必须足够完整、无孔隙,，才能取得好的保护效果。,机械隔离作用,。,覆层的极性不是绝对的，当环境条件改变时，,覆层和基体金属的电偶关系可能发生反转。,一般来说，,铝的电位比锌更负，而在海水中锌的电位比铝更负。,第六章 防腐方法,第四节 其它防腐蚀方法,电解质溶液,钢腐蚀,铬,钢,阴极性覆盖层,第六章 防腐方法,第四节 其它防腐蚀方法,(,二,),各种金属镀盖层简介,金属镀层是利用,电镀、喷镀、热镀、渗镀,等技术，将较耐蚀的金属镀覆在耐蚀性较差的金属表面形成的。,1.,电镀,电镀的,优点,是：,镀层金属纯度高，分布均匀，与基体金属结合牢固,。镀层具有,较高硬度和耐磨性能,。为获得同样保护效果所需要的覆层金属最少。镀层厚度容易控制，一般在常温下进行，,电镀适应范围很宽,，从正电性金属到负电性金属，从低熔点金属到高熔点金属，从高纯金属到合金，都可以进行电镀。,第六章 防腐方法,第四节 其它防腐蚀方法,阳极,(Zn),阳极反应：,Zn=Zn,2+,+2e,阴极,(,工件,),阴极反应：,Zn,2+,+2e=Zn,直流电源,-,+,含,Zn,2+,电镀液,电镀锌原理,第六章 防腐方法,第四节 其它防腐蚀方法,2喷涂,(,亦称喷镀,),优点,：,镀层厚度不受限制,，对,修复较长工件特别有利,。喷涂工艺和,设备比较简单,，,移动方便，,不管设备和部件的形状和尺寸，都可按需要得到,良好的喷涂层,。,缺点,：,涂层结构不强，不能形成合金或焊住，,仅仅依靠金属微粒楔入构件表面的微孔或凹坑而结合。它的附着强度不会很高,。质点的重迭堆砌使喷涂层存在很大孔隙率，这对防护效果不利，需要,采取封闭措施,。,第六章 防腐方法,第四节 其它防腐蚀方法,第六章 防腐方法,第四节 其它防腐蚀方法,气喷镀工艺流程,第六章 防腐方法,第四节 其它防腐蚀方法,电喷镀工艺流程,第六章 防腐方法,第四节 其它防腐蚀方法,a,b,c,cb,火焰,a.,金属丝,b.,燃料气和氧进口,c.,压缩空气进口,火焰喷涂,电弧,a.,金属丝,b.,压缩空气进口,电弧喷涂,阳极,b a,阴极,a.,粉末材料进口,b.,工作气体进口,等离子弧喷涂,三种热喷涂原理及喷枪结构示意,a,b,a,b,3.,渗镀（表面合金化或化学热处理）,渗镀层和基体金属之间是通过形成合金结合起来,(,冶金结合,),，因此不会因热膨胀剧烈机械变形等原因而脱落。经过渗镀处理的部件，其尺寸几乎没有改变。常用的,渗镀金属有铝、铬，以及非金属元素硅、硼。钢铁经过渗铝，渗硅，渗铬，以及二元或三元共渗,，,抗高温氧化和高温气体腐蚀,的能力大大提高。,将,电镀层，喷涂层，热浸层进行加热扩散，得到渗镀层,，是渗镀工艺发展方向之一。,第六章 防腐方法,第四节 其它防腐蚀方法,喷铝层,基体,金属,Al,2,O,3,保护膜,铝铁化合物,基体,金属,喷铝层,(,左,),和扩散渗铝层,(,右,),剖面示意,第六章 防腐方法,第四节 其它防腐蚀方法,4.,热浸（热镀）,将工件浸入熔融的液态镀层金属中，经短时间取出，便形成金属覆层。这种,施工方法最古老，简单,，但难以控制覆层厚度，操作时金属损耗也大。,使用热浸法的,条件,是：,基体金属与覆层金属之间能生成化合物或固溶体,，才能具有足够的结合力且不起皮脱落。,镀层金属必须是低熔点的,。因为这样可以减少热能消耗和避免镀件材料由于温度过高而降低机械性能。,一般用于钢铁管、板、带、丝的镀锌、锡、铝、铅锡合金等。,第六章 防腐方法,第四节 其它防腐蚀方法,5.,化学镀,(,也有称为“无电解镀”,),化学镀镍层与电镀硬铬层相比,，硬度和耐磨性能相近，但化学镀不需要电源，无电镀硬铬层中出现的脆性和网状裂纹，而且比电镀镍层,孔隙率低，化学稳定性高。,近年来又开发了脉冲化学镀，进行化学镀时迭加脉冲电流，可使镀层更致密，更光亮，组织均匀，结合牢固，因而较薄镀层就能达到较厚的普通化学镀层相同的技术指标。,第六章 防腐方法,第四节 其它防腐蚀方法,(6),真空镀（又叫物理气相沉积,(PVD),）,真空蒸镀,，用,电加热使镀层金属挥发,，,蒸汽以原子或分子形式沉积于被镀工件上,，形成很薄的,(50 100nm),覆膜。,阴极溅射,利用,高能离子或中性原子来轰击金属,，使,金属原子飞出,，,沉积在基体材料表面形成保护膜,；,离子镀,是在高真空中使,蒸发出来的镀层原子离子化,，在电场作用下沉积于工件表面形成保护膜。,第六章 防腐方法,第四节 其它防腐蚀方法,基板,1,5kV,基板,1,5kV,基板加热器,基板,真空蒸镀,真空度,5,10,-4,托,离子镀,真空度,1,5,10,-4,托,阴极溅射,真空度,10,-3,10,-2,托,三种真空镀原理图,第六章 防腐方法,第四节 其它防腐蚀方法,二、缓蚀剂,1.,缓蚀剂的定义,在腐蚀环境中以适当浓度和形式,(,一般是很少的量,),添加某种物质，能使金属的腐蚀速度大大降低，这种物质就叫,缓蚀剂,(,即腐蚀抑制剂,),。,缓蚀剂可以是,单组分物质,，也可以是,多组分的复合物质,。缓蚀剂保护方法使用方便，投资少。投入少量就可取得很好的保护效果，得到了广泛的应用。,第六章 防腐方法,第四节 其它防腐蚀方法,2.,缓蚀剂的性能,缓蚀剂的保护效果用,缓蚀,(,效,),率,表示。缓蚀率,是加入缓蚀剂后金属腐蚀速度减小的百分数：,缓蚀率不仅与,缓蚀剂的种类有关，而且与缓蚀剂的加入量和使用条件,密切相关。,当缓蚀剂停加以后，缓蚀率随时间逐渐下降，最后完全丧失。这段时间称为,缓蚀剂的后效时间,，表示缓蚀剂保护作用的持久性。,第六章 防腐方法,第四节 其它防腐蚀方法,3.,缓蚀剂的分类,按化学组成，可分为,无机缓蚀剂，有机缓蚀剂,。,按保护金属种类，可分为,钢铁缓蚀剂，铝及铝合金缓蚀剂,等。,按溶解性能，可分为,油溶性缓蚀剂，水溶性缓蚀剂,等。,按溶液,pH,值，可分为,中性介质缓蚀剂，酸性介质缓蚀剂,等。,第六章 防腐方法,第四节 其它防腐蚀方法,第六章 防腐方法,第四节 其它防腐蚀方法,按照,电化学理论,：,缓蚀剂分为阳极型,(,主要抑制阳极反应,),、,阴极型,(,主要抑制阴极反应,),、,混合型,(,对阳极反应和阴极反应都有抑制作用,),三类。,按照,保护膜的性质,可将缓蚀剂分为,氧化膜型,(,缓蚀剂与金属反应生成氧化物膜,),、,沉淀膜型,(,缓蚀剂与溶液中某些物质反应生成沉淀膜,),、,吸附膜型,(,缓蚀剂吸附在金属表面形成保护膜,),。,第六章 防腐方法,第四节 其它防腐蚀方法,E,E,不同类型缓蚀剂对实验极化曲线的影响,lgi,阳极型,lgi,阴极型,E,lgi,混合型,lgi,钝化型,第六章 防腐方法,第四节 其它防腐蚀方法,缓蚀剂对电极反应的作用？画出极化图。,三种缓蚀剂保护膜,缓蚀剂类型,保护膜示意图,膜的保护性能,氧化膜型,薄而至密，与金属结合牢固，保护效果好,沉淀膜型,厚而多钆，与金属结合较差，保护效果不好，可能造成结据问题,吸附膜型,在酸性介质中保护效果好，要求金属表面洁净,第六章 防腐方法,第四节 其它防腐蚀方法,Icor,Icor,I,阴极型缓蚀剂,土壤,Ecor,Ecor,阴极极率,Pc,增大,Icor,Icor,I,混合,极型缓蚀剂,阴极极化率,Pc,阳极极化率,Pa,都增大,Icor,Icor,I,阳,极型缓蚀剂,阳极极化率,Pa,增大,Ecor,Ecor,Ecor,Ecor,E,E,E,缓蚀剂对电极反应的作用,4.,几类常用的缓蚀剂,钝化剂,钝化剂属于,阳极型缓蚀剂,，能促使金属表面转变为钝态，生成保护性的氧化物膜，使金属腐蚀速度大大降低。钝化剂本身就具有氧化性，如,铬酸盐、亚硝酸盐，氧也是一种钝化剂,。,钝化剂的缓蚀率很高，但用量必须足够,。如果加入剂量不足，可能导致腐蚀加速或发生孔蚀，评价钝化剂性能的一个重要指标是,“临界致钝浓度”,，即在给定体系中使金属钝化所需的钝化剂最低浓度。,临界致钝浓度愈小，钝化剂性能愈好,。,第六章 防腐方法,第四节 其它防腐蚀方法,E,lg,i,E,lg,i,抑制阳极反应,促进阴极反应,钝化剂的作用机理,阳极极化曲线向左下方移动,阴极极化曲线向右上方移动,第六章 防腐方法,第四节 其它防腐蚀方法,1,2.0 4.0 6.0 8.0 1.0,钼酸铵对碳钢在碳化液中阳极行为的影响,1.,浓氨水,2.,浓氨水,0.5,克钼酸铵,3.,浓氨水,1.0,克钼酸铵,4.,浓氨水,1.5,克钼酸铵,电流（,MA,）,电,1200,位,800,400,0,400,800,1200,2,3,4,第六章 防腐方法,第四节 其它防腐蚀方法,阴极型缓蚀剂,阴极型缓蚀剂的作用在于,增大腐蚀电池的阴极极化，使阴极反应速度降低，,从而减小金属的腐蚀。有的阴极型缓蚀剂能减小氢离子还原反应的交换电流密度，使析氢反应变得困难。,如硫化物、砷化物等。,这类化合物可能导致金属的氢损伤,(,氢鼓泡、氢脆等,),，而且大都有毒，所以酸溶液中已很少使用。有些阴极型缓蚀剂能够在腐蚀电池的阴极区形成,沉淀膜,，使阴极区面积减小，阴极极化增强。如,Zn,2+,(,常使用,ZnSO,4,),。,第六章 防腐方法,第四节 其它防腐蚀方法,沉淀型缓蚀剂,指通过金属表面形成沉淀膜来发挥作用的一类缓蚀剂。,在沉淀型缓蚀剂中，,聚磷酸盐,是重要的一类。目前应用较多的,三聚磷酸钠,(Na,5,P,3,O,10,),、,六偏磷酸钠,(Na,6,P,6,O,18,),。,沉淀型缓蚀剂常称为“,安全缓蚀剂,”，用量不足不会增加金属的腐蚀。沉淀型缓蚀剂的保护效果一般不如钝化剂。另外，有可能造成热交换器表面结垢，影响传热。,第六章 防腐方法,第四节 其它防腐蚀方法,80,60,40,20,腐,蚀,速,度,mdd,Lg(Q/1-Q),0 50 100 150 200,2,1,0,-,1,-5 -4,-3,钙浓度（,ppm,),等温吸附关系曲线,体系：,20#,碳钢,INHCE,缓蚀剂,:,那可汀,(,四氢异喹啉类生物碱,),lgc,吸附平衡常数,Ka=2.24,10,吸附自由焓,Ga,=-35.4KT/mol,聚磷酸盐缓蚀效果与水中钙浓度的关系,第六章 防腐方法,第四节 其它防腐蚀方法,第六章 防腐方法,第四节 其它防腐蚀方法,有机缓蚀剂,有机缓蚀剂的缓蚀作用大多是通过在金属表面形成吸附膜来实现。,有机缓蚀剂大多含氮或硫，或者二者都有 如硫醇、硫醚、胺类和有机胺的盐类、硫脲及其衍生物等。,疏水基,亲水基,移动障碍,能量障碍,吸附型缓蚀剂在金属表面,形成的吸附膜模型,气相缓蚀剂,(VPI),气相缓蚀剂主要用于减轻金属设备和部件的大气腐蚀。其作用机理是汽化以后，和空气中的湿气一起凝结在金属表面，形成液膜。,为了使气相缓蚀剂能有效发挥作用，使用空间应当是,封闭的,，如包装箱、仓库。气相缓蚀剂应当有,比较大的蒸汽压,，容易挥发充满金属设备所在空间。,第六章 防腐方法,第四节 其它防腐蚀方法,5.,缓蚀剂应用的几个问题,要根据腐蚀体系的具体情况选择有效的缓蚀剂，因为,缓蚀剂的保护效果具有选择性,。,要通过试验确定缓蚀剂的,最佳投效剂量和最佳使用条件,。,缓蚀剂对生产过程,可能不利影响,：,如：起泡，形成乳状液；使锈皮疏松脱落而导致管线阻塞；造成新的腐蚀问题；结垢而影响传热，这主要指沉淀型缓蚀剂,。,第六章 防腐方法,第四节 其它防腐蚀方法,缓蚀剂对设备材质,是否会造成损害,。,缓蚀剂的,毒性和环境污染,是一个重要问题。,在实际生产系统中,缓蚀剂的流失是造成失效的常见原因,。,进行缓蚀剂,保护效果的经济评价,。开发高效而价廉的缓蚀剂品种。,为了保证缓蚀剂使用有效而经济，应对,保护效果进行监测，避免缓蚀剂浓度不足达不到保护效果，或者缓蚀剂加入过多造成浪费,。,第六章 防腐方法,第四节 其它防腐蚀方法,6.,缓蚀剂应用实例,酸洗,酸洗除锈和除垢是一种常用的金属表面清净处理，其原理是利用酸溶液对金属表面锈层和垢层的溶解能力，以及析氢所产生的机械剥离作用。良好的酸洗液应满足以下要求：,除锈,(,或除垢,),速度快；对基体金属腐蚀小。酸洗液需加入高效缓蚀剂；抑制酸雾能力强；不会对金属材料机械性能造成不利影响。,第六章 防腐方法,第四节 其它防腐蚀方法,部分国产酸洗缓蚀剂,三种气相缓蚀剂的蒸汽压,名称,主要成分,缓蚀剂,温度,蒸汽压,(Pa),天津若丁,(,新）,沈,1,D,二邻甲苯硫脲，食盐，淀粉，平平加苯胺，甲醛缩合物,工读,3,兰,4,A,苯胺，乌格托品缩合物没酸，苯胺，乌格托品缩合物,亚硝酸二环已胺,10,32,0.00399,0.0532,兰,5,7701,苯胺，乌格托品，硫氰化钾，苄基吡啶釜残，季铵盐,亚硝酸二民丙胺,15.6,25,0.482,0.826,7801,BH2,苯胺，乌格托品，苯已酮咪唑啉类,碳酸环已胺,25,28,53.2,266,IMC,4,川天,1,2,8601,CT,季铵盐类,苯胺环已酮，甲醛，炔醇烷基吡啶苄基委铵盐，平平加,第六章 防腐方法,第四节 其它防腐蚀方法,石油工业,为了提高油、气产量，需要采用酸化工艺。在高温井中用,15,20%,盐酸进行酸化压裂施工，缓蚀剂的保护性能是关键。,循环冷却水,汽车冷却系统,机器、设备、部件防锈,化学工业中的应用,合成氨装置脱碳系统。,尿素合成塔。,第六章 防腐方法,第四节 其它防腐蚀方法,