金屬管道腐蝕防護(hù)基礎(chǔ)知識(shí)

1、金屬管道腐蝕防護(hù)基礎(chǔ)知識(shí)1 什么叫金屬腐蝕？ 金屬腐蝕是金屬與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)、電化學(xué)或物理作用成為金屬 化合物而受破壞的一種現(xiàn)象。2金屬管道常見(jiàn)的腐蝕按其作用原理可分為哪幾種？金屬管道常見(jiàn)的腐蝕按其作用原理可分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩種。3常用的防腐措施有哪幾種？常用的防腐措施有涂層、襯里、電法保護(hù)和緩蝕劑。4什么叫化學(xué)腐蝕？化學(xué)腐蝕是指金屬表面與非電解質(zhì)直接發(fā)生純化學(xué)作用而引起的破壞。 化學(xué)腐蝕又可分為氣體腐蝕和在非電解質(zhì)溶液中的腐蝕。5什么叫電化學(xué)腐蝕？電化學(xué)腐蝕是指金屬與電解質(zhì)因發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生破壞的現(xiàn)象。6縫隙腐蝕是如何產(chǎn)生的？許多金屬構(gòu)件是由螺釘、鉚、焊等方式連接的，在這些連接

2、件或焊接接 頭缺陷處可能出現(xiàn)狹窄的縫隙，其縫寬（一般在 0.0250.1mm ）足以 使電解質(zhì)溶液進(jìn)入，使縫內(nèi)金屬與縫外金屬構(gòu)成短路原電池，并且在縫 內(nèi)發(fā)生強(qiáng)烈的腐蝕，這種局部腐蝕稱為縫隙腐蝕。7什么是點(diǎn)腐蝕？點(diǎn)腐蝕是指腐蝕集中于金屬表面的局部區(qū)域范圍內(nèi)， 并深入到金屬內(nèi)部 的孔狀腐蝕形態(tài)。8點(diǎn)蝕和坑蝕各有什么特征？點(diǎn)蝕：坑孔直徑小于深度；坑蝕：坑孔直徑大于深度。9什么是應(yīng)力腐蝕，應(yīng)力腐蝕按腐蝕機(jī)理可分為幾種？由殘余或外加拉應(yīng)力導(dǎo)致的應(yīng)變和腐蝕聯(lián)合作用所產(chǎn)生的材料破壞過(guò)程稱為應(yīng)力腐蝕。應(yīng)力腐蝕按腐蝕機(jī)理可分為：（ 1）陽(yáng)極溶解（ 2）氫 致開(kāi)裂。10腐蝕疲勞的定義？金屬在腐蝕的環(huán)境中與交變應(yīng)力

3、的協(xié)同作用下引起材料的破壞， 稱為腐 蝕疲勞。11氧濃差腐蝕是如何產(chǎn)生的？地下管道最常見(jiàn)的腐蝕現(xiàn)象是氧濃差電池。 由于在管道的不同部位氧的 濃度不同，在貧氧的部位管道的自然電位（非平衡電位）低，是腐蝕原 電池的陽(yáng)極，其陽(yáng)極溶解速度明顯大于其余表面的陽(yáng)極溶解速度，故遭 受腐蝕。管道通過(guò)不同性質(zhì)土壤交接處時(shí)，粘土段貧氧，易發(fā)生腐蝕， 特別是在兩種土壤的交接處或埋地管道靠近出土端的部位腐蝕最嚴(yán)重。 對(duì)儲(chǔ)油罐來(lái)講，氧濃差主要表現(xiàn)在罐底板與砂基接觸不良，還有罐周和 罐中心部位的透氣性差別，中心部位氧濃度低，成為陽(yáng)極被腐蝕。12什么是細(xì)菌腐蝕？它是如何產(chǎn)生的？細(xì)菌腐蝕是當(dāng)金屬在含有硫酸鹽的土壤中腐蝕時(shí)，

4、陰極反應(yīng)的氫將硫酸 鹽還原為硫化物， 硫酸鹽還原菌利用反應(yīng)的能量進(jìn)行繁殖從而加速金屬 腐蝕的現(xiàn)象。在某些缺氧的土壤中含有硫酸鹽時(shí) ,硫酸鹽還原細(xì)菌就會(huì)繁殖起來(lái) ,它們 在代謝過(guò)程中需要?dú)浠蚰承┻€原物質(zhì)將硫酸鹽還原為硫化物利用反應(yīng) 的能量而繁殖。SO42- +8HH S2 -+4H2O由于硫酸鹽及其它 H +的存在，金屬在土壤中腐蝕過(guò)程的陰極反應(yīng)有原 子態(tài)氫產(chǎn)生。在土壤中它附在金屬表面上，不能連續(xù)地成為氣泡逸出， 就會(huì)發(fā)生陰極極化，使腐蝕過(guò)程明顯減慢。但硫酸還有菌的存在，恰好 給原子氫找到了出路，把 SO42-還原成S2-，再與Fe2+化合生成黑色 的FeS沉積物。當(dāng)土壤pH值在59，溫度在25

5、30 C時(shí)，最有利于細(xì) 菌的繁殖。13 電偶腐蝕是怎樣產(chǎn)生的？當(dāng)兩種具有不同電極電位的金屬或合金互相接觸， 并處于電解質(zhì)溶液之 中時(shí)，電極電位較負(fù)的金屬不斷腐蝕，而電極電位較正的金屬卻得到了 保護(hù)，這種腐蝕稱為電偶腐蝕。金屬的腐蝕與防護(hù) 金屬有許多優(yōu)良的性質(zhì)，例如導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、強(qiáng)度、韌性、可塑性、耐磨性、 可鑄造性等。 金屬材料至今依然是最重要的結(jié)構(gòu)材料， 廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、 生活和 科技工作的各個(gè)方面。金屬制品在生產(chǎn)和使用的過(guò)程中，受到各種損壞，例如， 機(jī)械磨損、生物性破壞、腐蝕等。1、金屬腐蝕的定義金屬的腐蝕是金屬在環(huán)境的作用下所引起的破壞或變質(zhì)。 金屬的腐蝕還有其他 的表述。所謂環(huán)境是指

6、和金屬接觸的物質(zhì)。例如自然存在的大氣、海水、淡水、 土壤等，以及生產(chǎn)生活用的原材料和產(chǎn)品。 由于這些物質(zhì)和金屬發(fā)生化學(xué)作用或 電化學(xué)作用引起金屬的腐蝕， 在許多功能情況下還同時(shí)存在機(jī)械力、 射線、電流、 生物等的作用。金屬發(fā)生腐蝕的部分，由單質(zhì)變成化合物，至使生銹、開(kāi)裂、穿 孔、變脆等。因此，在絕大多數(shù)的情況下，金屬腐蝕的過(guò)程是冶金的逆過(guò)程。2、金屬腐蝕的分類有多種分類方法。（1）按腐蝕過(guò)程的分，主要有化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕?；瘜W(xué)腐蝕是金屬和環(huán) 境介質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)作用而產(chǎn)生的損壞， 在腐蝕過(guò)程中沒(méi)有電流產(chǎn)生。 例如金屬 在高溫的空氣中或氯氣中的腐蝕， 非電解質(zhì)對(duì)金屬的腐蝕等。 引起金屬化學(xué)腐蝕

7、的介質(zhì)不能導(dǎo)電。電化學(xué)腐蝕是金屬在電解質(zhì)溶液中發(fā)生電化學(xué)作用而引起的損 壞，在腐蝕過(guò)程中有電流產(chǎn)生。引起電化學(xué)腐蝕的介質(zhì)都能導(dǎo)電。例如，金屬在 酸、堿、鹽、土壤、海水等介質(zhì)中的腐蝕。電化學(xué)腐蝕與化學(xué)腐蝕的主要區(qū)別在 于它可以分解為兩個(gè)相互獨(dú)立而又同時(shí)進(jìn)行的陰極過(guò)程和陽(yáng)極過(guò)程， 而化學(xué)腐蝕 沒(méi)有這個(gè)特點(diǎn)。電化學(xué)腐蝕比化學(xué)腐蝕更為常見(jiàn)和普遍。（2）按金屬腐蝕破壞的形態(tài)和腐蝕區(qū)的分布，分為全面腐蝕和局部腐蝕。全 面腐蝕，是指腐蝕分布于整個(gè)金屬的表面。 全面腐蝕有各處的腐蝕程度相同的均 勻腐蝕； 也有不同腐蝕區(qū)腐蝕程度不同的非均勻腐蝕。 在用酸洗液清洗鋼鐵、 鋁 設(shè)備時(shí)發(fā)生的腐蝕一般屬于均勻腐蝕。 而

8、腐蝕主要集中在金屬表面的某些區(qū)域稱 為局部腐蝕。 盡管此種腐蝕的腐蝕量不大， 但是由于其局部腐蝕速度很大， 可造 成設(shè)備的嚴(yán)重破壞，甚至爆炸，因此，其危害更大。金屬在不同的環(huán)境條件下可 以發(fā)生不同的局部腐蝕。例如孔蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕、晶間腐蝕、磨損腐蝕 等。還有按腐蝕的環(huán)境條件把腐蝕分為高溫腐蝕和常溫腐蝕； 干腐蝕和濕腐蝕等。當(dāng)金屬和周圍介質(zhì)接觸時(shí)， 由于發(fā)生化學(xué)和電化學(xué)作用而引起的破壞叫做金屬的 腐蝕。從熱力學(xué)觀點(diǎn)看，除少數(shù)貴金屬（如 Au、Pt ）外，各種金屬都有轉(zhuǎn)變成 離子的趨勢(shì)，就是說(shuō)金屬腐蝕是自發(fā)的普遍存在的現(xiàn)象。 金屬被腐蝕后， 在外形、 色澤以及機(jī)械性能方面都將發(fā)生變化，造成

9、設(shè)備破壞、管道泄漏、產(chǎn)品污染，釀 成燃燒或爆炸等惡性事故以及資源和能源的嚴(yán)重浪費(fèi)， 使國(guó)民經(jīng)濟(jì)受到巨大的損 失。據(jù)估計(jì)，世界各發(fā)達(dá)國(guó)家每年因金屬腐蝕而造成的經(jīng)濟(jì)損失約占其國(guó)民生產(chǎn) 總值3.5 %4.2 %，超過(guò)每年各項(xiàng)大災(zāi)（火災(zāi)、風(fēng)災(zāi)及地震等）損失的總和。有 人甚至估計(jì)每年全世界腐蝕報(bào)廢和損耗的金屬約為 1 億噸！因此，研究腐蝕機(jī)理， 采取防護(hù)措施，對(duì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)有著十分重大的意義。金屬防腐蝕的方法很多， 主要有改善金屬的本質(zhì)， 把被保護(hù)金屬與腐蝕介質(zhì)隔開(kāi)， 或?qū)饘龠M(jìn)行表面處理，改善腐蝕環(huán)境以及電化學(xué)保護(hù)等。（ 1 ）改善金屬的本質(zhì)根據(jù)不同的用途選擇不同的材料組成耐蝕合金， 或在金屬中添加合金元

10、素， 提高 其耐蝕性， 可以防止或減緩金屬的腐蝕。 例如，在鋼中加入鎳制成不銹鋼可以增 強(qiáng)防腐蝕能力。（ 2）形成保護(hù)層在金屬表面覆蓋各種保護(hù)層， 把被保護(hù)金屬與腐蝕性介質(zhì)隔開(kāi)， 是防止金屬腐蝕 的有效方法。 工業(yè)上普遍使用的保護(hù)層有非金屬保護(hù)層和金屬保護(hù)層兩大類。 它 們是用化學(xué)方法，物理方法和電化學(xué)方法實(shí)現(xiàn)的。 金屬的磷化處理鋼鐵制品去油、 除銹后， 放人特定組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(guò)程叫做磷化處理。磷化膜呈暗灰色至黑灰色，厚度一般為 5 ym20 ym,在大氣中有較好的耐蝕 性。膜是微孔結(jié)構(gòu)，對(duì)油漆等的吸附能力強(qiáng)，如用作油漆底層，耐腐蝕

11、性可進(jìn)一 步提高。 金屬的氧化處理將鋼鐵制品加到 NaOH 和 NaNO2 的混合溶液中， 加熱處理， 其表面即可形成一 層厚度約為0.5 ym1.5 ym的藍(lán)色氧化膜（主要成分為Fe3O4 ），以達(dá)到鋼鐵 防腐蝕的目的， 此過(guò)程稱為發(fā)藍(lán)處理， 簡(jiǎn)稱發(fā)藍(lán)。 這種氧化膜具有較大的彈性和 潤(rùn)滑性，不影響零件的精度。故精密儀器和光學(xué)儀器的部件，彈簧鋼、薄鋼片、 細(xì)鋼絲等常用發(fā)藍(lán)處理。 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(hù)層， 稱為非金屬涂層， 也可達(dá)到防腐蝕的目的。 例如，船身、車廂、水桶等常涂抽漆， 汽車外殼常噴漆， 槍炮、機(jī)器常涂礦物性油脂等。 用塑料

12、（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，兼具防蝕與裝飾的雙重功能。搪瓷是含 SiO2 量較高的玻璃瓷釉，有極好的耐腐蝕性能，因此作為耐腐蝕非金 屬涂層，廣泛用于石油化工、醫(yī)藥、儀器等工業(yè)部門和日常生活用品中。 金屬保護(hù)層 它是以一種金屬鍍?cè)诒槐Ｗo(hù)的另一種金屬制品表面上所形成的保護(hù)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(xué)鍍外， 還有熱浸鍍、 熱噴鍍、 滲鍍、真空鍍等方法。熱浸鍍是將金屬制件浸入熔融的金屬中以獲得金屬涂層的方法， 作為浸涂層的金 屬是低熔點(diǎn)金屬，如 Zn 、 Sn 、 Pb 和 A1 等，熱鍍鋅

13、主要用于鋼管、鋼板、鋼帶 和鋼絲，應(yīng)用最廣；熱鍍錫用于薄鋼板和食品加工等的貯存容器；熱鍍鉛主要用 于化工防蝕和包覆電纜；熱鍍鋁則主要用于鋼鐵零件的抗高溫氧化等。（3）改善腐蝕環(huán)境改善環(huán)境對(duì)減少和防止腐蝕有重要意義。 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、濕度等都可以減少和防止金屬腐蝕。也可以采用在腐蝕 介質(zhì)中添加能降低腐蝕速率的物質(zhì)（稱緩蝕劑）來(lái)減少和防止金屬腐蝕。（4）電化學(xué)保護(hù)法電化學(xué)保護(hù)法是根據(jù)電化學(xué)原理在金屬設(shè)備上采取措施，使之成為腐蝕電池中的陰極，從而防止或減輕金屬腐蝕的方法。 犧牲陽(yáng)極保護(hù)法犧牲陽(yáng)極保護(hù)法是用電極電勢(shì)比被保護(hù)金屬更低的金屬或合金做陽(yáng)極，固定在被保

14、護(hù)金屬上，形成腐蝕電池，被保護(hù)金屬作為陰極而得到保護(hù)。犧牲陽(yáng)極一般常用的材料有鋁、鋅及其合金。此法常用于保護(hù)海輪外殼，海水中 的各種金屬設(shè)備、構(gòu)件和防止巨型設(shè)備（如貯油罐）以及石油管路的腐蝕。 外加電流法將被保護(hù)金屬與另一附加電極作為電解池的兩個(gè)極，使被保護(hù)的金屬作為陰極， 在外加直流電的作用下使陰極得到保護(hù)。此法主要用于防止土壤、海水及河水中 金屬設(shè)備的腐蝕。金屬的腐蝕雖然對(duì)生產(chǎn)帶來(lái)很大危害， 但也可以利用腐蝕的原理為生產(chǎn)服務(wù)， 發(fā) 展為腐蝕加工技術(shù)。例如，在電子工業(yè)上，廣泛采用印刷電路。其制作方法及原 理是用照相復(fù)印的方法將線路印在銅箔上，然后將圖形以外不受感光膠保護(hù)的銅 用三氯化鐵溶液腐

15、蝕，就可以得到線條清晰的印刷電路板。 三氯化鐵腐蝕銅的反 應(yīng)如下：2FeCI3 + Cu=2FeC12 + CuCI2此外，還有電化學(xué)刻蝕、等離子體刻蝕新技術(shù)，比用三氯化鐵腐蝕銅的濕化學(xué)刻 蝕的方法更好，分辨率更高。1. 金屬腐蝕：指金屬或合金與周圍接觸到的氣體或液體進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而腐蝕損 耗的過(guò)程；2. 金屬腐蝕后的特征：在外形、色澤以及機(jī)械性能等方面都發(fā)生一定的變化；3. 本質(zhì)：金屬本身失去電子變成陽(yáng)離子的過(guò)程（發(fā)生氧化反應(yīng)）：M ne - = Mn+鐵的柱質(zhì):純凈的鐵杲亮的銀白色金屬，抗腐|蝕能力很強(qiáng)，冨有延展性和導(dǎo)熱卑:電性，鐵能皺施鐵吸引-；/設(shè)問(wèn)：從文獻(xiàn)當(dāng)中查找到的已知信息：Fe具有

16、較強(qiáng)的抗腐蝕性，但生活當(dāng)中我 們卻經(jīng)常可以看到Fe生銹的例子，這是為什么呢？鋼鐵究竟如何被腐蝕掉的 呢？知識(shí)講解：4.金屬腐蝕的類型：化學(xué)腐蝕：金屬跟接觸到的物質(zhì)（如 S02、CI2、02等）直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而 引起的腐蝕。電化學(xué)腐蝕：不純的金屬跟電解質(zhì)溶液接觸時(shí)， 會(huì)發(fā)生氧化還原放應(yīng)，比較活潑 的金屬失去電子被氧化。探究實(shí)驗(yàn)：不同條件下鐵釘?shù)匿P蝕（視頻或動(dòng)畫展示）:電解質(zhì)蹄的形廉設(shè)問(wèn)：為什么鋼鐵在干燥的空氣中不易生銹，而在潮濕的空氣中卻易生銹呢？ 知識(shí)講解：I*H+ 4時(shí):HjO 十 C02= H疋5壬二 H+ + HCg :0 :叮二卩砒曲濕的空水膜H。盹*電解質(zhì)箱液二庁）：©/

17、I:鐵:'1初砂原電池，形成的條件！耳兩種活性環(huán)同的金屬（或非金屬）作電艇p 兩電極同時(shí)插入電解質(zhì)溶液中扌心 構(gòu)成囲合回路：心析氫腐蝕吸氧腐蝕發(fā)生條件鋼鐵表面吸附的水膜呈 現(xiàn)酸性。鋼鐵表面吸附的水膜中溶 有02，并呈極弱酸性或中 性。電極 反應(yīng)負(fù)極Fe -2e -=Fe2+正極2H+ + 2e -=H2T02 + 2H2O + 4e -=40H -原電池形成的條件：有兩種活性不同的金屬（或非金屬）作電極; 兩電極同時(shí)插入電解質(zhì)溶液中； 構(gòu)成閉合回路；學(xué)生活動(dòng)：分小組討論以下問(wèn)題（1）比較化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕的反應(yīng)本質(zhì)；（2）比較化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕的條件；（3）比較化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕的過(guò)程；4）分析金屬腐蝕的主要途徑；小結(jié)：化學(xué)腐蝕（次要）電化學(xué)腐蝕（主要）條件金屬跟氧化劑直接接觸不純金屬或合金跟電解質(zhì)溶液 接觸現(xiàn)象無(wú)電流產(chǎn)生有微弱電流本質(zhì)金屬被氧化的過(guò)程較活潑的金屬被氧化的過(guò)程相互關(guān)系化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕往往同時(shí)發(fā)生設(shè)問(wèn)：金屬被腐蝕后，在外形、色澤以及機(jī)械性能等方面都將發(fā)生變化，會(huì)使機(jī) 器設(shè)備、儀器、儀表的精密度和靈敏度降