1、过程装备腐蚀与防护讲授人：刘 新宝专业：过程装备与控制工程西北大学第2章 影响局部腐蚀的结构因素 本章提示：主要针对金属的局部腐蚀进行研究，其中包括由于受力而产生的应力腐蚀、疲劳腐蚀、磨损腐蚀、氢致腐蚀；表面状态和几何因素引起的小孔腐蚀、缝隙腐蚀；异种金属组合产生的电偶腐蚀以及由于焊接引起的晶间腐蚀等。n全面腐蚀和局部腐蚀的比较n力学因素n表面状态和几何因素n异种金属组合n焊接因素2.1局部腐蚀和全面腐蚀比较(1)局部腐蚀和全面腐蚀的定义 全面腐蚀(General Corrosion)腐蚀是在整个金属表面上进行。可事先预测。局部腐蚀(Localized Corrosion)腐蚀只集中在金属表面
2、局部特定部位进行，其余大部分几乎不腐蚀。事先无法预知，容易发生脆性断裂失效，危害性特别大。2.1局部腐蚀和全面腐蚀比较全面腐蚀8.5%应力腐蚀破裂45.6%腐蚀疲劳8.56%小孔腐蚀21.6%晶间腐蚀4.9%高温氧化4.9%氢脆3.0%Table1:1976年日本Mitsubishi化工对服役10年的机械化工装置损坏调查2.1局部腐蚀和全面腐蚀比较(2)局部腐蚀和全面腐蚀的比较比较项目全全 面面 腐腐 蚀蚀局局 部部 腐腐 蚀蚀腐蚀形貌腐蚀分布在整个金属表面腐蚀破坏主要集中在一定区域腐蚀电池阴阳极在表面上变化，阴阳极无法辨别阴阳极在微观上可以分析电极面积阴极=阳极阳极 Ebr 发生孔蚀 Ebr
3、电位 Ep 不产生新蚀核，原有的 蚀核长大 电位 Ep 不产生新的蚀核，原有的 也钝化而停止发展 Ebr越高，耐孔蚀性越好；Ep越大，金属表面的钝化膜越稳定。2.2 表面状态和几何因素lEbr影响因素 材料因素 自钝化金属相对耐点蚀能力高；金属的表面粗糙核位错越容易形成点蚀。环境因素 介质的成分、pH值以及流速核温度等。l点蚀的防护 合理的选材，加入适量的能提高抗点蚀的合金元素，如Cr、Mo、Ni等的不锈钢改善表面处理工艺，提高钝态稳定性。降低环境介质的有害元素 特别是卤素离子 合理的结构设计 采用阴极保护 对金属设备、装置采用电化学保护是防止小孔腐蚀发生的较好措施。阴极极化使电位低于保护电位
4、Ep，使设备材料处于稳定的钝化区。缓冲剂 封闭系统中采用缓冲剂，不锈钢采用硝酸盐、亚硝酸钠等。2.2 表面状态和几何因素(2)缝隙腐蚀l定义 缝隙腐蚀金属与金属或与非金属之间存在很小的缝隙(0.025-0.1mm)时，缝隙内介质不易流动而形成滞留状态，促使缝隙内的金属加速腐蚀。缝隙腐蚀实例：螺纹连接、铆接板的接合面、设备底板与基础接触面等。2.2 表面状态和几何因素l缝隙腐蚀机理 目前，大家较能接受的机理是，缝隙腐蚀的起因是氧浓差电池的作用，而闭塞电池引起的酸化自摧化作用是造成缝隙腐蚀加速进行的根本原因。也就是说，只有氧浓差电池的作用，而没有闭塞电池引起的自催化作用，是不能构成严重的缝隙腐蚀的
5、。缝隙内阳极FeFe2+十2e；缝隙外阴极1/2O2+H2O+2e2OH-。由于阴、阳极分离，二次腐蚀产物Fe(OH)3；在缝隙口形成，很快发展为闭塞电池。2.2 表面状态和几何因素l缝隙腐蚀防护 避免形成缝隙或造成表面沉积的几何构造2.2 表面状态和几何因素 防止溶液浓缩，避免积液和死区2.3 表面状态和几何因素电偶腐蚀galvanic corrosionl定义 异种金属彼此接触或通过其他导体连通，处于同一介质中，会造成接触部位的局部腐蚀。电位低的金属溶解速度大，电位高的溶解速度小。实际为不同电极构成的宏观腐蚀电池所致。2.3 表面状态和几何因素l电偶腐蚀原理混合电位 金属M1和M2分别发生
6、共轭电极反应：2.3 表面状态和几何因素l面积比与有效距离 小阳极、大阴极的结构危害，面积比Sk/Sa，析氢反应(电化学控制)时，阴极电流密度减小，氢的超电压降低，阳极溶解加速；耗氧(扩散控制)腐蚀时，阴极面积增加，提高了扩散电流，阳极溶解加速。应采用小阴极、大阳极的结构。l电偶腐蚀的因素 金属材料的电极电位 差值越大，腐蚀 面积效应 避免小阳极、大阴极 溶液电阻 腐蚀经常集中在结合（突起）处。环境介质 2.3 表面状态和几何因素l电偶腐蚀的防护 选择相容性材料 由于所处介质大多不好金属离子本身，因而不能使用标准电动序来衡量。通常要实际测量。电位50mV时，电偶效应可 不考虑。2.3 表面状态
7、和几何因素 合理的结构设计 .避免小阳极、大阴极的结构。焊缝相对被焊金属时阴性的，螺钉、铆钉也是阴性的。.将不同金属部件相互绝缘。.插入其他金属或采用涂层，以降低两种金属间的电位差。.将阳极材料换成廉价材料，同时可适当增加厚度。电化学保护牺牲阳极 保护阴极 2.4 焊接因素(1)焊接缺陷和腐蚀l焊接表面缺陷 焊瘤熔化金属流淌到焊缝之外未熔化部位堆积而成，与木材没有融合。咬边在工件上沿焊缝边缘所形成的沟槽会凹陷。电流过大、焊缝太长等。2.4 焊接因素l异种金属焊接 化工设备常采用异种金属焊接，例如碳钢不锈钢，奥氏体不锈钢铁素体不锈钢，复合钢板等，如果焊缝金属的电位远低于母体的金属时，就会形成小阳极、大阴极的腐蚀环境。因此焊缝多选用电位高的金属焊条。l焊接残余应力 焊接过程是一个焊缝金属凝固和冷却的过程，由于垂直焊缝方向上的温度差很大，结果造成高温区的残余拉应力和低温区的残余压应力。热处理消除。2.4 焊接因素l焊接热影响区 焊接过程在焊缝两侧距焊缝远近不同的各点，所经历的焊接热循环不同，越近加热温度越高，越远就越低。相当于经了不同规范的热处理，必然会导致相应的组织变化，例如晶粒的长大、相变、重结晶等。对于低碳钢只影响力学性能，对耐蚀性不大。而对于含有大量合金元素的金属来说，晶间行为变得非常活泼，而会发生晶间腐蚀。
