1、第八章第八章 金属的腐蚀与防护金属的腐蚀与防护金属腐蚀的分类：金属腐蚀的分类：（1 1）化学腐蚀）化学腐蚀 金属表面与金属表面与介质如气体或非电解质溶液等因介质如气体或非电解质溶液等因发生化学作用而引起的腐蚀，称发生化学作用而引起的腐蚀，称作化学腐蚀。化学腐蚀作用作化学腐蚀。化学腐蚀作用进行进行时没有电流产生。时没有电流产生。如将铁块放入稀硫酸中，如将铁块放入稀硫酸中，Zn+H2SO4=ZnSO4+H2。ZnHCl（2 2）电化学腐蚀）电化学腐蚀 金属表面在介质金属表面在介质如潮湿空气、电如潮湿空气、电解质溶液等中，解质溶液等中，因形成微电池而因形成微电池而发生电化学作用发生电化学作用而引起的
2、腐蚀称而引起的腐蚀称作电化学腐蚀。作电化学腐蚀。ZnPtHCl析氢腐蚀与吸氧腐蚀析氢腐蚀与吸氧腐蚀如右图所示，空气中的如右图所示，空气中的CO2，SO2 等可溶解在水中形成电等可溶解在水中形成电解质溶液，从而形成了原电解质溶液，从而形成了原电池。其中铁是阳极，发生氧池。其中铁是阳极，发生氧化反应；铜是阴极，发生还化反应；铜是阴极，发生还原反应。原反应。负极：负极：FeFe2+2e（Fe被腐蚀）被腐蚀）正极：（析氢腐蚀）正极：（析氢腐蚀）2H2eH2 （吸氧腐蚀）（吸氧腐蚀）1/2O22H2e-H2OCuFeH2O2+H12H=-lnaRTZFa析氢腐蚀析氢腐蚀吸氧腐蚀吸氧腐蚀+22+2o221
3、/2O,H O,HOH1=-ln2RTFaa+222ooH O,O,HH,H=1.229V=0因为因为 ，易知。，易知。说明吸氧腐蚀比析氢腐蚀严重得多。说明吸氧腐蚀比析氢腐蚀严重得多。211.1.金属的可逆电极电势金属的可逆电极电势;2.2.氢、氧在金属表面的氢、氧在金属表面的超电势；超电势；3.3.金属的极化性能金属的极化性能4.4.电解质溶液的组成电解质溶液的组成影响金属表面腐蚀的主要因素影响金属表面腐蚀的主要因素电化学保护电化学保护保护原理及保护参数保护原理及保护参数电化学保护中的辅助电极系统电化学保护中的辅助电极系统牺牲阳极法阴极保护牺牲阳极法阴极保护直流电源和控制方式直流电源和控制方
4、式阴极保护和阳极保护的比较阴极保护和阳极保护的比较电化学保护应用实例电化学保护应用实例NEXT 控制环境方法控制环境方法缓蚀剂缓蚀剂除去环境中的腐蚀性物质除去环境中的腐蚀性物质NEXT覆盖层保护覆盖层保护覆盖层保护概述覆盖层保护概述金属覆盖层金属覆盖层化学转化膜化学转化膜非金属覆盖层非金属覆盖层金属表面清洁处理金属表面清洁处理BACK阴极保护效应阴极保护效应金属金属电解质溶解腐蚀体系受到阴极极化时，电位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负移，金属阳极氧化反应过电位a减小，反应速度减小，减小，反应速度减小，这种金属腐蚀速度减小的现象，称为这种金属腐蚀速度减小的现象
5、，称为阴极保护效应阴极保护效应。阴极保护阴极保护利用阴极保护效应减轻金属设备腐蚀的防护方法叫利用阴极保护效应减轻金属设备腐蚀的防护方法叫做做阴极保护阴极保护。阴极阴极保护保护外加电流阴极保护外加电流阴极保护示意图示意图Icor=Ia=|Ic|阳极区阳极区阴极区阴极区 腐蚀金属腐蚀金属阴阴极极阳阳极极IcorIaIc腐蚀电池腐蚀电池外加电流阴极保护外加电流阴极保护 I直流电源直流电源辅助辅助阳极阳极电流关系电流关系:|Ic|=Ia +|I-|阴阴极极阳阳极极辅助辅助阳极阳极I I-IcIaIaI-EEcorEeaLg icor Lg iprlgi活化极化控制活化极化控制腐蚀体系腐蚀体系EEcor
6、EeaLgicorLgiprlgiEe(H2/H)|ic|ia氧扩散控制氧扩散控制腐蚀体系腐蚀体系两种腐蚀体系两种腐蚀体系的保护电流比较的保护电流比较阴极保护的原理阴极保护的原理 由外电路向金属通入由外电路向金属通入电子电子，以供去极化剂还原反应所，以供去极化剂还原反应所需，从而使金属氧化反应受到抑制。当金属氧化反应速度需，从而使金属氧化反应受到抑制。当金属氧化反应速度降低到零时，金属表面只发生去极化剂阴极反应。降低到零时，金属表面只发生去极化剂阴极反应。阴极保护的效果用阴极保护的效果用保护度保护度表示：表示：100%VV1100%VVV000阴极阴极保护保护保护参数保护参数保护电位保护电位E
7、pr：阴极保护中所取的极化电位阴极保护中所取的极化电位。要使金要使金属的腐蚀速度降低到零，属的腐蚀速度降低到零，达到达到“完全保护完全保护”(”(=100%)=100%)，必须取阳极反应平衡电位作为保护电位（必须取阳极反应平衡电位作为保护电位（Epr=Eea）。）。(最小最小)保护电流密度保护电流密度ipr：与保护电位对应的外加极化与保护电位对应的外加极化电流密度叫做保护电流密度。电流密度叫做保护电流密度。保护电位是基本的控制指标保护电位是基本的控制指标（在两个保护参数中）在两个保护参数中）。阴极阴极保护保护阴极保护适合的体系阴极保护适合的体系理论上，任何体系都可以。但在工程上还要求保护电理论
8、上，任何体系都可以。但在工程上还要求保护电流密度比较小（在经济上才合算）。阴极保护的经济指标，流密度比较小（在经济上才合算）。阴极保护的经济指标，用保护效益用保护效益 Z 来衡量。来衡量。腐蚀体系的阴极极化率大，阳极极化率小腐蚀体系的阴极极化率大，阳极极化率小(即阴极极化即阴极极化曲线陡而阳极极化曲线平曲线陡而阳极极化曲线平)，则随着电位负移，金属腐蚀速，则随着电位负移，金属腐蚀速度减小快，而保护电流密度增加慢，保护效益也就较大。度减小快，而保护电流密度增加慢，保护效益也就较大。阴极阴极保护保护 阴极保护的腐蚀体系包括：阴极保护的腐蚀体系包括：土壤、海水、河水土壤、海水、河水等等环境中的环境中
9、的碳钢管道、构筑物、设备碳钢管道、构筑物、设备。确定保护电位时应考虑两个方面的因素：确定保护电位时应考虑两个方面的因素：第一，第一，Epr值（越负越好）；第二，值（越负越好）；第二，析氢析氢反应的影响。反应的影响。腐蚀体系是否适宜采用阴极保护腐蚀体系是否适宜采用阴极保护：测量阴极极化：测量阴极极化曲线，确定保护电位及相应的保护电流密度。再计算保护曲线，确定保护电位及相应的保护电流密度。再计算保护度，确定是否适宜采用阴极保护度，确定是否适宜采用阴极保护。阴极阴极保护保护阴极极化曲线阴极极化曲线（碳钢在联碱盐析结晶器溶液中）（碳钢在联碱盐析结晶器溶液中）电电位位(mv.scemv.sce)-100
10、0 -900-800 1 2 3 4 5 6 7 8 9电流密度电流密度(A/mA/m)1:静态静态2:微搅动微搅动溶液成分：溶液成分：Fnh356 滴度滴度CnH3 42.5 滴度滴度Cl-113滴度滴度Na+70.5 滴度滴度0.3180.55保护参数保护参数（碳钢在联碱盐析结晶器溶液中）（碳钢在联碱盐析结晶器溶液中）保护电位保护电位（nv/scenv/sce)-650-800-950-1000-1050 保护电流保护电流密度密度(A/mA/m)00.280.3180.551.273.2腐蚀速度腐蚀速度(mm/y)mm/y)1.084 0.207 0.0404 0.0271 0.01700
11、.0165保护度保护度(%)(%)080.996.397.598.498.5析氢情况析氢情况少量氢气泡少量氢气泡大量析氢大量析氢试验时间：试验时间：144小时小时溶液成分：溶液成分：FnH3 64 滴度；滴度；CNH3 28.8 滴度；滴度；Cl-100滴度。滴度。试验温度：常温试验温度：常温引自引自电化学保护在化肥生产中的应用电化学保护在化肥生产中的应用P74 金属或合金金属或合金参参 比比 电电 极极Cu/Cu/饱和饱和CuSOCuSO4 4Ag/Ag/AgClAgCl/海水海水Ag/Ag/AgClAgCl/饱和饱和KClKClZn/Zn/洁净海水洁净海水铁与铁与钢钢 含氧环境含氧环境 缺
12、氧环境缺氧环境-0.85-0.85-0.95-0.95-0.80-0.80-0.90-0.90-0.75-0.75-0.85-0.85+0.25+0.25+0.15+0.15 铅铅-0.6-0.6-0.55-0.55-0.5-0.5+0.5+0.5 铜合金铜合金-0.5-0.5-0.650.65-0.45-0.45-0.60.6-0.4-0.4-0.550.55+0.6+0.45+0.6+0.45铝铝正极限值正极限值负极限值负极限值-0.95-0.95-1.2-1.2-0.90-0.90-1.15-1.15-0.85-0.85-1.1-1.1+0.15+0.15-0.1-0.1注：（注：（1
13、1）比表数据取自）比表数据取自19731973年年8 8月英国标准研究所制定的阴极保护规范；月英国标准研究所制定的阴极保护规范；（2 2）海水指洁净，并未稀释的海水；）海水指洁净，并未稀释的海水；（3 3）铝的阴极保护）铝的阴极保护,电位不能太负电位不能太负,否则会加速腐蚀否则会加速腐蚀,产生负保护效应。产生负保护效应。一些金属的一些金属的保护电位保护电位(单位：单位：V)环境环境条件条件Ipr(mA/m)环境环境条件条件Ipr(mA/m)稀硫酸稀硫酸海水海水淡水淡水高温淡水高温淡水高温淡水高温淡水室温室温流动流动流动流动氧饱和氧饱和脱气脱气1201506018040中性土壤中性土壤中性土壤中
14、性土壤中性土壤中性土壤混凝土混凝土混凝土混凝土细菌繁殖细菌繁殖通气通气不通气不通气含氯化物含氯化物无氯化物无氯化物40040451保护电流密度保护电流密度（钢铁）（钢铁）金属防蚀技术便览金属防蚀技术便览两种阴极保护法两种阴极保护法 外加电流阴极保护：外加电流阴极保护：所需保护电流是由直流所需保护电流是由直流电源电源(如蓄电池、直流发电机、整流器等如蓄电池、直流发电机、整流器等)提供的；提供的；牺牲阳极保护：牺牲阳极保护：所需保护电流是由牺牲阳极所需保护电流是由牺牲阳极的溶解所提供的。的溶解所提供的。（牺牲阳极材料都是活泼的有色金属如（牺牲阳极材料都是活泼的有色金属如锌、铝、镁锌、铝、镁。牺牲阳
15、极的电位要足够负，。牺牲阳极的电位要足够负，阳极极化率要小，特别是表面不能生成保护性的腐蚀产物膜，阳极溶解要均匀。）阳极极化率要小，特别是表面不能生成保护性的腐蚀产物膜，阳极溶解要均匀。）阴极阴极保护保护两种阴极保护两种阴极保护示意图示意图外加电流保护法外加电流保护法箭头表示电流方向箭头表示电流方向牺牲阳极保护法牺牲阳极保护法+-+-直流电源直流电源辅助辅助阳极阳极腐腐蚀蚀介介质质被保护设备被保护设备埋地管道埋地管道牺牲阳极牺牲阳极地面地面接线盒接线盒 两种阴极保护的比较两种阴极保护的比较牺牲阳极保护法牺牲阳极保护法安装简单，不需要直流电源，安装简单，不需要直流电源，对周围对周围设备的干扰小设
16、备的干扰小。但牺牲阳极消耗大，难以调节在最佳保护。但牺牲阳极消耗大，难以调节在最佳保护电位，且提供的电流较小。电位，且提供的电流较小。外加电流阴极保护法外加电流阴极保护法不消耗有色金属，提供较大的保不消耗有色金属，提供较大的保护电流，易于监测和控制，但需要直流电源，经常对保护护电流，易于监测和控制，但需要直流电源，经常对保护系统进行检查和管理，由于系统进行检查和管理，由于电流流过的范围宽，对周围其电流流过的范围宽，对周围其它金属设备产生杂散电流腐蚀它金属设备产生杂散电流腐蚀。阴极阴极保护保护阳极保护原理阳极保护原理 阳极保护：阳极保护：对具有对具有活态活态钝态转变钝态转变而不能自钝化的腐而不能
17、自钝化的腐蚀体系，通过外加阳极极化电流，使金属的蚀体系，通过外加阳极极化电流，使金属的电位正移到稳电位正移到稳定钝化区定钝化区内，金属的腐蚀速度就会大幅度降低，这种防护内，金属的腐蚀速度就会大幅度降低，这种防护方法称为阳极保护。方法称为阳极保护。阳极保护的实现必须具备两个条件：阳极保护的实现必须具备两个条件：第一、腐蚀体系的阳极极化曲线上存在钝化区。第一、腐蚀体系的阳极极化曲线上存在钝化区。第二、阳极极化时金属的电位要正移到钝化区内，第二、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反而会增大否则金属的腐蚀速度反而会增大。阳极保护阳极保护阳极保护的腐蚀体系的阳极保护的腐蚀体系的阳极
18、极化曲线及阳极极化曲线及保护参数保护参数 EEtpEpp i维维 i致致 i保护参数保护参数致钝电流密度致钝电流密度i i致致：使金属钝化所需的外加阳极极化电使金属钝化所需的外加阳极极化电流密度流密度。维钝电流密度维钝电流密度i i维维：钝化区所对应的阳极极化电流密度。钝化区所对应的阳极极化电流密度。i维维用于维持金属的钝态，在阳极保护中用于维持金属的钝态，在阳极保护中反映日常的电耗和反映日常的电耗和钝化后金属的腐蚀速度钝化后金属的腐蚀速度。i i维维 越小，阳极保护的效果越好。越小，阳极保护的效果越好。维钝区电位范围维钝区电位范围E EppppE Etptp：反映金属钝态的稳定程度，钝反映金
19、属钝态的稳定程度，钝化区电位范围越宽，金属钝化后不容易活化或过钝化。化区电位范围越宽，金属钝化后不容易活化或过钝化。阳极保护阳极保护环境环境条件条件Ipr(mA/m)环境环境条件条件Ipr(mA/m)稀硫酸稀硫酸海水海水淡水淡水高温淡水高温淡水高温淡水高温淡水室温室温流动流动流动流动氧饱和氧饱和脱气脱气1201506018040中性土壤中性土壤中性土壤中性土壤中性土壤中性土壤混凝土混凝土混凝土混凝土细菌繁殖细菌繁殖通气通气不通气不通气含氯化物含氯化物无氯化物无氯化物40040451钢铁的（阴极保护）保护电流密度钢铁的（阴极保护）保护电流密度几个腐蚀体系的阳极保护参数几个腐蚀体系的阳极保护参数金
20、属金属溶液溶液温度温度()I致致(A/m)I维维(A/m)EppEtp(v.sce)碳钢碳钢碳钢碳钢碳钢碳钢不锈钢不锈钢50%H2SO4碳铵生产碳化液碳铵生产碳化液25%NH4OH67%H2SO42740室温室温242325300左右左右2.656310.51Eq=0，则金属表面带过剩正电荷；则金属表面带过剩正电荷；EcorEq=0，则带则带过剩负电荷。为了促进物理吸附，可采取改变金属表面带电过剩负电荷。为了促进物理吸附，可采取改变金属表面带电状态的办法。如添加状态的办法。如添加 Cl-。化学吸附化学吸附是指缓蚀剂分子中极性基团中心原子的未共用是指缓蚀剂分子中极性基团中心原子的未共用电子对和金
21、属形成配价键而引起吸附。电子对和金属形成配价键而引起吸附。缓蚀剂缓蚀剂电极系统的电极系统的零电荷电位零电荷电位（伏，（伏，SHE，室温），室温）电极电极 材料材料 电解质溶液电解质溶液零电荷零电荷 电位电位 电极电极 材料材料电解质溶液电解质溶液零电荷零电荷电位电位AgC(石墨石墨)C(活性活性)CdCoCrCuFeGa0.1NKO30.01N Na2SO40.05N NaCl1NH2SO4+1NNa2SO40.001 N KCl0.1NH2SO4+0.02NNa2SO40.1N NaOH0.02 N Na2SO40.1N H2SO4+0.002NNa2SO40.1NHCl+INKCl-0.0
22、5-0.70-0.07-0.0-0.2-0.90-0.33-0.45-0.02-0.29-0.60HgNiPbPbo Pt(光亮光亮)Pt(铂墨铂墨)TeTlTl(Hg)zn0.01N NaF0.001N HCl0.001N KCl0.01N HClO40.1NH2SO4+1NNa2SO40.01NH2SO4+1NNa2SO41NH2SO40.001N KCl1NNa2SO41NNa2SO4-0.192-0.06-0.691.800.270.4-1.00.61-0.80-0.65-0.63缓蚀机理主要有两种类型缓蚀机理主要有两种类型几何复盖效应几何复盖效应 ：指吸附膜将金属表面与酸溶液隔离指吸
23、附膜将金属表面与酸溶液隔离开，在覆盖了缓蚀剂吸附膜的金属表面部分，电极反应不开，在覆盖了缓蚀剂吸附膜的金属表面部分，电极反应不能进行；而未覆盖表面部分电极反应按原来的历程进行。能进行；而未覆盖表面部分电极反应按原来的历程进行。负催化效应：负催化效应：指缓蚀剂覆盖了金属表面的活性位置，指缓蚀剂覆盖了金属表面的活性位置，使电极反应的活化能位垒升高，电极反应速度降低。使电极反应的活化能位垒升高，电极反应速度降低。缓蚀剂缓蚀剂99.9%Fe丝在丝在6N HCl(30)中的极化曲线中的极化曲线（根据（根据Hackermall等等,转引自转引自Corrosion luhibitorsP15）10 10 1
24、0 10 10 10 电流密度电流密度(A/cm)200200300300400400500500600600700700800800未加缓蚀剂未加缓蚀剂加加1壬撑亚胺壬撑亚胺电电位位(5)气相缓蚀剂气相缓蚀剂(VPI)气相缓蚀剂主要用于气相缓蚀剂主要用于减轻金属设备和部件的大气腐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。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是封闭的，如包装
25、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。的蒸汽压，容易挥发充满金属设备所在空间。缓蚀剂缓蚀剂缓蚀剂的协同效应缓蚀剂的协同效应几种物质分别单独加入介质中时效果不大，而将它们几种物质分别单独加入介质中时效果不大，而将它们按某种配方复合加入，则可能产生很高的缓蚀效率。这种按某种配方复合加入，则可能产生很高的缓蚀效率。这种现象称为现象称为缓蚀剂的协同效应缓蚀剂的协同效应(或协同作用或协同作用)。相反，复合加。相反，复合加入时缓蚀效果反而降低，称为入时缓蚀效果反而降低，称为负协同效应负协同效应。协同效应不是。协同效应不是简单的加和，而是相互促进。简单的加和，而是相互促进。
26、利用缓蚀剂的协同效应已经开发出许多高效的复合缓利用缓蚀剂的协同效应已经开发出许多高效的复合缓蚀剂，今后仍然是缓蚀剂发展的方向之一。蚀剂，今后仍然是缓蚀剂发展的方向之一。缓蚀剂缓蚀剂试验条件：钢，氧饱和循环冷却水试验条件：钢，氧饱和循环冷却水(ph=6.5,35)，5天，天，未加缓蚀剂时腐蚀速度未加缓蚀剂时腐蚀速度189mdd根据根据Hatch,引自引自Corrosion Inhibitors P138100 50 0锌盐锌盐%0 50 100150100 50 0重铬酸钠重铬酸钠失失重重腐腐蚀蚀速速度度 mdd重铬酸钠和锌盐的比例对重铬酸钠和锌盐的比例对复合缓蚀剂复合缓蚀剂缓蚀效果的影响缓蚀效
27、果的影响缓蚀剂应用的几个问题缓蚀剂应用的几个问题 (1)要根据腐蚀体系的具体情况选择有效的缓蚀剂。要根据腐蚀体系的具体情况选择有效的缓蚀剂。(2)通过试验确定缓蚀剂的最佳投效剂量和使用条件。通过试验确定缓蚀剂的最佳投效剂量和使用条件。(3)缓蚀剂对生产过程可能不利影响如：起泡，形成乳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；造成新腐状液；使锈皮疏松脱落而导致管线阻塞；造成新腐 蚀问题；结垢而影响传热等蚀问题；结垢而影响传热等。缓蚀剂缓蚀剂溶液：溶液：7.5 g/l Nacl；试样面积：；试样面积：50cm；时间：；时间：21昼夜昼夜根据根据Patters
28、on等，引用等，引用金属的缓蚀剂金属的缓蚀剂 P113NaNO2 浓度浓度(克克/100亳升亳升)2001501005000.05 0.15 0.25 0.35151530重重 量量损损失失 mg亚硝酸钠浓度亚硝酸钠浓度对碳钢在氯化钠溶液对碳钢在氯化钠溶液中腐蚀速度的影响中腐蚀速度的影响缓蚀剂缓蚀剂浓度浓度对碳钢腐蚀速度的影响对碳钢腐蚀速度的影响碳钢碳钢5MHCl硫化二乙二醇浓（硫化二乙二醇浓（mM/L）110100100020155432 21 10 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 若丁浓度（若丁浓度（g/L)碳钢碳钢20%H2SO4室温室温腐腐 蚀蚀速速 度度g/m2h (
29、4)缓蚀剂对设备材质是否会造成损害。缓蚀剂对设备材质是否会造成损害。(5)缓蚀剂的毒性和环境污染是一个重要问题。缓蚀剂的毒性和环境污染是一个重要问题。(6)在生产系统中缓蚀剂的流失是造成失效的常见原因。在生产系统中缓蚀剂的流失是造成失效的常见原因。(7)进行缓蚀剂保护效果的经济评价。开发高效而价廉的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。缓蚀剂品种。(8)为了保证缓蚀剂使用有效而经济，应对保护效果进行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。蚀剂加入过多
30、造成浪费。缓蚀剂缓蚀剂缓蚀剂应用实例缓蚀剂应用实例(1)酸洗酸洗 酸洗除锈和除垢是一种常用的金属表面清净处理，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，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。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：除锈良好的酸洗液应满足以下要求：除锈(或除垢或除垢)速度快；速度快；对基体金属腐蚀小。酸洗液需加入高效缓蚀剂对基体金属腐蚀小。酸洗液需加入高效缓蚀剂；抑制酸；抑制酸雾能力强；不会对金属材料机械性能造成不利影响。雾能力强；不会对金属材料机械性能造成不利影响。缓
31、蚀剂缓蚀剂缓蚀剂缓蚀剂温度温度 蒸汽压蒸汽压(Pa)Pa)亚硝酸二环已胺亚硝酸二环已胺101032320.003990.003990.05320.0532亚硝酸二民丙胺亚硝酸二民丙胺15.615.625250.4820.4820.8260.826碳酸环已胺碳酸环已胺2525282853.253.2266266三种所相缓蚀剂的蒸汽压三种所相缓蚀剂的蒸汽压名称名称主要成分主要成分天津若丁天津若丁(新）新）二邻甲苯硫脲，食盐，淀粉，平平加二邻甲苯硫脲，食盐，淀粉，平平加沈沈D苯胺，甲醛缩合物苯胺，甲醛缩合物工读工读3苯胺，乌格托品缩合物苯胺，乌格托品缩合物兰兰4A油酸，苯胺，乌格托品缩合物油酸，苯胺
32、，乌格托品缩合物兰兰5苯胺，乌格托品，硫氰化钾苯胺，乌格托品，硫氰化钾7701苄基吡啶釜残，季铵盐苄基吡啶釜残，季铵盐7801苯胺，乌格托品，苯已酮苯胺，乌格托品，苯已酮BH2咪唑啉类咪唑啉类IMC4季铵盐类季铵盐类川天川天12苯胺环已酮，甲醛，炔醇苯胺环已酮，甲醛，炔醇8601CT烷基吡啶苄基委铵盐，平平加烷基吡啶苄基委铵盐，平平加部分国产部分国产酸洗缓蚀剂酸洗缓蚀剂(2)石油工业为了提高油、气产量，需要采用酸化工艺。石油工业为了提高油、气产量，需要采用酸化工艺。例如，在高温井中用例如，在高温井中用15 20%盐酸进行酸化压裂施工，盐酸进行酸化压裂施工，缓蚀剂的保护性能是关键。缓蚀剂的保护性
33、能是关键。(3)循环冷却水循环冷却水；(4)汽车冷却系统；汽车冷却系统；(5)机器、设备、部件防锈；机器、设备、部件防锈；(6)化学工业中的应用化学工业中的应用(如合成氨的脱碳系统如合成氨的脱碳系统,尿素合成塔尿素合成塔)。缓蚀剂缓蚀剂BACK覆盖层保护的特点覆盖层保护的特点(1)基底材料和覆层材料组成复合材料基底材料和覆层材料组成复合材料，可以充分发，可以充分发挥基底材料和覆层材料的优点，满足耐蚀性，物理、机挥基底材料和覆层材料的优点，满足耐蚀性，物理、机械和加工性能，以及经济指标多方面的需要。械和加工性能，以及经济指标多方面的需要。(2)覆盖层的保护效果和使用寿命取决于覆盖层的保护效果和使
34、用寿命取决于：覆层材料的耐蚀性覆层材料的耐蚀性、强度、塑性和耐磨性。、强度、塑性和耐磨性。覆盖层保护覆盖层保护 覆层的均匀性、孔隙和缺陷；覆层的均匀性、孔隙和缺陷；覆层与基体金属的结合力。覆层与基体金属的结合力。复层材料的耐蚀性不难通过合理选材来解决。使复层材料的耐蚀性不难通过合理选材来解决。使复盖层保护达不到要求保护效果的主要原因是覆盖层复盖层保护达不到要求保护效果的主要原因是覆盖层不连续，缺陷多，以及与基体结合差。不连续，缺陷多，以及与基体结合差。覆盖层保护覆盖层保护 金属覆盖层金属覆盖层金属镀层金属镀层 金属衬里金属衬里双金属复合板双金属复合板电镀电镀喷涂喷涂渗镀渗镀热浸热浸化学镀化学镀
35、复盖层主要种类复盖层主要种类覆盖层保护覆盖层保护化学转化膜化学转化膜阳极氧化阳极氧化化学氧化化学氧化磷酸盐处理，草酸盐处理磷酸盐处理，草酸盐处理铬酸盐处理铬酸盐处理 非金属覆盖层非金属覆盖层 油漆涂料油漆涂料塑料涂覆塑料涂覆搪瓷搪瓷钢衬玻璃钢衬玻璃非金属材料衬里非金属材料衬里暂时性防锈层暂时性防锈层选择覆盖层时应当考虑选择覆盖层时应当考虑:(1)(1)覆覆层材料层材料 在使用环境中是否有良好耐蚀性；在使用环境中是否有良好耐蚀性；和基底材料是否相容；和基底材料是否相容；能否使设备的功能不受影响能否使设备的功能不受影响(如传热、导电等需要能否保持如传热、导电等需要能否保持)。(2)(2)覆盖层种类
36、的选择覆盖层种类的选择 (3)(3)经济上是否合理经济上是否合理 覆盖层保护覆盖层保护BACK阳极性覆层阳极性覆层 在使用环境中，在使用环境中，覆层材料的电位比基体金属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的电位负，比如铁表面上用锌作覆层。在覆层缺。在覆层缺陷处形成的腐蚀电池中，覆层是阳极，能够对基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体金属起到阴极保护作用。阳极性覆层常用作防护性覆层。护性覆层。金属覆盖层金属覆盖层 阳极性覆盖层阳极性覆盖层 电解质溶液电解质溶液 锌锌 钢钢 锌腐蚀锌腐蚀 阴极性覆层阴极性覆层在使用环境中，在使用
37、环境中，覆层材料的电位比基体金属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，才蚀。因此阴极性覆层必须足够完整、无孔隙，才能起机械隔离作用。能起机械隔离作用。金属覆盖层金属覆盖层 钢腐蚀钢腐蚀 电解质溶液电解质溶液 铬铬 钢钢 阴极性覆盖层 金属复盖层简介金属复盖层简介 (1)(1)电镀电镀 电镀的优点：电镀的优点：镀层金属纯度高，分布均匀，与基体镀层金属纯度高，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。为获得金属结合牢固。
38、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，电镀适应范围很宽制，一般在常温下进行，电镀适应范围很宽（从正电性到负电（从正电性到负电性金属，低熔点到高熔点金属，高纯金属到合金）。性金属，低熔点到高熔点金属，高纯金属到合金）。金属覆盖层金属覆盖层 阳极阳极(Zn)阳极反应：阳极反应：Zn=Zn2+2e 阴极阴极(工件工件)阴极反应：阴极反应：Zn2+2e=Zn 直流电源直流电源-+含含Zn2+电镀液电镀液 电镀锌原理电镀锌原理 (2)(2)喷涂喷涂(喷镀喷镀)优点：优点：镀层厚度不受限制，对
39、修复较长工件特别有镀层厚度不受限制，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。部件的形状和尺寸，都可按需要得到良好的喷涂层。缺点：缺点：涂层结构不强，不能形成合金或焊住。质点涂层结构不强，不能形成合金或焊住。质点的重迭堆砌使喷涂层存在很大孔隙率。的重迭堆砌使喷涂层存在很大孔隙率。金属覆盖层金属覆盖层空气压缩机空气压缩机乙乙 炔炔发生器发生器水封水封防回防回火器火器氧气瓶氧气瓶控制台控制台喷枪喷枪金属丝架金属丝架干燥净化器干燥净化器贮罐贮罐油油 水分离器水分离器气喷涂气喷涂工艺
40、流程简图工艺流程简图喷枪喷枪金属丝金属丝控制台控制台干干 燥燥净化器净化器贮罐贮罐 油油 水水分离器分离器空压机空压机电源电源空气空气直直 流流电焊机电焊机电喷电喷工艺流程简图工艺流程简图ab c cb火焰火焰金属丝金属丝燃料气和氧进口燃料气和氧进口压缩空气进口压缩空气进口 火焰喷涂火焰喷涂电弧电弧金属丝金属丝压缩空气进口压缩空气进口电弧喷涂电弧喷涂阳极阳极b a阴极阴极粉末材料进口粉末材料进口工作气体进口工作气体进口等离子弧喷涂等离子弧喷涂三种热喷涂三种热喷涂原理及喷枪结构示意原理及喷枪结构示意(3)(3)渗镀渗镀渗镀层和基体金属之间是通过形成渗镀层和基体金属之间是通过形成合金结合合金结合起
41、来起来(冶金冶金结合结合)，因此不会因热膨胀剧烈机械变形等原因而脱落。经，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，其过渗镀处理的部件，其尺寸几乎没有改变尺寸几乎没有改变。常用渗镀金属。常用渗镀金属有铝、铬，及非金属有硅、硼。钢铁经过渗铝、硅、铬，有铝、铬，及非金属有硅、硼。钢铁经过渗铝、硅、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。大大提高。将电镀层，喷涂层，热浸层进行加热扩散，得将电镀层，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。到渗镀层，是渗镀工艺发展方向之一。金属覆盖层金属
42、覆盖层喷铝层喷铝层(左左)和扩散和扩散渗铝层渗铝层(右右)剖面示意剖面示意 喷铝层喷铝层 基体基体 金属金属Al2O3保护膜保护膜 基体基体 金属金属 铝铁化合物铝铁化合物 (4)(4)热浸热浸将工件浸入熔融的液态镀层金属中，经短时间取出，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。制覆层厚度，操作时金属损耗也大。使用热浸法的条件：基体金属与覆层金属之间能生成使用热浸法的条件：基体金属与覆层金属之间能生成化合物或固溶体，才能具有强的结合力且不起皮脱落。常化合物或
43、固溶体，才能具有强的结合力且不起皮脱落。常用于钢铁管、板、带、丝的镀锌、锡、铝、铅锡合金等。用于钢铁管、板、带、丝的镀锌、锡、铝、铅锡合金等。金属覆盖层金属覆盖层(5)(5)化学镀化学镀化学镀镍层与电镀硬铬层相比，硬度和耐磨性能相近，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，无脆性和网状裂纹，且比电镀镍层但化学镀不需要电源，无脆性和网状裂纹，且比电镀镍层孔隙率低，化学稳定性高。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，电流，可使镀层更致密，更光亮
44、，组织均匀，结合牢固，较薄镀层就能达到较厚的普通化学镀层相同的技术指标。较薄镀层就能达到较厚的普通化学镀层相同的技术指标。金属覆盖层金属覆盖层(6)PVD(物理气相沉积物理气相沉积)（真空镀）真空镀）真空蒸镀真空蒸镀，用电加热使镀层金属挥发，用电加热使镀层金属挥发,蒸汽以原子或分蒸汽以原子或分子形式沉积于被镀工件上，形成很薄的覆膜子形式沉积于被镀工件上，形成很薄的覆膜(50100nm)。阴极溅射阴极溅射利用高能离子或中性原子来轰击金属，使金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。属原子飞出，沉积在基体材料表面形成保护膜。离子镀离子镀是在高真空中使蒸发出来
45、的镀层原子离子化，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。在电场作用下沉积于工件表面形成保护膜。金属覆盖层金属覆盖层1 5kV 真空蒸镀真空蒸镀真空度真空度5 10-4托托离子镀离子镀真空度真空度1 5 10-4托托阴极溅射阴极溅射真空度真空度10-3 10-2托托 三种真空镀三种真空镀原理图原理图基板加热器基板加热器基基板板基基板板基基板板 1 5kV(7)(7)金属衬里金属衬里在碳钢或低合金钢设备内部衬上耐蚀金属薄板，既可在碳钢或低合金钢设备内部衬上耐蚀金属薄板，既可满足设备耐蚀性能，又可节省耐蚀金属材料，克服衬层金满足设备耐蚀性能，又可节省耐蚀金属材
46、料，克服衬层金属强度不足，常用衬里金属有不锈钢、铝、铅、钛。属强度不足，常用衬里金属有不锈钢、铝、铅、钛。局部固定法局部固定法包括焊接包括焊接(塞孔焊，条焊，熔透焊等塞孔焊，条焊，熔透焊等)和局和局部爆炸。部爆炸。整体松衬法整体松衬法是将衬里壳体焊接好，然后放入外壳是将衬里壳体焊接好，然后放入外壳内。其缺点是外壳和衬里层之间存在间隙，影响承压和传内。其缺点是外壳和衬里层之间存在间隙，影响承压和传热热（在整体衬里后进行热膨胀或爆炸，可以清除壳体与衬里层的间隙）（在整体衬里后进行热膨胀或爆炸，可以清除壳体与衬里层的间隙）。金属覆盖层金属覆盖层覆层基材覆层基材对接焊对接焊加盖板加盖板搭接焊搭接焊 衬
47、里层焊接衬里层焊接的两种形式的两种形式 铝板铝板 外壳外壳橡皮板橡皮板炸药炸药封封头头爆爆炸炸衬衬铝铝 (8)(8)双金属复合板双金属复合板将两种不同金属板材迭合，制成将两种不同金属板材迭合，制成复合板复合板。碳钢碳钢(或或低合金钢低合金钢)不锈钢复合板不锈钢复合板主要用热轧法制造，覆层不锈主要用热轧法制造，覆层不锈钢板厚度通常为钢板厚度通常为1.5 3.5 毫米，是复合板厚度的毫米，是复合板厚度的1520%，能大大节省不锈钢。能大大节省不锈钢。碳钢碳钢钛复合板钛复合板主要用爆炸复合。覆层厚度通常为主要用爆炸复合。覆层厚度通常为2 3毫米。毫米。金属覆盖层金属覆盖层覆层金属和覆盖方法的选择覆层
48、金属和覆盖方法的选择覆层金属的选择：覆层金属的选择：主要考虑在使用的环境中的主要考虑在使用的环境中的耐蚀性耐蚀性。其次应考虑覆层金属与基体金属的其次应考虑覆层金属与基体金属的电偶关系电偶关系，以及设备对，以及设备对覆层金属提出的物理，机械性能方面的要求。覆层金属提出的物理，机械性能方面的要求。覆盖方法的选择：覆盖方法的选择：主要考虑需要的主要考虑需要的覆层厚度覆层厚度，对覆层，对覆层孔隙率孔隙率的要求，以及的要求，以及覆层施工覆层施工能否适应设备的结构和尺寸。能否适应设备的结构和尺寸。金属覆盖层金属覆盖层BACK非金属覆盖层分类非金属覆盖层分类非金属覆盖层非金属覆盖层BACK 非金属覆盖层非金
49、属覆盖层 油漆涂料油漆涂料塑料涂覆塑料涂覆搪瓷搪瓷钢衬玻璃钢衬玻璃非金属材料衬里非金属材料衬里暂时性防锈层暂时性防锈层化学转化膜化学转化膜将金属部件置于选定的介质条件中，使表层金属和介将金属部件置于选定的介质条件中，使表层金属和介质中的阴离子反应，生成附着牢固的稳定化合物。这样得质中的阴离子反应，生成附着牢固的稳定化合物。这样得到的保护性覆盖层叫做化学转化膜。到的保护性覆盖层叫做化学转化膜。通式通式：mM +nAZ-=MmAn+nze形成化学转化膜的方法形成化学转化膜的方法电化学方法电化学方法，称为阳极氧化或阳极化；，称为阳极氧化或阳极化；化学方法化学方法，包，包括化学氧化、磷酸盐处理、铬酸盐
50、处理、草酸盐处理等。括化学氧化、磷酸盐处理、铬酸盐处理、草酸盐处理等。化学转化膜化学转化膜铝的阳极铝的阳极(氧氧)化化铝是易钝化金属，但天然氧化物膜只有铝是易钝化金属，但天然氧化物膜只有0.020.14微米微米厚，经阳极化处理可使氧化膜增厚至厚，经阳极化处理可使氧化膜增厚至2030微米，这层氧微米，这层氧化膜与基体金属结合十分牢固，具有很好的保护性能。化膜与基体金属结合十分牢固，具有很好的保护性能。铝阳极化生成的氧化膜包括铝阳极化生成的氧化膜包括密膜层密膜层和和孔膜层孔膜层。密膜层。密膜层(阻挡层阻挡层)厚度很小，孔膜层存在大量孔隙，因此可着色处厚度很小，孔膜层存在大量孔隙，因此可着色处理，获
