金属材料的腐蚀和防护

金属材料的腐蚀和防护1腐蚀的定义腐蚀是指材料与它所处环境介质之间发生化学－物理的相互作用，而引起的变质和破坏。2腐蚀的危害直接经济损失：更换设备及构件；间接经济损失：设备停产、腐蚀泄露；1巨大的经济损失•大量优质原料泄露•大量的金属需要回炼2资源和能源的严重浪费3引发灾难事故4污染人类生存环境3腐蚀的分类•3.1按腐蚀环境分化学介质腐蚀、大气腐蚀、海水腐蚀、土壤腐蚀、杂散电流腐蚀、细菌腐蚀、磨损腐蚀、应力腐蚀和接触腐蚀3.2按腐蚀反应机理分•化学腐蚀：金属与非电解质直接发生化学作用而引起的破坏。电化学发生：金属与电解质发生电化学作用而引起的破坏。物理腐蚀：单纯物理溶解作用而引起的破坏。金属的氧化•氧化发生的条件：MOMTPO,221PMO=Po2，反应处于平衡状态PMOPO2，反应向氧化物分解方向进行PMOPO2，反应向氧化物生成方向进行FeO2Fe+O2•600K,PO2=5.1×10-43MPa•800K,PO2=9.1×10-31MPa•1200K,PO2=1.6×10-20MPa•2000K,PO2=5.1×10-8MPa空气中O2的分压为：PO2=0.022MPa高温氧化•在常温下，金属氧化物只有几个分子厚(1.5∼2.5nm)，对光泽没有影响。Fe2O3Fe3O4Fe2O3Fe3O4FeO570℃以下570℃以上氧化膜的颜色：40(黄)，52(棕)，58(红)，68(紫)，72(蓝)Fe2O3Fe3O4Fe2O3Fe3O4FeO570℃以下570℃以上脱碳•危害：•1破坏表面膜，降低膜的保护作用•2表面硬度下降，降低耐磨性和疲劳强度HCOFeOHCFeCOFeOCCFeCOFeOCFe2232323323321氢腐蚀•氢腐蚀可分为两个阶段HCFeHCFe42332氢脆阶段：韧性降低，材料变脆氢腐蚀阶段：产生裂纹和气泡防止氢腐蚀采用Nelson曲线。温度氢分压6.0Cr0.5Mo3.0Cr0.5Mo2.25Cr1Mo高温硫化•金属与含硫气体（硫蒸汽，SO2，H2S)接触生成硫化物。危害性表现在：膜体积大；膜中的晶格缺陷浓度高；膜的熔点低。电化学腐蚀•金属及其合金与电解质接触时发生电化学作用而引起的腐蚀。Zn在稀硫酸中溶解示意图Cu-Zn原电池示意图阳极阴极Zn=Zn2++2e2H++2e=H2e腐蚀原电池的类型宏观异种金属接触形成电偶电池金属处于不同浓度的介质中形成浓差电池金属处于温度不同的介质中形成温差电池微观化学性质不均匀微观组织不均匀物理状态不均匀表面膜不完整3.3按腐蚀破坏的型式分•全面腐蚀：腐蚀分布在整个金属截面，结果使金属结构截面尺寸减少，直至完全破坏。金属腐蚀速度的表示方法•一.重量指标)/(21hmgtSWWVoo以单位面积金属在单位时间内因腐蚀而造成的重量损失表示。•(二)深度指标耐蚀性评定耐蚀性等级腐蚀深度(mm/a)耐蚀10.5可用20.5-1.5不可用31.5均匀腐蚀的三级评判标准金属的厚度因腐蚀而减少的量(mm)。•局部腐蚀：•腐蚀作用在金属表面的局部区域，而其它大部分表面几乎不腐蚀或腐蚀很轻微。按腐蚀发生的条件、机理特征，可将其分为：电偶腐蚀、缝隙腐蚀、小孔腐蚀、晶间腐蚀、选择性腐蚀、应力腐蚀、磨损腐蚀、氢脆等塔设备人孔结构不锈钢胀管颈部的破裂裂纹形态的主要模式应力腐蚀破裂模型应力与裂纹深度的关系瞬时KI与时间的关系疲劳的S－N曲线疲劳断口特征示意图脱碳溶液再沸器湍流腐蚀破坏形态示意图空泡腐蚀历程18－8钢在充气NaCl溶液中孔蚀过程示意图碳钢在海水中缝隙腐蚀示意图异种材料组合结构实例4防止和减缓腐蚀的方法•合理选材：了解腐蚀环境，分析腐蚀原因，根据生产中遇到的介质性质、温度、压力及产品质量要求查阅材料手册，合理选用材料。•2)设计合理的结构化工设备在很多情况下与结构有关，不合理的结构往往为腐蚀电池的形成创造良好的条件，或引起应力集中、液体停滞。高温气体入口储槽壁底的联接角焊缝的结构容器出口管•3)合理制订设备加工工艺