第6章 材料的防护

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1、 第第6章章 材料的防护材料的防护6.1电化学保护电化学保护 施加一定的外电势使金属的电位移向免蚀区或钝化区, 大幅度降低腐蚀速度。电化学保护特点 效果显著：可使金属设备几十年不腐蚀；施工方便: 工艺成熟、规范、标准；效益显著：如海船表面涂装占造船费5%, 牺牲阳极只占 1%费用。 采油平台成本1亿, 只能使用五年；投资100万元阴极保护, 采油平台可延长20年寿命。电化学保护阳极保护表面形成稳定钝化膜， 使金属免遭腐蚀。阴极保护 提供阴极极化, 改变金属表面电子能级结构。 牺牲阳极外加电流1. 阴极保护（1）阴极保护原理恒电位或整流器向设备提供阴极电流, 设备受保护。辅助电极是一种不溶性或微

2、溶的电极，只提供电流，不发生反应。电源电源+-IpH-电位图提高环境介质pH金属电位正移使之进入钝化区。金属电位负移使之进入免蚀区。 阴极保护原理。极化曲线 当电位Ecorr 1时, 阳极电流为Ia , Ia Icorr。 当外加电流为Ik，完全保护电流If(腐蚀电流Ia=0) 电位极化到a, 腐蚀电池阳极平衡电位，金属完全受保护。外加电流1外加电流2KAKAIcIa腐蚀微电池原理KAKAC电源C电源IpIp（2）基本参数及选定最小保护电位与金属材料、介质 (成份、浓度等)及环境条件有关。 可由经验或实验获得(比Ecorr负0.150.3V)。最小保护电流密度与金属、表面状态、表面覆盖膜、介质

3、(组成、浓度、温度、流速等)有关, 腐蚀越严重, 阴极极化需电流越大。 保护电位选定原则 达到一定的保护效果保护度 = (保护前腐蚀速度保护后腐蚀速度) / 保护后腐蚀速度 x 100% 耗电不能太大； 避免析H2，防止涂层阴极极化脱落； 防止过保护, 破坏钝化膜。 不能太复杂, 避免引起屏蔽, 保护不完全。（3）应用范围 阴极保护应用范围非常广泛，如地下管线、电缆、舰船、平台、水闸、码头、桥梁、城市地下区域、石油化工中冷却设备、贮油罐、结晶槽、反应器、蒸发器等。 牺牲阳极材料应满足以下要求 电位足够负，牺牲阳极电位与保护金属电位之差为驱动电位，-0.25v左右。 现场输出电量要高 阳极腐蚀电

4、流要高 阳极极化率要小，容易活化。 阳极要均匀腐蚀，腐蚀产物易脱落 一般常用材料是： 锌和锌合金，如Zn0.6Al0.1Cd 镁合金Mg6Al3Zn 铝合金（通过合金化能破坏铝阳极的表面膜）（4）外加电流阴极保护工程设计 阳极材料 耐蚀, 高排流, 良电导, 机械性能好, 易加工, 成本低 (如碳钢, 石墨, 高硅铸铁, Pb / Ag合金, 镀铂钛, 钯等)。 电流分布及阳极布置增加阳极数目, 合理布置阳极, 增大阴阳极之间的距离, 采用涂料阴极保护联合防腐, 在阳极附近涂衬耐蚀绝缘层，使电流分布均匀，改善电流分散能力。 阳极实际计算： I = i A G = K ga I G 阳极重量，g

5、a阳极消耗率(查表)，A阳极表面积， 工作年限，I保护电流，K校正系数（一般取 K=1.5） 阳极安装注意密封, 绝缘, 接触良好, 防止短路。 直流电源恒电位仪 （负反馈工作原理）或整流器。 参比电极用于控制/测量, 要求电位稳定, 耐蚀, 长寿命, 便宜, 易制, 使用方便等。甘汞(中性)、CuSO4(土壤)、AgCl(含Cl)、氧化汞(碱性)、不锈钢、铸铁、铅/ 锑合金 维护与管理 计算机监控管理注意要点2. 牺牲阳极保护法牺牲阳极保护法(1) 牺牲阳极原理本质 阴极保护, 通过牺牲阳极的溶解, 使金属设备获得阴极电流, 发生阴极极化受到保护。特点 不需电源, 干扰少, 免维护，设备简单

6、, 分散能力好, 但成本较高， 化工介质腐蚀性强, 牺牲阳极消耗量大, 少用。(2) 阳极材料 牺牲阳极材料要求 电位足够负、电位稳定、极化小、不钝化、溶解均匀、单位重量排出电量大、电流效率高、成本低、无污染、加工方便等。 锌与锌合金 电位/-1.12V, 电量/0.74A.h/g, 电流效率/75%电位不够负 (海水和少量土壤) 铝合金电位/-1.2V, 电量/2.47A.h/g, 电流效率/65% 重量轻、电量大、电位负、资源丰富、价格便宜 (海水) 。 镁合金电位/-1.6V, 电量/1.19A.h/g, 电流效率/45% 电位太负、电流效率低、损耗大 (土壤和淡水) 。（3） 阳极安装

7、 牺牲阳极安装 阳极与设备良好绝缘；涂绝缘屏蔽层，改善分散能力，阳极接触介质需良导电体。 Al绝缘垫受保护体固定栓3. 阳极保护(1) 阳极保护原理 与阴极保护完全不同, 阳极极化使金属进入钝态, 腐蚀大大减慢而得到保护。 只有具有钝性特征的体系，即钝化区足够宽，维钝电流足够小的体系，才能施行阳极保护。 pH - 电位图 当电位正移，金属表面形成Fe2O3(钝化膜), 溶解速率下降, 金属获得保护。极 化 曲 线 电位达到一定区域, 阳极电流下降, 保持稳定钝态, 金属受到保护。维钝电流决定于材料, 介质条件(组成, 温度, 浓度, pH), 活性离子Cl、表面状态, 涂覆状态等钝化区电位 决

8、定于材料, 介质条件(组成, 温度, 浓度, pH), 活性离子Cl、表面状态, 涂覆状态等致钝电流与金属材料, 介质条件(组成, 温度, 浓度, pH)有关最佳保护电位当维钝电流和双层电容最小, 表面电阻最大, 膜最致密, 保护效果最好，最佳保护电位。E/VI/mA(2) 阳极保护主要参数及测定 致钝电流 维钝电流 钝化区电位 最佳保护电位保护参数通过实验或由经验给出。极化曲线, 阻抗, 失重, 电镜等研究，确定最佳保护电位。(3) 阳极保护设计要点： 辅助电极耐阴极极化, 强度大, 成本低, 来源广, 加工容易。 电流屏蔽与阴极分布阴极分布均匀, 阳极表面电阻高(形成钝化膜、盐膜或绝缘涂层

9、等), 溶液电导好, 阴阳极距离大, 分散能力好。 参比电极电位稳定, 耐蚀, 长寿, 便宜，易制， 使用方便。常用的有： AgCl, 不锈钢, Pb / Td。 直流电源恒电位仪。 阳极保护方式 - 连续保护和间歇式保护，在化工中常用, 如不锈钢/ H2SO4体系等。 维护管理 - 重要。给定信号EEI-+恒电位仪原理（负反馈工作原理）EICWEREECE阴极保护与阳极保护比较： 阴极保护普遍采用， 阳极保护适宜体系少； 阴极保护 “安全”，阳极保护 “危险”； 阳极保护适合强氧化性介质； 阴极保护注意氢脆6.2 介质处理介质处理 去除介质中有害成分, 如O2, Cl; H+ , SO2,

10、H2O 等 调节 pH; 去水份; 干燥环境等； 工业生产复杂, 工艺流程各种各样， 需具体分析, 考虑防护可能性及有效措施。氧 重要氧化剂 (去极化剂), 普遍存在；使大多数金属发生腐蚀。去除介质中O2，常用方法有：加热除氧水温达沸点，水中所有氧和其它气体均被赶出, 有效除氧方法。化学除氧联氨(H2N4)可迅速与溶解氧发生反应： H2N4 + O2 N2 + 2H2O 达到除氧目的。Na2SO3也可与溶解氧发生反应： 2Na2SO3 + O2 2Na2SO4 但体系中可能使 Na2SO4增加，有不利的影响。Cl 腐蚀活性物质，Cl去除对于腐蚀防护十分重要。常用除Cl方法有：控制原料中Cl含量

11、；化学法沉淀法、离子交换法等。pH 提高介质 pH值 (工艺允许), 可降低腐蚀速度。如无机氨的处理： NH3 + H2O NH4OH NH4OH + H2CO3 NH4HCO3 + H2OpH可调至8.59.2，但对铜不能用（SCC）也可用有机胺处理，但药品价格较贵。合成氨半水煤气 腐蚀性大为减轻化工气体水分 降低腐蚀性湿Cl2腐蚀性强(HCl, HClO, O) 干燥Cl2腐蚀轻微干燥除湿浓H2SO4吸收H2O 降低环境中H2O成份, 可有效减缓腐蚀。常用方法有：化学干燥法干燥剂吸收水分 (如硅胶, 活性氧化铝, 生石灰, CaCl2等)； 冷凝法冷却使H2O冷凝,吸收去除；提高温度防止冷