第六章腐蝕控制方法主要內容

重點掌握陰極保護和陽極保護熟悉聯合防腐措施

了解襯里、涂料、鍍層、緩蝕劑等防腐方法

1

目前工程上常用的幾種方法：

金屬或非金屬材料涂層金屬涂層包括：金屬襯里、金屬鍍層、復合金屬板等非金屬涂層包括：襯里（橡膠、塑料、石墨）、搪瓷、涂料等

電化學保護：陰極保護和陽極保護

防腐蝕結構設計

介質處理：添加緩蝕劑2第一節陰極保護

陰極保護：依靠外加直流電流或犧牲陽極，使被保護金屬成為陰極，從而減輕或消除金屬的腐蝕的方法。

思路：陰極保護之前，產生腐蝕的金屬上存在陰極區和陽極區。若把陽極區變成陰極區，則整個金屬結構變成陰極，從而消除腐蝕。3AK犧牲陽極e犧牲陽極保護AK輔助陽極e外加電流保護陰極保護原理一、陰極保護原理4EA1EA0ECEK0aSbNIA1-EICIK1IK2I陰極保護原理的極化圖分析

外加陰極電流后，金屬的腐蝕電位將向負方向移動，由原來的EC移至EA1，相應金屬的腐蝕電流就由IC降至IA1，此時外加的陰極保護電流5EA1EA0ECEK0aSbNIA1-EICIK1IK2I陰極保護原理的極化圖分析

繼續增大外加陰極電流，直到陰極極化使金屬的電位移至陽極的初始電位EA0，此時金屬上的陽極溶解電流

IA=0即陽極腐蝕溶解停止。金屬得到保護。6

若使用恒電位法，使金屬從EC陰極極化到EA1,此時對應的電流為I保，金屬腐蝕速度將從IC降到IA1。如果極化到的電位相應于腐蝕原電池陽極過程的開路電位，腐蝕過程便停止，溶解電流降為零。此時的外加電流將是IK2。EA1EA0ECEK0aSbNIA1-EICIK1IK2I

利用外加電流或利用恒電位法都可使金屬發生陰極極化。7二、陰極保護電源來源1.犧牲陽極

如電偶腐蝕中的陽極，受到腐蝕。這樣的金屬我們稱之為犧牲陽極。犧牲陽極上的電位低于被保護金屬，它輸出的電流流經介質流向被保護金屬結構。這就要求犧牲陽極必須與被保護金屬結構保持電接觸。一種較簡單的陰極保護方法。8對犧牲陽極材料的要求：犧牲陽極材料電位必須足夠負在介質中腐蝕速度低，材料消耗低具有良好的導電性具有較高的電流效率，即消耗于自腐蝕的電能量要小有較好的機械性能，便于加工、成本低、容易獲得2.外加電流系統

保護電流來自在被保護結構與陽極間連接的某個外加的直流電源。電源的正極必須與陽極連接，這樣才能對被保護結構輸出所需要的陰極電流。如果接錯了，則金屬變成陽極，反而加速腐蝕。9三、陰極保護的基本參數

最小保護電流密度：使金屬腐蝕停止，達到完全保護時所需的最小電流密度。

最小保護電位：陰極保護下，金屬剛好完全停止腐蝕時的臨界電位。

這兩個參數可通過實驗確定。

最大保護電流密度：達到有效保護或完全保護所用電流密度的最大值。超過此值，將發生過保護現象。

最大保護電位：達到有效保護或完全保護所用極化電位的最負值。10

過保護：由于保護電流密度過大或保護電位太負引起的腐蝕速度增加。

分散能力與遮蔽作用電流在被保護表面均勻分布的能力稱為分散能力。分散能力越強，則陰極保護的效果越好。

遮蔽作用是由于電流有選擇電阻最小的途徑流動的特性。被保護設備上距離陽極最近的部位電阻最小，將聚集很高的電流密度，而離陽極較遠的部位，往往不能獲得足夠的電流密度，致使保護效果不好。

保護度V1---保護前的腐蝕速度V2---保護后的腐蝕速度11需要指出的是：要使腐蝕速率完全降到零，實際上將要消耗很大的電流，甚至發生了強烈的析氫腐蝕時，腐蝕率仍將不到零。因此要想達到最小保護電流密度是不現實的。所以說“有效保護”比“完全保護”更合適。實際上，陰極保護設計與使用合適的話，保護度可達到80%~99%。12四、影響陰極保護涉及的因素

對于一個具體的工程，在選擇陰極保護系統之前，應考慮的問題很多。1.所需總保護電流進行陰極保護，必須知道所需的總電流。這可用臨時的試驗裝置來測定電流的需要量。若所需要的保護電流不大（<1.5~2A），最好選用犧牲陽極保護。如果所需保護電流較大，采用外加電流保護比較經濟。2.環境的變化對于土壤，透氣性差的土壤中，金屬相對容易極化。13土壤電阻率最低的地方，是最適合于安裝犧牲陽極或外加電流系統的陽極。

在水中，水的運動有顯著的作用。若水靜止，保護電流可取較小值。湍流的水，能沖刷結構表面，因此有極強的機械去極化作用。3.電的屏蔽

對間距小，結構復雜，并進行陰極保護的構件，很容易發生電的屏蔽作用。從遠處陰極保護電源來的電流，很容易被外層構件所吸收，只有少量電流能達到內層構件，于是外層構件就形成了一種電的屏蔽。此時，陽極的數量和配置應盡量做到與被保護結構的各部位距離大致相等，使電流的分散均勻。144.經濟因素

使用陰極保護時，應考慮陰極保護在經濟上是否合算。如果陰極保護是解決腐蝕問題的經濟辦法，那么選擇的陰極保護系統應該是成本最低，其中需要考慮設計和安裝成本、電源成本以及系統維護的成本。5.保護壽命

設計時，應該知道被保護結構預期的使用期限。在實際應用陰極保護的地方，應該使陰極保護系統的設計壽命與被保護結構的壽命相同。壽命過低，保護效果不好；過高，則會增加成本，造成浪費。156.雜散電流的影響

在設計陰極保護系統之前，必須了解該地區是否有雜散電流。它主要來自電氣化鐵路、采礦機械、電焊等直流電源。雜散電流使被保護結構產生很快的腐蝕，通常比其它環境因素引起的腐蝕更加嚴重。在設計陰極保護時，應該很好地選擇陽極系統的位置，盡量避開雜散電流。7.溫度

溫度對陰極保護設計的影響，主要是改變介質的電阻。土壤和水的電阻通常是隨著溫度的升高而降低。熱帶海水電阻比寒冷地區的同樣海水的電阻低得多。168.犧牲陽極材料

適合做犧牲陽極的材料有鋁、鎂、鋅。陽極材料可以澆鑄成多種不同重量不同形狀的犧牲陽極，以滿足陰極保護設計的需要。9.外加電流陽極

用于外加電流陰極保護系統的陽極，最好在輸出電流時有一個符合實際的最低的腐蝕率。廢鋼管、棒及類似的廢鋼材料都可以用作外加電流保護系統的陽極。雖消耗較多，但來源廣泛。

含硅14.5%的鑄鐵作為陽極，其消耗速度很低，來源充足。碳或石墨消耗量很小，也可作為陽極，且容易成為所需的各種形狀和尺寸。17

金屬鉑的制品用作外加電流陽極，消耗速度極低，十分理想，但價格昂貴。通常將它鍍在一種較便宜的材料上使用。10、陽極回填料

多數情況下，犧牲陽極埋入地下時，其周圍都要用化學回填料。好處是：

使陽極周圍有均勻的介質，使陽極均勻消耗，發揮最大的效率。

防止與土壤里的化學物質發生反應，否則會在陽極表面形成一層高電阻的鈍化膜。

防止有效電流排出，對其它金屬形成雜散電流。18例如：用于鎂陽極的回填料

鋅陽極的回填料：50%熟石膏與50%膨潤土75%的水合石膏20%膨潤土5%硫酸鈉11.預留保護參數的監測點

實際操作中，為了便于對保護參數進行測量和監控，在被保護設備上預留保護參數的監測點。工程上往往是監控保護電位。

總之，陰極保護比較適宜于腐蝕性不太強的介質，如：海水、土壤、中性鹽溶液。在強腐蝕性介質中，因電能與護屏材料消耗太大，一般不采用。19五、陰極保護設計程序（一）犧牲陽極設計根據被保護金屬工作條件、表面涂層的有無與好壞，確定保護電流密度和保護電位以及保護后的腐蝕率。2.根據被保護面積S

和保護電流密度ip，確定總保護電流強度

Ip：Ip=ip·S3.確定犧牲陽極種類和規格型號。204.根據陽極消耗率R(kg/A·a)，陽極設計壽命T(a)和保護電流Ip(A)，求出所需陽極總重量W(kg):

式中：a為安全系數，一般取1.1~1.25。5.根據保護電流Ip

和每個犧牲陽極的發生電流量Io，計算出理論上所需陽極個數

n。

考慮到分散能力，計算個數時需加入修正系數。216.根據分散能力和保護半徑決定陽極布置。7.復驗陽極重量。根據陽極個數和單重計算總重，該值應大于（4）的計算值。8.若為地下保護，應根據陽極性質和土壤條件確定犧牲陽極的回填料。9.設計電聯接方式和絕緣結構。10.選定參比電極和電位測量儀表，設計檢測點和測量接線。22（二）外加電源法設計1.確定保護電流密度、保護電位和保護效果。2.計算所需保護電流強度。3.選擇合適的輔助陽極材料。4.根據分散能力要求設計陽極的個數、分布及陽極結構，并驗算輔助陽極實際的工作電流密度是否在允許值內。5.驗算陽極重量。6.確定直流電源輸出電壓。7.確定控制方式：精確控制時，采用恒電位法或控制電流法。8.選擇直流電源類型、規格及個數；設計電聯接及絕緣結構。23六、聯合保護1.陰極保護和涂料聯合防腐

只有涂料防腐時

雖涂料可將金屬與介質機械隔開，起到保護金屬的作用，但由于涂層本身存在微孔、老化、龜裂、剝離及施工不良使涂層發生針孔、機械損傷等，大大縮短了涂層使用壽命；另外，裸露部分金屬形成小陽極，涂層部分形成大陰極，使金屬腐蝕加劇。

聯合保護時

裸露部分的金屬表面，由于獲得集中的保護電流而得到陰極保護，則可以彌補涂層的缺陷，防止涂層劣化，可大大延長設備的檢修周期。24

例如，某油田的地下輸油管道，在單獨使用涂料防腐時，不到三年發生穿孔漏油，造成停產。在采用涂層與陰極保護聯合防腐后，五年多未發現腐蝕穿孔現象。252.陰極保護和緩蝕劑聯合防腐

采用緩蝕劑防腐

加入少量某些物質，能使金屬腐蝕程度大為降低，甚至停止。但在有些情況下，單獨使用緩蝕劑效果不好，或使用量太大，不經濟。

聯合防腐

發電廠列管式海水凝汽器黃銅管的腐蝕，主要是黃銅脫鋅引起的穿孔腐蝕破壞。在海水中只加緩蝕劑FeSO4，防腐效果不好；若單獨采用陰極保護，由于遮蔽作用，只能對管板和管端起良好的保護作用。采用聯合保護后，很好地解決了這一問題。26腐蝕事例事例一：某公司選用不銹鋼管作地下輸油管道。安裝后大約一年準備投入使用，油從一端泵入，在另一端卻未見油出現。檢查發現管道上因腐蝕形成了許多小孔，油全部漏掉了。又發現該管道附近有一條碳鋼管道實施了陰極保護，認為不銹鋼是耐蝕材料，并沒有將不銹鋼連接到陰極保護系統。27陰極保護造成雜散電流腐蝕的防護方法

最好的方法是在設計時將附近的管道和設施都納入陰極保護系統，一道進行保護。

提高管道相交段的絕緣等級，或涂覆新的絕緣層，以避免雜散電流流入。涂覆長度一般10m左右。

在多管道地區，最好采用多個陽極站每個站的保護電流較小，陽極離被保護管道較近，以縮小保護電流范圍。28事例二：海邊一座混凝土石油裝運碼頭，混凝土臺面支撐在鋼管上。鋼管表面涂漆并加陰極保護。電源負極連在鋼筋上。陽極是鍍鉑鈦懸掛在海水中。在石油裝卸過程中，碼頭受到周期性機械應力，引起混凝土某些物理破壞。使用12年后發現，平臺的混凝土臺面出現嚴重脹裂，鋼筋暴露出來。29

第二節陽極保護

陽極保護是金屬在電解液中利用外加陽極電流產生陽極極化而建立鈍態的特性來產生保護的方法。直流電源輔助陰極被保護設備-Eiicpip30陽極保護原理

依據金屬鈍化的原理。對于能夠在某些電解質溶液中產生鈍化的金屬，若通以一定的電流，當電流密度達到致鈍電流密度時，則金屬表面開始產生鈍化現象，形成鈍化膜，從而阻止腐蝕的進行。陽極保護是把金屬設備與外加直流電源正極相連，另有一個輔助陰極與外加直流電源負極相連。直流電源輔助陰極被保護設備-Eiicpip31一、陽極保護的主要參數1.致鈍電流密度

icp

為了盡量減小設備投資和耗電量，希望致鈍電流密度越小越好，可以減少陽極溶解量。主要取決于金屬的本身性質和介質條件，也與致鈍時間有關。

當電流密度較小時，則不能建立鈍態。由于致鈍過程中有一部分電流消耗在電解腐蝕上。電流密度小，電解腐蝕消耗的電流相對較多，而用于致鈍的部分相對較少。所以，設計陽極保護時，要合理選擇致鈍電流密度。工程上一般采用逐步鈍化法。即將被保護設備接上電源后，逐步注入腐蝕性溶液，使設備由下而上分段依次建立鈍態。322.維鈍電流密度ip

它直接反映金屬設備在陽極保護下的腐蝕速度，越小越好。這樣可減少常規消耗。

ip與金屬本性和介質條件有關。對于可鈍化金屬，若維鈍電流密度很大，則采用陽極保護意義不大。

（采用涂料---陽極保護聯合保護方式，效果較好）

3.鈍化區范圍

指穩定鈍化區電位范圍。該范圍越大越好，這樣實施陽極保護時，抗電位波動能力較強，不會出現鈍態向活態轉變的危險。反之，電位范圍較窄時，生產上工藝條件稍有波動，金屬就有可能重新活化，很難實施陽極保護。

33二、陽極保護設計1.選擇輔助陰極材料

陰極材料在陽極保護過程中應該耐蝕，并且有一定機械強度、易制作、價格便宜。設計時，應適當地設計陰極面積，使陰極上具有必要的保護電流密度。2.輔助陰極的合理配置

由于陽極保護也存在電流遮蔽作用，在結構形狀復雜的設備中，容易出現電流分布不均勻。造成距輔助陰極近的部位可能已經鈍化甚至過鈍化，而距陰極較遠或電流不易達到的地方，可能仍處于活化狀態。因此，陰極的布置需合理分布，通常需試驗來確定。343.參比電極的選用和安裝

陽極保護必須嚴格控制金屬電位，監測金屬的致鈍和維鈍電位需用參比電極。陽極保護所用參比電極要求工作穩定、可靠、便宜、易于制作和安裝。

若鈍化區電位范圍較窄，要求測定值精度高，可使用甘汞電極、硫酸銅電極；若鈍化區范圍較寬，可使用簡單方便的固體金屬電極，如：不銹鋼、鑄鐵及碳鋼等。35參比電極的安裝位置，一般選在距陰極最遠或電位最低處。FEDCBA~+-A--參比電極B--輔助陰極C--被保護結構D--直流電源E--控制電路F--交流輸入36三、陽極保護使用范圍

電解質溶液中連續液相部分的保護

氧化性介質中對鋼鐵的保護

致鈍電流密度不大，維鈍電流密度也不大，鈍化區電位范圍不易過窄的場合37四、聯合保護1.陽極保護與涂料聯合防腐單純陽極保護

其主要缺點是致鈍電流大，需大容量的直流電源設備才能建立鈍化。另外，單一陽極保護，當生產中液面波動或斷電時，容易引起活化，活化后重新建立鈍化較困難。聯合防腐后

鈍化時只需將涂料覆蓋不嚴的地方，如針孔、龜裂、及安裝時碰破處進行致鈍。2.陽極保護與無機緩蝕劑聯合防腐38第三節陰極保護與陽極保護的比較1.

二者均為電化學保護，適用于連續液相部分的保護，不能保護氣相部分。2.從原理上講，金屬在電解液中都可以進行陰極保護；而陽極保護是有條件的，只適用于金屬在該電介質中能陽極鈍化的情況，否則反會加速腐蝕。3.陰極保護時，電位偏離只是降低保護效率，不會加速腐蝕；而陽極保護時，電位如果偏離鈍化電位區將會加速腐蝕，因此最好采用恒電位儀控制最佳保護電位。4.對于強氧化性介質，如硫酸、硝酸等，采用陰極保護不如采用陽極保護。395.陰極保護時，若電位過負，則設備可能產生氫脆，對加壓設備很危險。而陽極保護時，設備是陽極，氫脆只會發生在輔助陰極上，危險性不大。6.陰極保護的輔助電極是陽極，要溶解的，因此在強腐蝕性介質中應用受限制。而陽極保護的輔助電極是陰極，本身得到一定程度的保護。40確定電化學保護類型的原則在強氧化性介質中，可優先考慮陽極保護在二者保護效果相差不多時，則優先考慮采用陰極保護如果氫脆不能忽略，則要采用陽極保護41第四節襯里

襯里是一種利用材料特性，在鋼鐵表面選襯各種非金屬材料或金屬材料，以延長設備使用壽命的防腐方法。一、碳鋼設備及襯里材料的表面處理1.對被襯物表面的要求

設備表面與襯里材料是用膠粘劑連接的。因此對被粘表面要求較為嚴格：42

良好的潤濕性

潤濕性表征了膠粘劑與被粘物之間直接接觸的程度。要求潤濕性越強越好，一般用接觸角θ來衡量。<90o，潤濕性較好>90o，潤濕性較差=180o，完全不潤濕θ

一般來講，表面潔凈的金屬或無機材料的表面具有高自由能，易潤濕；而高分子材料則相反，需進行表面處理。43

表面應具有一定的粗糙度

增加接觸面積，有利于粘結強度提高。但粗糙度不宜過大，否則效果相反。

表面清潔

表面潔凈可具有較高的表面自由能。清潔表面主要是清除銹層、氧化物、油污等。2.金屬表面處理

工程上常用機械法和化學法。

機械法

包括機械研磨、滾磨、噴砂、噴丸及高壓水除銹等。其中噴砂法因其施工方便、質量好而應用廣泛。44噴砂法：在噴砂罐中通入0.5~0.6MPa壓縮空氣，夾帶有棱角的石英砂、金剛砂經噴嘴以50~70m/s高速噴到鋼鐵表面，依靠沖擊和摩擦，將金屬表面的鐵銹、氧化皮及污垢清除，并獲得粗糙度。化學法

將金屬件浸入無機酸中，從而除去表面的氧化物。（注意酸洗時應加緩蝕劑）3.襯里材料的表面處理

高分子材料一般為低自由能，與膠粘劑的粘附力較小，通常經過機械和化學法處理來增加表面粗糙度及表面活性。無機材料主要是去除表面的水和油污。二、各種常用襯里——自學45第五節介質處理

處理介質目的是改變介質的腐蝕性，以降低介質對金屬的腐蝕作用。常用方法：

去除介質中的有害成分

調節介質的pH值

降低氣體介質中的水分46一、去除介質中的有害成分例如：鍋爐給水的除氧。水中溶解氧會引起氧去極化的腐蝕過程。從鍋爐給水中除去氧，是防止鍋爐腐蝕的有效措施。1.熱力除氧

原理：根據氣體溶解定律，氣體在水中的溶解度與該氣體在液面上的分壓成正比。在敞口設備中將水溫升高，則氣水界面上的水蒸汽分壓增大，其它氣體的分壓降低，故各種氣體在該水中的溶解度將下降。當水溫達沸點時，氣水界面上的水蒸氣壓力和外界壓力相等，其它氣體分壓都為零。故此時水不再有溶解氣體的能力。472.解吸除氧

原理：解吸除氧系根據亨利定律即氧在水中的溶解度與水接觸的氣體中氧的含量成正比．故將待除氧的水與無氧或貧氧氣體強烈攪拌混合，則水中的溶解氧快速擴散到氣體中使水脫氧，達到除氧的目的。3.化學除氧

原理：往水中加入化學藥品以除去水中的氧。要求該藥品具備能迅速地和氧完全反應，反應產物和藥品本身對鍋爐的運行無害等條件。常用藥品是聯氨--（N2H4）、亞硫酸鈉。4.真空除氧48二、調節介質的pH值

鍋爐給水及工業用冷卻水，如果含有酸性物質，使其pH值偏低，則可能產生氫去極化腐蝕。而且鋼材在酸性介質中很難形成表面保護膜。故此時必須提高其pH值。常用的辦法是加氨或胺。

給水加氨處理

pH值調節到8.5~9.2為宜。應嚴格控制加氨量，避免加速黃銅腐蝕。

給水加胺處理常用莫福林

C4H8ONH和環己胺

C6H11NH2。49三、降低氣體介質中的濕分腐蝕率通常隨氣體相對濕度增加而增加。常用的除濕方法：

采用干燥劑吸收氣體中的濕分

采用冷凝的方法從氣體中除去濕分

提高溫度來降低氣體中的相對濕度，使水汽不致冷凝。

50第六節涂料層及鍍層一、涂料

涂料主要有油基性涂料（以干性油為主體）和樹脂基涂料（以樹脂為主）兩大類。

涂料起隔離介質的作用。

涂料層機械性能，如強度、抗沖擊性、耐磨蝕能力都比較低，而且涂層較薄，難免存在一些缺陷，如針孔、氣泡。所以主要用于設備、管道、廠房外表面抗大氣腐蝕的防護層或腐蝕環境不很苛刻的設備的內壁的保護。

選擇涂料時應根據具體的腐蝕環境，從耐蝕性、抗滲透性、粘結強度及價格等方面綜合考慮。51二、金屬覆蓋層

金屬覆蓋層按施工方法不同可分為：電鍍、噴鍍、化學鍍、擴散滲透法、熱敷法、輾壓法。這里主要介紹電鍍、熱浸鍍、噴鍍和滲鍍層。按金屬基體與金屬覆蓋層間的電位關系，金屬覆蓋層可分為陽極覆蓋層和陰極覆蓋層。

陽極覆蓋層

電位比主體電位負，在介質中為陽極。如：鐵鍍鋅

若覆蓋層有孔或裂紋會發生什么現象？52

陰極覆蓋層

電位比主體電位正，在介質中為陰極。如一般情況下，鐵上的錫、銅鍍層。

陰極覆蓋層只有當其足夠完整時，才能可靠地用來防腐蝕。為什么？

53注意：

金屬的電位是隨介質條件的不同而變化的。因此，覆蓋層究竟是陽極層還是陰極層，要根據具體條件而定。鋅對鐵而言，一般條件下是典型的陽極覆蓋層，但在70~80℃熱水中，鋅的電位變得比鐵正了，因而成了陰極覆蓋層。錫對鐵而言，一般條件下為陰極層，但在有機酸中錫成了陽極覆蓋層。54（一）電鍍

原理

電鍍時，工件作為陰極與直流電源的負極相連，陽極與正極相連，電鍍槽中放入含鍍覆金屬離子的鹽溶液。接通電源時陽極發生金屬溶解的氧化反應，如：

Cu→Cu2++2e陰極發生金屬析出的還原反應如：

Cu2++2e→CuA55

應用

用于細小、精密的接觸腐蝕性介質的儀器儀表零件

抗磨蝕軸類的修復

用于產品要求干凈的零件

對于大型貯罐，電鍍液可放入罐內，將罐體作為陰極

電鍍質量的影響因素

鍍層均勻性電流密度—電流密度大，沉積加速，結晶較細致。但不宜過大。

溫度—溫度高，鍍層粗糙。

溶液的攪拌56（二）噴鍍、熱浸鍍和滲鍍1.噴鍍

用壓縮空氣將熔融狀態下的金屬霧化成微粒，噴射在工件表面上，形成金屬覆蓋層。

噴