金屬腐蝕的防護第1頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四

◆正確選擇金屬材料和改善材料的組織狀態◆采取電化學保護◆添加緩蝕劑◆采用有效的表面覆蓋層第2頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四

§1正確選擇金屬材料和改善材料的組織狀態

一．提高金屬材料耐腐蝕性的合金化原則

（一）降低合金中陽極相的活性1．提高合金的熱力學穩定性（提高電極電位）2．減少陽極區的面積3．促進鈍化4．對于能夠鈍化的腐蝕體系，如果加入活化（強化）陰極的元素,以促進合金到達鈍態第3頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四

（二）降低合金中陰極相的活性

1．增加陰極過電位（通常是提高氫的過電位）2．減少陰極面積3．合金表面形成保護膜二、組織狀態與合金耐蝕性關系

三、耐蝕金屬材料

第4頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四

二、組織狀態與合金耐蝕性關系

1．單相組織比多相組織耐蝕性強（因為不組成原電池），固溶體---n/8定律2．當復相組織陰極相能促使陽極相鈍化時，--復相組織也耐腐蝕3．當復相組織中陽極相很少，在介質中經短時間腐蝕，表面的陽極相被腐蝕掉，剩下電位高的陰極性，這時也是耐腐蝕的4．粗大晶粒，晶界雜質多，晶間腐蝕傾向大5．在不能鈍化體系中，陰極相越小越分散，微電池數量多，越不耐腐蝕第5頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四

.三、耐蝕金屬材料（一）碳鋼和鑄鐵1．碳鋼和普通鑄鐵耐腐蝕性差2．耐蝕鑄鐵---高硅鑄鐵，含硅1.4-1.8％,含磷0.5-1.1％

（二）耐蝕低合金鋼1．耐大氣腐蝕–加銅、磷、鉻等，如15Mn5Cu、09MnCuPTi2．耐海水腐蝕－Cr、Ni、Al、P、Si、Cu等，如10CrMoAl、12Cr2MoAlPt等3．耐硫化氫腐蝕－鉬、鈮、鈦、釩等，稀土元素，如12MoAlV、15Al3MoWTi等。4．耐高溫高壓氫、氮的腐蝕－鉻、鉬、W、V、Nb、Ti等，如10MoWVNb、10MoWVNbTi等

第6頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四

（三）不銹鋼1．奧氏體不銹鋼－Cr量18％以上，鎳含量8％以上，－－18-8不銹鋼，加入Ti、Nb、Cu、Mo和Si則可改善其耐硫酸腐蝕性能，Nb和Ti還提高抗晶間腐蝕能力2．馬氏體不銹鋼－Cr13型，高強度和高硬度3．鐵素體不銹鋼－Cr13及Cr16-19型，Cr25-28型

第7頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四（四）鋁及其合金1．工業純鋁2．鋁合金－Mn和Mg，MnAl2與固溶體的電極電位接近（五）銅及其合金1．銅--氧去極化腐蝕2．銅合金①黃銅（Cu~Zn合金）②青銅（黃銅以外的銅合金）第8頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四

（六）鈦及其合金

1．鈦易生成TiO2鈍化膜-穩定性高于鋁和不銹鋼生成的氧化膜--耐海水腐蝕之王，對許多含氧的化合物都耐腐蝕；耐王水腐蝕，耐濕氯氣腐蝕，在各種硝酸中都耐蝕。但鈦在赤色發煙硝酸中和甲醇溶液中會發生晶間腐蝕，在高濃度硫酸和鹽酸中不耐腐蝕

鈦在高溫下很不穩定，能劇烈地與氧，硫，鹵族元素，碳，甚至和氮，氨化合。鈦在某些強氧化性環境中，發生自燃爆炸事故。第9頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四

.

第10頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四

2．鈦合金耐蝕鈦合金--Ti～Mo合金和Ti～Pd合金，Ti~Pd合金中加入0.15~0.20%Pd可促進合金鈍化，能提高合金在鹽酸和硫酸中的抗蝕性，并且不易因腐蝕而產生氫脆，但是Ti~Pd合金不耐強還原性酸的腐蝕。Ti~Pd合金廣泛用于化工工業。

Ti~Mo合金，在強的還原性酸中也具有耐蝕性(硫酸、鹽酸、磷酸)。第11頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四

.（七）鎳及其合金1．鎳在中性和堿性介質中能形成鈍化膜，耐蝕性較好，也耐大氣和堿類溶液的腐蝕2．鎳基合金第12頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四

2．鎳基合金①Ni-Cu合金蒙耐爾合金（27～29％Cu，2～3％Fe，1.2～1.8%Mn其余為Ni），其突出優點是耐各種濃度的氫氟酸的腐蝕。②Ni-Mo合金哈氏合金（Hastelloy）-相當于我國的0Ni65Mo28FeV;00Cr16Ni60Mo17，耐多種濃度鹽酸腐蝕。③Ni-Cr合金因科耐爾（Inconel）:14～16％Cr，5～9％Fe，2.25～2.75％Ti，0.7～1.2%Nb，0.4～1.0％Al,0.3～1.0%Mo。它在氧化性和還原性酸中均有高的耐蝕性。第13頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四

（八）耐蝕金屬材料的選擇1．大氣：鋁及其合金、鈦及其合金、銅及其合金、不銹鋼等。2．工業大氣：鋁及其合金、鈦及其合金等。3．海水：鈦及其合金、銅及銅合金、鋁及鋁合金、鎳及鎳合金、不銹鋼等。4．淡水：鋁及鋁合金、鈦及鈦合金、高硅鑄鐵、不銹鋼、銅及銅合金、鉛及鉛合金、鎳等。5．硫酸：高硅鑄鐵、低濃度用鉛、高濃度用Fe-C合金。6．硝酸：鈦及鈦合金、高硅鑄鐵、低濃度用不銹鋼、高濃度用鋁。第14頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四

7．鹽酸：高硅鑄鐵、加鉬高硅鐵、哈氏合金。8．磷酸：18-8Mo不銹鋼、鉛及鉛合金、高硅鑄鐵、銅及銅合金。9．醋酸：高硅鑄鐵、18-8Mo不銹鋼、銅及青銅、鋁。10．氫氧化鈉：鎳及鎳合金、高鎳鑄鐵、18-8不銹鋼、銅及銅合金、鈦及鈦合金。11．氟水：Fe-C合金、高硅鑄鐵、不銹鋼、鋁及鋁合金、鈦及鈦合金第15頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四

12．NaCl：高硅鑄鐵、18-8不銹鋼、鈦及鈦合金、鎳及鎳合金。13．硫化氫：鈦鋼、高硅鑄鐵、18－8－Mo不銹鋼、鋁及鋁合金。14．氯氣（濕）：鈦及其合金、高硅鐵、哈氏合金。第16頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四

§7-2添加緩蝕劑一、概述第17頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四

.第18頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四

二、緩蝕劑的緩蝕機理

1．吸附理論

2．成膜理論3、電極過程控制理論

4、氣相緩蝕劑的作用機理

三、影響緩蝕作用的因素

1．緩蝕劑濃度

2．溫度

3．介質的流速

第19頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四

四、緩蝕劑應用舉例◆在石油工業上的應用-常用的緩蝕劑有季胺鹽和松香胺等長鏈氮化物，以二胺，廉價效果顯著◆酸洗中的應用-加入若丁，烏托品等緩蝕劑

◆在冷卻水中應用-鉻酸鹽和聚磷酸鹽作緩蝕劑◆防大氣腐蝕

---有機化合物的硝酸鹽或碳酸鹽，如亞硝酸，二環己胺，碳酸環己胺（注意含胺基的氣相緩蝕劑不能用于保護有色金屬，特別是銅及其合金）第20頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四§7－3電化學保護通過施加外加電動勢將被保護金屬的電位移向免腐蝕區或鈍化區，以降低腐蝕速度。

第21頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四

一．陰極保護

將被保護金屬物件施加陰極電流，使其發生陰極極化，以減少或防止金屬腐蝕的方法。

依據陰極電流的來源，分為：

◆犧牲陽極保護

◆外加電流保護

第22頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四

陰極保護

－－經濟效益非常顯著:

◆海船--涂裝費占5％，而陰極保護用的犧牲陽極材料和施工費加起來不到1％。

◆一座海上采油平臺的建造費超過1億元，而犧牲陽極材料和施工費只需100～200萬元。不采用保護，平臺壽命只有5年，而陰極保護下可用20年以上。

◆地下管線的陰極保護費只占總投資的0．3％～0．6％，就可大大延長使用壽命。

第23頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四

.（一）陰極保護的原理◆通入外加陰極電流－◆最小保護電位◆最小保護電流密度第24頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四第25頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四第26頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四第27頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四第28頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四

.（二）、陰極保護的基本參數

（1）最小保護電位第29頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四

.(2)最小保護電流密度

第30頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四

.（三）犧牲陽極保護法1.犧牲陽極材料

◆犧牲陽極材料應滿足以下要求①電位足夠負，犧牲陽極電位與保護金屬電位之差為驅動電位，----0.25v左右。②現場輸出電量要高③陽極反腐蝕電流要高④陽極極化率要小，容易活化。⑤陽極要均勻腐蝕，腐蝕產物易脫落◆一般常用材料是：①鋅和鋅合金，如Zn－0.6％Al－0.1Cd②鎂合金Mg－6％Al－3％Zn③鋁合金（通過合金化能破壞鋁陽極的表面膜）第31頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四

.2.陽極形狀

3.犧牲陽極數量

4.犧牲陽極位置

第32頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四

（四）外加電流保護法

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組成部分－－輔助陽極，直流電源，參比電極，外加電流保護系統（設計）。

1.輔助陽極－－在外加電流陰極保護系統中，與直流電源正極相連接的外加電極，(圖中AA)。（其作用是使外加電流從它經過介質達到被保護結構，從而構成完整的電回路。第33頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四

輔助陽極

要求如下：

①導電性能良好，電耗少；

②排流量大，即允許電流密度高；

③具有一定的強度，耐磨損，抗沖擊震動；

④易于加工和安裝；

⑤易于購買到，價格低廉。

第34頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四

第35頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四

2.直流電源低電壓大電流，輸出可調的直流電源，使用較多的是可控硅恒電位儀。

3.參比電極－－在外電流保護系統中用來測量被保護體的電位并向控制系統傳送信號以便調節保護電流大小，使結構電位處于給的范圍內，用的最多的是銀/氯化銀電極，銅/硫酸銅電極，甘汞電極等。

第36頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四包括以下內容（1）

選擇保護系數合適的保護電流密度和保護電位，例如銅在無菌中性土壤中保護電流密度為4.3――16.1mA/m2，而在海水中為53.8――269m A/m2，鋼結構在海水中保護電位為-0.75――-0.95v（參比電極為Ag/AgCl）4.外加電流保護系統設計第37頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四（2）

輔助陽極布置兩種布置方法：a.近陽極布置－－直接安裝在被保護金屬構件上，b.遠陽極布置－－放在被保護構件幾米甚至幾十米以外，－－耗電量大，陽極消耗大，且易漏電，產生雜散電流腐蝕，而近陽極布置則相反。5.陰極保護應用范圍

用于船舶，近海石油工業設施，地下管道，電纜，海上采油平臺，石油化工機械等。

第38頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四

.在采用陰極保護時應注意以下內容①腐蝕介質必須是導電的。如氣體介質則不能采用此法。②金屬材料在所處介質中易極化，從而避免耗電量過大。③由于陰極附近PH值增加，（因為H2析出）對不耐堿性腐蝕的金屬如釷不易采用陰極保護④如果金屬原來處于鈍態，若外加陰極極化后可能使其活化，采用陰極保護反而會加速腐蝕，不宜采用陰極保護第39頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四舉例：鄭州市燃氣系統防腐蝕工作的成功案例

鄭州市燃氣系統防腐蝕工作中，最成功的案例是鄭州市天然氣長輸管線的防腐。鄭州市天然氣的長輸管線起點在開封，終點為鄭州，長度75km，材質為普通碳鋼，壓力等級為0．32(最低)～1．6MPa(最高)，規格為p377X7的螺旋焊縫鋼管，外防腐層為加強級石油瀝青玻璃絲布。為了加強其防腐效果，在設計時就同步考慮了陰極保護加防腐涂層雙重保護方案，并在長輸管線施工的同時，建設了開封、中牟、鄭州外加電流陰極保護站(淺埋陽極)對長輸管線進行陰極保護。每個站采用一臺洛陽725所產的恒電位儀。長輸管線的年陰極保護電費在300元左右，每年用于長輸管線的綜合維護費用為5萬元。長輸管線自投產以來，由于采用了外防腐層加陰極保護的綜合防腐措施，效果很好，其外壁完好如初。盡管16年來長輸管線的外防腐層曾多次遭到人為破壞，但由于有陰極保護措施，沒有發現任何因外防腐層破損而造成的腐蝕穿孔現象，保證了長輸管線的長期安全運行。長輸管線的設計使用壽命是16年，現在已經使用16年整了，按現在情況看，至少還可以再使用16年。長輸管線陰極保護設施建設費用總計為113．8萬元，以這么低的投資，再加上16年的運行電費及維護費不足200萬元。當年長輸管線的建設費用為3000余萬元。通過采取可靠的防腐蝕措施，延長了長輸管線的使用壽命，等于為鄭州燃氣股份有限公司節省了2800萬元的新長輸管線建設費用，經濟效益是非常可觀的.第40頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四

二．陽極保護

將被保護的金屬設備與外加直流電源的正極相接，在腐蝕介質中使其陽極極化至穩定的鈍化區，金屬設備得到保護。第41頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四

.（一）陽極保護的幾個參數1.致鈍電流密度ipp

－－金屬在給定環境介質中發生鈍化所需的最小電流密度(前頁圖）2、維鈍電流密度ip

－－維持鈍化所需的電流密度；3、鈍化電位范圍－－鈍化過渡區與過鈍化區之間的電位范圍

ipp小，則易于致鈍；ip小，則易于維鈍；│Etp—Ep│≥50mV，則便于控制。第42頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四

.金屬材料在介質中陽極保護的參數：介質材料溫度℃致鈍電流密度A/m2維鈍電流密度A/m2鈍化區電位范圍mv100％H2SO4碳鋼27620.31+100以上96－100％H2SO4碳鋼936.20.46+600以上96－100％H2SO4碳鋼2709303.1+800以上96％H2SO4碳鋼491.550.77+800以上67％H2SO4不銹鋼2460.001+30－+80067％H2SO4不銹鋼66420.003+30－+80075％H3PO4碳鋼2723223+600－+140085%H3PO4不銹鋼13546.53.1+200－+70020%HNO3碳鋼20100000.07+900－+130050%HNO3碳鋼3015000.03+900－+120080%HNH3不銹鋼240.010.01――70%硫酸不銹鋼沸騰100.1－0.2+100－+50020％NaOH不銹鋼24470.1+50－+400第43頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四

.4、

實施陽極保護時應注意：

①Cl-濃度高的介質中不能采用陽極保護，因Cl-離子能局部破壞鈍化膜造成腐蝕；②在酸性介質中或金屬對氫脆敏感的情況下宜采用陽極保護。第44頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四

.（二）陰極保護與陽極保護的比較

項目陰極保護陽極保護1適用的金屬一切金屬只適用用于鈍化金屬2適用的腐蝕介質弱到中等腐蝕介質各種腐蝕性3電能消耗較多較少4電流分解能力容易均勻比較容易5保護系數測定經驗（不可靠）或實地測量（麻煩）實驗室測量（精確）6投資較少高第45頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四§7－4采用覆蓋層

一.金屬性覆蓋層

二.非金屬性覆蓋層第46頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四

一.金屬性覆蓋層.1．電鍍是用電沉積的方法使金屬表面鍍上一層金屬或合金。

2．熱鍍也叫熱浸鍍，是將被保護金屬制品浸漬在熔融金屬浴中，使其表面形成一層保護性金屬覆蓋層。

3．噴鍍將絲狀或粉狀金屬放入噴槍中，借助高壓空氣或保護氣氛，使被火焰或電弧熔化了的金屬成霧狀噴到被保護金屬上，形成均勻的覆蓋層。

4．滲鍍在高溫下利用金屬原子的擴散，在被保護金屬表面形成合金擴散層。第47頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四

5．化學鍍利用氧化—還原反應，使鹽溶液中的金屬離子在被保護金屬上析出，形成保護性覆蓋層。

6．包鍍將耐蝕性良好的金屬，通過輾壓的方法包覆在被保護的金屬或合金上，形成包覆層或雙金屬層。

7．機械鍍．機械鍍是把沖擊料(如玻璃球)、表面處理劑，鍍覆促進劑、金屬粉和零件一起放人鍍覆用的滾筒中，并通過滾筒滾動時產生的動能，把金屬粉冷壓到零件表面上形成鍍層。8．真空鍍真空鍍包括真空蒸鍍、濺射鍍和離子鍍，它們都是在真空中鍍覆的工藝方法。第48頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四

.二.非金屬性覆蓋層

1.無機涂層

(1)搪瓷涂層搪瓷又稱琺瑯，是類似玻璃的物質。搪瓷涂層是將鉀、鈉、鈣、鋁等金屬的硅酸鹽；加入硼砂等熔劑，噴涂在金屬表面上燒結而成。

(2)．硅酸鹽水泥涂層·

將硅酸鹽水泥漿料涂