[工学]金属腐蚀与防护

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1、第五章防腐蚀设计研究金属腐蚀是为了防止和控制金属腐蚀的危害，延长金属的使用寿命。各种金属工程材料，无论是原材料、产品加工、使用和储存都会遇到不同的使用环境，产生不同程度的腐蚀。而金属腐蚀是一个自发过程，完全避免材料的腐蚀是不可能的，只能在对金属在各种腐蚀环境中的腐蚀破坏规律和机理充分了解的基础上，以保证材料正常使用为前提，通过防腐蚀设计，使其腐蚀破坏限制在一定的范围或降低到最小程度，即进行腐蚀控制。防腐蚀设计：为预防和控制破坏和损失而进行的设计。金属的防腐蚀设计主要包括：一、金属材料的正确选择；二、防腐蚀结构设计；三、防腐蚀工艺流程的选择；四、防护方法的选择。一、金属材料

2、的正确选择金属材料是构成设备或结构件的主要物质基础，防腐蚀材料的选择是防腐蚀设计的首要环节。金属构件的腐蚀破坏事故经常由选材不当造成，因此正确选材是最重要也是最广泛使用的防腐蚀办法。用于腐蚀环境中的设备和结构，制造材料要考虑的因素：耐蚀性能；物理性能、机械性能和加工性能；经济上的可行性。必须遵循正确的选材原则，采取合理的选材步骤。一）正确选材的基本原则1、全面考察材料的综合性能，优先做好腐蚀控制。金属材料是指由纯金属及其合金组成的材料。包括钢铁材料和有色金属材料（非铁材料）。钢铁占人类金属总消耗的90％以上，是最常见也是最重要的金属材料。有色金属材料是除钢铁以外的其他金属

3、及其合金的总称。工程上最重要的有色金属是Al、Cu、Zn、Sn、Pb、Mg、Ti、Ni及其合金。有色金属材料的消耗虽然不到金属材料总消耗的10％，但是因为它们具有优良的导电、导热性，同时相对密度小，化学性能稳定，耐热、耐腐蚀，因而在工程上占有重要地位。纯金属的热力学稳定性各种金属在电解质中的热力学不稳定性可根据标准电解电势来近似判断。在自然条件下很多金属在热力学上是不稳定的。在潮湿气氛和有氧的条件下，只有极少数金属可视为是稳定的。在中性水溶液介质中甚至在无氧时，绝大多数能被腐蚀。热力学上的稳定性不但取决于金属本身，而且也与腐蚀介质有关。即使在热力学上很稳定的金属，在有些介

4、质中也可能变为不稳定。相反在惰性介质中最活泼的金属都可能成为完全稳定的。常见的最易钝化的金属：Zr、Ti、Nb、Al、Cr、Be、Ni、Co、Fe等金属材料的性能包括力学性能、热性能、电学性能、光学性能、化学性能等。具体来说包括强度、弹性、硬度、塑性、韧性、热导率、比热容、热膨胀性、耐热性、电导率、电阻率、磁性以及化学稳定性等。其中化学稳定性与材料的耐蚀性密切相关，而其他的性能是材料实现其使用功能的基础。在选材过程中，要注意设备中各种金属材料的性能协调，既要保证设备的实用功能，又要保证其可靠性与使用寿命。尤其要重视金属在不同状态和环境介质中的耐蚀性。对于关键的、经常维修或

5、不易维修的零部件，选用耐蚀性高的材料。在提高材料强度而耐蚀性有所下降的情况下，应考虑其综合性能，如强度许可，有时宁可牺牲某些力学性能，也要满足耐蚀性的要求。从材料的综合性能出发，正确选择材料，应遵循以下原则。①按产品的工作条件要求正确选材。这是正确选材首先要注意的原则。必须按照产品使用时所处环境、腐蚀介质的种类、浓度、温度、压力、流速等特定条件，选择适当的金属材料。详尽的数据及其材料的耐蚀性能，可参阅国内外的相关文献资料，如我国出版的《金属腐蚀手册》、《腐蚀数据与选材手册》、《材料的耐蚀性和腐蚀数据》等。例如不锈钢、钛、锆等被认为是耐蚀性优良的材料，但并不是说它们在任何环

6、境下都适用。例如不锈钢在大气和水中比碳钢更优越，但在浓硫酸中碳钢却优于不锈钢，如果水中含有微量氯离子，奥氏体不锈钢可能发生危险的应力腐蚀破裂，碳钢却没有这种危险。因此，对于任何一个材料－环境体系，都必须有针对性地调查研究，以便了解这种材料在特定环境中的耐蚀性。②按产品的用途、物理、力学性能及特殊要求正确选材。选材时除考虑材料的耐蚀性外，还要考虑产品（或设备）的用途及物理、力学方面的性能要求。③综合考察材料对各种腐蚀类型的耐蚀性。针对不同的腐蚀环境，选择材料时除了要考虑金属的均匀腐蚀外，要特别注意可能产生的电偶腐蚀、孔蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、选择性腐蚀、剥蚀、应力腐蚀破裂、

7、氢脆、腐蚀疲劳和磨损腐蚀等各种局部腐蚀。针对特定的腐蚀类型选用合适的耐蚀材料，针对特定腐蚀环境进用综合耐蚀性能最优的材料。不锈钢是不锈耐蚀钢的简称，包含两大类型钢。一类是在大气、水蒸气和淡水等弱电介质中耐腐蚀或具有不锈性的钢种，称为不锈钢；另一类是在酸碱盐等化学介质中耐腐蚀性钢种，称为耐酸钢。不锈钢一般不耐酸，而耐酸钢一般均具有不锈性。然而耐酸钢的使用是有条件的，并不能抵抗所有酸的腐蚀。④要注意合金成分、晶体缺陷、金相组织对金属材料耐蚀性能的影响。首先，为了提高金属材料的力学性能或满足其他性能的要求，工业上很少使用纯金属，一般