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2018年1月24日 星期三

丁酉(鸡)年十二月初八

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  由环境引起的材料破坏或变质称为腐蚀。为防止或减少腐蚀对材料的损害,延长材料的使用寿命需要采取各种有效的防腐蚀措施。金属和合金的腐蚀主要是由于化学或电化学作用引起的破坏;有时还包含机械、物理或生物作用;也有少数属于单纯物理作用的破坏,如合金在液态金属或熔盐、熔碱中的物理溶解。非金属(如塑料、木材、水泥等)的腐蚀破坏一般是由于直接的化学作用或物理作用(如氧化、溶解、溶胀等)引起的。单纯的机械破坏不属于腐蚀的范畴。金属的腐蚀对于人类的生产和生活造成的危害是巨大的。据发达国家统计,每年由于金属腐蚀造成的直接损失约占全年国民生产总值的4%,远远超过一年中火灾、水灾、风灾、地震等损失(多年平均值)的总和。
  在化工企业的生产环境中,有腐蚀性很强的酸、碱、盐溶液,以及含杂质的水和气体等,且经常伴有高温、高速的影响,因此腐蚀特别严重。腐蚀不仅使化工材料损耗,设备报废,还可能引起间接损失。如停工减产,物料流失,以至造成污染、着火、爆炸等。一般间接损失比材料和设备的直接损失更为严重,根据中国1980年对43个化工企业的调查,一年中由于腐蚀损失的碳钢材达38kt、不锈钢15kt、有色金属13kt。折合全年总损失约为11000万元。
  腐蚀的类型 可分为湿腐蚀和干腐蚀两类。湿腐蚀指金属在有水存在下的腐蚀,干腐蚀则指在无液态水存在下的干气体中的腐蚀。由于大气中普遍含有水,化工生产中也经常处理各种水溶液,因此湿腐蚀是最常见的,但高温操作时干腐蚀造成的危害也不容忽视。
  湿腐蚀 金属在水溶液中的腐蚀是一种电化学反应(图1)。在金属表面形成一个阳极和阴极区隔离的腐蚀电池,金属在溶液中失去电子,变成带正电的离子,这是一个氧化过程即阳极过程。与此同时在接触水溶液的金属表面,电子有大量机会被溶液中的某种物质中和,中和电子的过程是还原过程,即阴极过程。常见的阴极过程有氧被还原、氢气释放、氧化剂被还原和贵金属沉积等。

腐蚀和防腐

  随着腐蚀过程的进行,在多数情况下,阴极或阳极过程会受到阻滞而变慢,这个现象称为极化,金属的腐蚀随极化而减缓。
  干腐蚀 一般指在高温气体中发生的腐蚀,常见的是高温氧化。在高温气体中,金属表面产生一层氧化膜,膜的性质和生长规律决定金属的耐腐蚀性。膜的生长规律可分为直线规律、抛物线规律和对数规律。直线规律的氧化最危险,因为金属失重随时间以恒速上升。抛物线和对数的规律是氧化速度随膜厚增长而下降,较安全,如铝在常温氧化遵循对数规律,几天后膜的生长就停止,因此它有良好的耐大气氧化性。
  腐蚀的形态 可分为均匀腐蚀和局部腐蚀两种。在化工生产中,后者的危害更严重。
  均匀腐蚀 腐蚀发生在金属表面的全部或大部,也称全面腐蚀。多数情况下,金属表面会生成保护性的腐蚀产物膜,使腐蚀变慢。有些金属,如钢铁在盐酸中,不产生膜而迅速溶解。通常用平均腐蚀率(即材料厚度每年损失若干毫米)作为衡量均匀腐蚀的程度,也作为选材的原则,一般年腐蚀率小于1~1.5mm,可认为合用(有合理的使用寿命)。
  局部腐蚀 腐蚀只发生在金属表面的局部。其危害性比均匀腐蚀严重得多,它约占化工机械腐蚀破坏总数的70%,而且可能是突发性和灾难性的,会引起爆炸、火灾等事故。它可分为下列几类:
  ① 孔蚀 在金属表面的局部,形成大小、深浅和形状不同的孔,严重时可使器壁穿透。孔蚀通常发生于表面有保护膜(钝化膜)的金属,如不锈钢、钛和铝合金等。由于表面局部存在缺陷,溶液内又含有能破坏钝化膜的活性离子(Cl-,Br-),因此膜的局部破口就成为腐蚀电池的阳极,周围的膜成为阴极,电流高度集中,使腐蚀向孔内迅速发展。
  ② 缝隙腐蚀 发生在设备的缝隙内,如焊、铆缝、垫片或沉积物与金属的间隙等,它是孔蚀的一种特殊形态。
  ③ 晶间腐蚀 由于金属的不适当热处理或冷加工,引起晶界变化,如晶界沉积了杂质,或某种元素增多或减少,使晶界成为易腐蚀的通道。腐蚀由表面沿晶界向内部发展,外表看不出腐蚀迹象,但金属失去了强度。
  ④ 应力腐蚀破裂 在腐蚀与拉应力同时作用下,金属或合金产生的破裂。应力的主要来源是由焊接、冷加工等产生的残余应力。这是一种最危险的腐蚀形态,主要发生在特定的材料-环境体系中,例如奥氏体不锈钢在含Cl-溶液中,碳钢在含NO婣溶液中,铜合金在含NH3大气中,等等。
  ⑤ 腐蚀疲劳 由周期应力(应力方向和大小发生周期性地变化)与腐蚀的共同作用而引起金属的破裂。一般金属当承受的周期应力超过疲劳极限值时,都将产生破裂,但在腐蚀环境中,疲劳极限值大大下降(图2)。任何腐蚀环境都可以引起腐蚀疲劳,振动部件如泵轴和杆、螺旋桨轴、油气井管、吊索以及由于温度变化产生周期热应力的换热管和锅炉管等,都容易产生腐蚀疲劳。

腐蚀和防腐

  ⑥ 选择性腐蚀 成分和结构不均一的工业材料在一定腐蚀环境中,一部分元素被腐蚀浸出,只剩下由其余组分构成的海绵状物质,完全丧失了材料原来的强度和延性。如黄铜脱锌(锌从黄铜中腐蚀脱离)、铸铁石墨化(铁溶解,只剩下石墨网状体)等均属此类腐蚀。
  ⑦ 磨损腐蚀 金属表面同时受流体(或同时含有固体粒子)的磨损和腐蚀作用引起的破坏。在高流速的冲击下,金属表面膜被破坏,破口处的金属因而加速腐蚀,暴露在高流速气体和液体中的设备,如管、三通、阀、鼓风机、离心机、叶轮、有搅拌的容器、换热器和排风道等,都能产生磨损腐蚀。
  防腐蚀方法 不同材料在不同环境中可能具有不同的耐蚀性能,对于特定环境,正确选用耐蚀性能较好并满足其他条件的材料,以得到合理的使用寿命,这是防止或减轻腐蚀的重要方法。其他防腐蚀方法有:
  选用隔离层 用一层薄的、耐蚀性强的贵重材料为隔离层,保护耐蚀性较低、强度高且价格低廉的底层材料(如钢铁)。在化工生产中广泛采用的保护隔离层有:橡胶衬里,塑料衬里,硅质砖和石墨砖衬里,不锈钢、镍、钛、银等金属衬里。此外,在大气、水等轻腐蚀环境中的材料,广泛采用有机或无机涂料作防护层。
  阴极保护 在被保护材料上通入一定的阴极电流,电位下降到局部阳极的开路电位时,局部的阳极腐蚀电流就完全被抵消,材料停止腐蚀。阴极保护广泛用于地下管道、其他地下金属设备、水槽、海水中设备和船等。它常和涂料联合采用,以减小输入的电流。
  阳极保护 对可钝化的金属(如铁或不锈钢)通入阳极电流,使其在特定环境中达到钝态,因而获得保护,如在硫酸、磷酸、碳酸氢铵液和氨水等生产设备上应用。
  控制腐蚀环境 消除和控制环境中引起腐蚀的因素,腐蚀就能停止。例如:锅炉给水采取去氧操作;在化工生产的冷却水中加缓蚀剂、酸、碱以调节pH,也用冷却或隔热的办法,防止温度过高或过低。

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更新时间 : 2009-04-12

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