冷却水中金属腐蚀的机理 工业冷却水系统中大多数的换热器是由碳钢制造的.docVIP

冷却水中金属腐蚀的机理 工业冷却水系统中大多数的换热器是由碳钢制造的。为此，我们以碳钢作为金属的代表， 讨论金属在水中腐蚀机理。 一、液滴试验 当用一滴含有铁锈指示剂（erroxy-indictor）（酚酞+高铁氰化钾）的氯化钾溶液滴在 一块已用砂纸打磨光亮的碳钢试片表面上时，如果氯化钾溶液中含有溶解氧，则可以看到，在淡 黄色液滴下面的碳钢表面上将出现许多蓝色的小点。 开始时， 这些蓝色小点的分布没有什么规则； 过了一段时间后，淡黄色的溶液逐渐变为桃红色，而蓝色沉淀则将集中在液滴的中部；随着时间 的推移，桃红色和蓝色逐渐加深；最后溶液仍保持桃红色，但液滴中部的蓝色沉淀则逐渐转变为 黄色沉淀。 在这一试验中，液滴中部的碳钢表面产生蓝色沉淀说明，在腐蚀过程中，水中的碳钢被氧 化成亚铁离子而发生了腐蚀； 而液滴四周的溶液变成桃红色说明了从空气中进入液滴内水中的氧 被还原生成了 OH 。 由此可见，在有溶解氧存在的中性水或中性水溶液中，金属腐蚀是一个氧化还原过程。在 这个过程中，金属（例如铁）发生氧化，氧则发生还原。但是这个氧化还原过程有一个特点：金 属的氧化反应发生在一处（阳极区），氧的还原反应则发生在另一处（阴极区）。因此，金属的 腐蚀是一个电化学过程。此时，阳极区、阴极区、水溶液三者构成了一个腐蚀电池。 二、冷却水中金属腐蚀的机理 由于种种原因，碳钢的金属表面并不是均匀的。当它与冷却水接触时，会形成许多微小的 腐蚀电池（微电池）。其中活泼的部位成为阳极，腐蚀学上把它称为阳极区；而不活泼的部位则 成为阴极，腐蚀学上把它称为阴极区。 在阳极区，碳钢氧化生成亚铁离子进入水中，并在碳钢的金属基体上留下两个电子。与此 同时，水中的溶解氧则在阴极区接受从阳极区流过来的两个电子，还原为 OH 。这电极反应可以 表示为 在阳极区 在阴极区 ↓ 当亚铁离子和氢氧根离子在水中相遇时，就会生成 e(OH)2 沉淀，如果水中的溶解氧比较充 足，则 e(OH)2 会进一步氧化，生成黄色的绣 eOOH 或 e2O3?H2O，而不是 e(OH)3。如果水中的 氧不充足，则 e(OH)2 进一步氧化为绿色的水合四氧化三铁或黑色的无水四氧化三铁。 由以上的金属腐蚀机理可知，造成金属腐蚀的是金属的阳极溶解反应。因此，金属的腐蚀 破坏仅出现在腐蚀电池的阳极区，而腐蚀电池的阴极区是不腐蚀的。 孤立的金属腐蚀时，在金属表面上同时以相等速度进行着一个阳极反应和一个阴极反应的 现象， 称为电极反应的耦合。 互相耦合的反应称为共轭反应， 而相应的腐蚀体系则称为共轭体系。 在共轭体系中，总的阳极反应速度与总的阴极反应速度相等。此时，阳极反应释放出的电子恰好 为阴极反应所消耗，金属表面没有电荷的积累，故其电极电位也不随时间而变化。金属腐蚀时的 电极电位称为腐蚀电位（corrosion potentil）。 从以上的讨论可以看到，在腐蚀控制中，只要控制腐蚀过程中的阳极反应和阴极反应两者 中的任意一个电极反应的速度， 则另一个电极反应的速度也会随之而受到控制， 从而使整个腐蚀 过程的速度受到控制。 - 第二节 冷却水中金属腐蚀的形态 pge78-82 一、均匀腐蚀 二、电偶腐蚀 三、缝隙腐蚀 四、孔蚀 五、选择性腐蚀 六、磨损腐蚀 七、应力腐蚀破裂 第三节 冷却水中金属腐蚀的影响因素 一、pH 值 冷却水的 pH 值对于金属腐蚀速度的影响往往取决于该金属的氧化物在水中的溶解度对 pH 值的依赖关系。因为金属的耐蚀性能与其表面上的氧化膜的性能密切相关。 如果该金属的氧化物溶于酸性水溶液而不溶于碱性水溶液例如镍、铁、镁等，则该金属在 低 pH 值时就腐蚀的快一些，而在高 pH 值是就腐蚀的慢一些。必须指出的是，将铁列入这一类金 属是有条件的，因为 pH 值很高时，铁要溶解而生成铁酸盐。 有些金属的氧化物既溶于酸性水溶液中，又溶于碱性水溶液中。这些氧化物被称为＊＊氧 化物，而这些金属则被称为＊＊金属，例如铝、锌、铅和锡。这些金属在中间的 pH 值范围内具 有最高的腐蚀稳定性。 二、阴离子 金属的腐蚀速度与水中阴离子的种类有密切关系。水中不同的阴离子在增加金属腐蚀速度 方面具有以下的顺序： 冷却水中的等活性离子能破坏碳钢、不锈钢和铝等金属或金属表面的钝化膜，增加其腐蚀 反应的阳极过程速度，引起金属的局部腐蚀。 水中的铬酸根、亚硝酸根、钼酸根、硅酸根和磷酸根等阴离子则对刚有缓蚀作用，其盐类 是一些常用的冷却水缓蚀剂。 三、络合剂 络合剂又称配体。冷却水中常遇到的络合剂有：NH3、CN 、EDT 和 TMP 等。他们能与水中 的金属离子生成可溶性的络离子，使水中金属离子的游离浓度降低，金属的电极电位降低，从而 使金属的腐蚀速度增加。 四、硬度 水中钙离子浓度和镁离子浓度之和称为水的硬度。钙、镁