材料设备的腐蚀.PPT

第二章 材料设备的腐蚀、防护与保温 第一节 材料设备的腐蚀及原理 一、 概述 （一）腐蚀——材料与它所处环境介质之间发生作用而引起材料的变质和破坏的现象称为腐蚀。  1）经济损失巨大。 根据各个国家统计情况，腐蚀造成的直接经济损失约占国民经济生产总值的3～5%。 2)资源和能源浪费严重。 据估计，全世界每年冶炼的金属中，约有1/3由于腐蚀而报废。 3)引发灾难性事故。 　如生产设备爆炸，油田起火，桥梁断裂，舰船沉没等。 4)造成环境污染。 　腐蚀造成生产过程中的“跑，冒，滴，漏”可能会使许多易燃，易爆，有毒，有害物质泄露，污染环境。 （三） 腐蚀与防护科学的发展 二、 腐蚀基本原理 （一） 金属的化学腐蚀 金属的化学腐蚀——金属与环境介质发生化学作用，生成金属化合物并使材料性能退化的现象。 特点：金属的氧化和环境介质的还原同时发生，它们之间的电子交换直接进行。范围广，包括干燥气体介质的腐蚀（氧化、硫化、卤化、氢蚀等）、液体介质（非电解质溶液、液态金属、低熔点氧化物）的腐蚀等。 1、金属氧化及其氧化膜 一定温度下，金属氧化反应的进行取决于金属氧化物的分解压与环境 中氧分压的相对大小。若金属氧化物的分解压低于空气中氧的分压 （0.022MPa)，该金属就可能在空气中氧化。 金属表面氧化形成的氧化膜阻隔了金属与介质间的物质传递，将减慢 金属继续氧化的速度。但金属氧化膜要对金属起到良好的保护作用，必须满足以下条件： 1）生成的金属膜必须致密、完整，能完全遮住金属表面。 2）金属氧化膜稳定、难熔、不挥发，不易与介质作用而被破坏。 3）氧化膜与基体结合良好，有相近的热胀系数，不会自行或受外界 作用而脱落。 4）氧化膜有足够的强度、塑性，足以经受一定的应力、应变的作用。 2、钢铁的气体腐蚀 腐蚀类型有高温氧化、脱碳、氢蚀等。 1）高温氧化 2）脱碳 在腐蚀过程中，与氧化皮层相连的内层将发生渗碳体减少的现象。原因是：渗碳体与介质中氧、氢、二氧化碳、水等作用的结果。 3）氢蚀 温度超过200～300℃，压力高于30.4MPa时，氢将对钢产生显著作用，使钢剧烈脆化，造成氢蚀。 钢的氢蚀包括可逆氢脆和氢蚀两个阶段 可逆氢脆阶段：氢被钢表面吸收，并以原子状态沿晶界向钢的内部扩散。降低了钢的韧性，使钢变脆。可逆性表现在：当钢材在200～300℃加热或常温下长时间静置，其韧性又可部分或全部恢复。 氢蚀阶段： 反应产物甲烷的积聚，在钢内部产生很大的内应力，使晶界产生裂纹，内部出现龟裂，表面出现许多鼓泡。这种作用大大降低了钢的强度和韧性，导致永久脆化。 措施：通过降低钢中的含碳量或加入合金元素形成稳定的碳化物，可提高钢的抗氢蚀能力。 3、防止钢铁气体腐蚀的方法 防止钢铁气体腐蚀主要有合金化、改善介质和应用保护性覆盖层三种方法。 1）合金化 元素Cr、Al、Si是改善钢铁材料抗氧化性能最有效的合金元素。与氧生成稳定、 结 构致密的有效保护层， 阻滞金属离子和阳离子的扩散，大幅度提高钢的抗氧化性。 2）改善介质 通过设法改善介质成分，可以减轻乃至消除某些特定环境条件下的腐蚀危害。如炼油 设备中，通过减少或清除介质中的含硫气体，可大大减轻设备的腐蚀程度，延长其使用 寿命。 3）应用保护性覆盖层 利用金属或非金属涂层将金属和气体介质隔离开来，是防止气体腐蚀的有效途径。 热扩散法——抗氧化合金元素的表面合金化。热喷涂、等离子喷涂  （二）金属的电化学腐蚀 （1）金属的电化学腐蚀及发生条件 金属的电化学腐蚀——金属在电解质介质中发生的腐蚀。 腐蚀原电池 电极电位的比较 工业上应用的金属或合金化学成分不一、组织结构不一、物理状 态不一、表面氧化膜不完整，引起金属表面电极电位不同，在电 解质溶液中形成腐蚀原电池。 电极电位 低 高 金属 非金属 铁素体 渗碳体 高应力区 低应力区 无保护膜区域 有保护膜区域 温度较高部位 温度较低部位