金属防护与腐蚀-防腐蚀技术教案课件.pptx

1、金属防护与腐蚀金属防护与腐蚀 防腐蚀技术防腐蚀技术最常用防护技术和措施最常用防护技术和措施(1)(1)合理选材；合理选材；(2)(2)合理防腐设计；合理防腐设计；(3)(3)电化学保护（阴极保护、阳极保护、牺牲阳极电化学保护（阴极保护、阳极保护、牺牲阳极保护）；保护）；(4)(4)介质环境处理；介质环境处理；(5)(5)缓蚀剂；缓蚀剂；(6)(6)表面处理；表面处理；(7)(7)表面涂覆和衬里。表面涂覆和衬里。第1页/共136页一、合理选材一、合理选材（1 1）实际环境、工况条件及可能的变化；）实际环境、工况条件及可能的变化；（2 2）材料结构、性能及可能的变化。）材料结构、性能及可能的变化。

2、合理选材合理选材正确设计正确设计精心施工精心施工选材依据：选材依据：维护管理维护管理耐久安全耐久安全选材重要一环选材重要一环第2页/共136页1实际介质实际介质/环境条件环境条件介质、浓度、杂质、电导、介质、浓度、杂质、电导、pH、腐蚀产物、温度、压力、流速等。、腐蚀产物、温度、压力、流速等。环境特殊腐蚀环境特殊腐蚀 设备工件热加工设备工件热加工,焊接可引起晶间腐蚀。焊接可引起晶间腐蚀。设备受力作用可能诱发应力腐蚀开裂。设备受力作用可能诱发应力腐蚀开裂。介质介质Cl是引起点腐蚀的主要因素。是引起点腐蚀的主要因素。设备机械连接设备机械连接,结垢可能产生电偶腐蚀和缝隙腐蚀。结垢可能产生电偶腐蚀和缝

3、隙腐蚀。设备反复运转则可能存在腐蚀疲劳危险性。设备反复运转则可能存在腐蚀疲劳危险性。第3页/共136页2.材料性能材料性能 材料本性材料本性 强度、塑性、冲击韧性、耐蚀性、加工性能、强度、塑性、冲击韧性、耐蚀性、加工性能、成本、经济效应等，成本、经济效应等，应综合考虑各项指标应综合考虑各项指标,最佳选择。最佳选择。选材一般步骤：选材一般步骤：（1）查阅有关资料查阅有关资料,手册手册,书籍书籍,数据库数据库,专家系统，专家系统，参考参考前人工作前人工作,数据和经验积累；数据和经验积累；（2）实地调查实地调查,科学分析科学分析,为选材提供第一手资料；为选材提供第一手资料；（3）必要的实验必要的实验

4、,当现有数据资料不足当现有数据资料不足,要设计实验要设计实验,如现如现场挂片试验、模拟生产实验、实验室挂片、各种方法的腐场挂片试验、模拟生产实验、实验室挂片、各种方法的腐蚀速率测量及各类局部腐蚀的评价。蚀速率测量及各类局部腐蚀的评价。第4页/共136页二、二、合理设计合理设计从腐蚀与防蚀原理出发从腐蚀与防蚀原理出发,合理设计至关重要。合理设计至关重要。结构设计结构设计机械加工机械加工工艺流程工艺流程防腐蚀设计防腐蚀设计第5页/共136页防腐蚀设计原则防腐蚀设计原则 (1)防电偶腐蚀防电偶腐蚀 选用同种金属或电偶序相近材料，当电选用同种金属或电偶序相近材料，当电位差大于位差大于50mV,连接处隔

5、离绝缘连接处隔离绝缘,注意避免大阴极和小阳极；注意避免大阴极和小阳极；(2)避免避免SCC 设备部件在改变形状尺寸时，设备部件在改变形状尺寸时，要有足够的要有足够的圆弧过渡。减小外压力集中圆弧过渡。减小外压力集中,减小工件残余应力减小工件残余应力,如焊接热处如焊接热处理理(如退火如退火,固溶处理固溶处理)；(3)避免缝隙避免缝隙 消除铆接消除铆接,改善法兰垫片改善法兰垫片,尽量完全封闭或尽量完全封闭或完全敞开。防止产物结垢沉淀；完全敞开。防止产物结垢沉淀；(4)避免局部高温避免局部高温 高温气体的入口管端；高温气体的入口管端；(5)避免浓差电池防止残留液或沉淀物腐蚀；避免浓差电池防止残留液或沉

6、淀物腐蚀；(6)避免强烈冲刷加料入口管端等；避免强烈冲刷加料入口管端等；(7)结构尽量简单结构尽量简单,便于施工、维修、处理便于施工、维修、处理第6页/共136页三、电化学保护三、电化学保护 电化学保护电化学保护 施加一定的外电势使金属的电位移向免蚀区或施加一定的外电势使金属的电位移向免蚀区或钝化区钝化区,大幅度降低腐蚀速度。大幅度降低腐蚀速度。电化学保护特点电化学保护特点 效果显著：可使金属设备几十年不腐蚀；效果显著：可使金属设备几十年不腐蚀；施工方便施工方便:工艺成熟、规范、标准；工艺成熟、规范、标准；效益显著：如海船表面涂装占造船费效益显著：如海船表面涂装占造船费5%,牺牲阳极只占牺牲阳

7、极只占 1%费用。费用。采油平台成本采油平台成本1亿亿,只能使用五年；投资只能使用五年；投资100万元阴极保万元阴极保护护,采油平台可延长采油平台可延长20年寿命。年寿命。第7页/共136页电化学保电化学保护护阳极保护阳极保护表面形成稳定钝化表面形成稳定钝化膜，膜，使金属免遭腐蚀。使金属免遭腐蚀。阴极保护阴极保护 提供阴提供阴极极化极极化,改变金属表改变金属表面电子能级结构。面电子能级结构。牺牲阳极牺牲阳极外加电流外加电流第8页/共136页1.阴极保护阴极保护（1）阴极保护原理）阴极保护原理金属金属电解质溶解腐蚀体系受到阴极极化时，电位负移，反电解质溶解腐蚀体系受到阴极极化时，电位负移，反应速

8、度减小，因而金属腐蚀速度减小，称为阴极保护效应。应速度减小，因而金属腐蚀速度减小，称为阴极保护效应。利用阴极保护效应减轻金属设备腐蚀的防护方法叫做阴极保利用阴极保护效应减轻金属设备腐蚀的防护方法叫做阴极保护护。电源电源+-I第9页/共136页pH-电位图电位图(a)提高环境介质提高环境介质pH(b)金属电位正移使之金属电位正移使之进入钝化区。进入钝化区。(c)金属电位负移使之金属电位负移使之进入免蚀区。进入免蚀区。阴极保护原理。阴极保护原理。第10页/共136页极化曲线极化曲线 当电位当电位Ecorr 1时时,阳极电流阳极电流为为Ia,Ia Icorr。当外加电流为当外加电流为Ik，完全保护电

9、，完全保护电流流Ip(腐蚀电流腐蚀电流Ia=0)电位极化到电位极化到 a,腐蚀电池阳极腐蚀电池阳极平衡电位，金属完全受保护。平衡电位，金属完全受保护。外加电流1外加电流2第11页/共136页阳极区阴极区腐蚀金属阴阴极极阳阳极极IcorIaIcIcor=Ia=/Ic/腐蚀电池第12页/共136页外加电流阴极保护示意图电流关系电流关系:/Ic/I-/+Ia外加电流阴极保护I直流电源辅助阳极阴阴极极阳阳极极辅助阳极IIcIaIaI-第13页/共136页%10001%10000VVVVV第14页/共136页第15页/共136页保护电位选定原则保护电位选定原则 达到一定的保护效果达到一定的保护效果保护度

10、保护度=(保护前腐蚀速度保护后腐蚀速度保护前腐蚀速度保护后腐蚀速度)/保护后腐蚀速度保护后腐蚀速度 x 100%耗电不能太大；耗电不能太大；避免析避免析H2，防止涂层阴极极化脱落；，防止涂层阴极极化脱落；防止过保护防止过保护,破坏钝化膜。破坏钝化膜。不能太复杂不能太复杂,避免引起屏蔽避免引起屏蔽,保护不完全。保护不完全。第16页/共136页（3）应用范围）应用范围 阴极保护应用范围非常广泛，如地下管线、电缆、舰船、平阴极保护应用范围非常广泛，如地下管线、电缆、舰船、平台、水闸、码头、桥梁、城市地下区域、石油化工中冷却设备、台、水闸、码头、桥梁、城市地下区域、石油化工中冷却设备、贮油罐、结晶槽、

11、反应器、蒸发器等。贮油罐、结晶槽、反应器、蒸发器等。第17页/共136页第18页/共136页（4）外加电流阴极保护工程设计）外加电流阴极保护工程设计 阳极材料阳极材料 耐蚀耐蚀,良电导良电导,机械性能好机械性能好,易加工易加工,成本低成本低(如碳如碳钢钢,石墨石墨,高硅铸铁高硅铸铁,Pb/Ag合金合金,镀铂钛镀铂钛,钯等钯等)。电流分布及阳极布置增加阳极数目电流分布及阳极布置增加阳极数目,合理布置阳极合理布置阳极,增大阴增大阴阳极之间的距离阳极之间的距离,采用涂料阴极保护联合防腐采用涂料阴极保护联合防腐,在阳极附近涂在阳极附近涂衬耐蚀绝缘层，使电流分布均匀，改善电流分散能力。衬耐蚀绝缘层，使电

12、流分布均匀，改善电流分散能力。阳极实际计算：阳极实际计算：I=i A G=K ga I G 阳极重量，阳极重量，ga阳极消耗率阳极消耗率(查表查表)，A阳极表面积，阳极表面积，工作年限，工作年限，I保护电流，保护电流，K校正系数（一般取校正系数（一般取 K=1.5）第19页/共136页 阳极安装注意密封阳极安装注意密封,绝缘绝缘,接触良好接触良好,防止短路。防止短路。直流电源恒电位仪直流电源恒电位仪（负反馈工作原理）或整流器。（负反馈工作原理）或整流器。参比电极用于控制参比电极用于控制/测量测量,要求电位稳定要求电位稳定,耐蚀耐蚀,长寿命长寿命,便宜便宜,易制易制,使用方便等。甘汞使用方便等。

13、甘汞(中性中性)、CuSO4(土壤土壤)、AgCl(含含Cl)、氧化汞、氧化汞(碱性碱性)、不锈钢、铸铁、铅、不锈钢、铸铁、铅/锑合锑合金金 维护与管理维护与管理 计算机监控管理计算机监控管理注意要点注意要点第20页/共136页2.牺牲阳极保护法牺牲阳极保护法(1)牺牲阳极原理牺牲阳极原理本质本质 阴极保护阴极保护,通过牺牲阳极的溶解通过牺牲阳极的溶解,使金属设备获得阴极使金属设备获得阴极电流电流,发生阴极极化受到保护。发生阴极极化受到保护。特点特点 不需电源不需电源,干扰少干扰少,免维护，设备简单免维护，设备简单,分散能力好分散能力好,但但成本较高，成本较高，化工介质腐蚀性强化工介质腐蚀性强

14、,牺牲阳极消耗量大牺牲阳极消耗量大,少用。少用。第21页/共136页外加电流保护法.箭头表示电流方向.牺牲阳极保护法.+-直流电源辅助阳极腐蚀介质被保护设备埋地管道牺牲阳极地面接线盒第22页/共136页(2)阳极材料阳极材料 牺牲阳极材料要求牺牲阳极材料要求 电位足够负、电位稳定、极化小、不电位足够负、电位稳定、极化小、不钝化、溶解均匀、单位重量排出电量大、电流效率高、成本钝化、溶解均匀、单位重量排出电量大、电流效率高、成本低、无污染、加工方便等。低、无污染、加工方便等。锌与锌合金锌与锌合金 电位电位/-1.12V,电量电流效率电量电流效率/75%，电位不够，电位不够负负(海水和少量土壤海水和

15、少量土壤)铝合金电位铝合金电位/-1.2V,电量电流效率电量电流效率/65%，重量轻、电量大、，重量轻、电量大、电位负、资源丰富、价格便宜电位负、资源丰富、价格便宜 (海水海水)。镁合金电位镁合金电位/-1.6V,电量电流效率电量电流效率/45%，电位太负、电流，电位太负、电流效率低、损耗大效率低、损耗大(土壤和淡水土壤和淡水)。（3）阳极安装阳极安装 牺牲阳极安装牺牲阳极安装 阳极与设备良好绝缘；涂绝缘屏蔽层，改善阳极与设备良好绝缘；涂绝缘屏蔽层，改善分散能力，阳极接触介质需良导电体。分散能力，阳极接触介质需良导电体。第23页/共136页第24页/共136页第25页/共136页第26页/共1

16、36页pH-电位图电位图 当电位正当电位正移，金 属 表 面 形 成移，金 属 表 面 形 成Fe2O3(钝化膜钝化膜),溶解速率溶解速率下降下降,金属获得保护。金属获得保护。第27页/共136页第28页/共136页极化曲线极化曲线 电位达到电位达到一定区域一定区域,阳极电流下阳极电流下降降,保持稳定钝态保持稳定钝态,金属金属受到保护。受到保护。第29页/共136页第30页/共136页第31页/共136页辅助阳极材料的性能辅助阳极材料的性能阳极材料阳极材料使用环境使用环境容许电流密容许电流密度度(A/dm)消耗率消耗率Kg/Ay碳钢碳钢铸铁铸铁铝铝硅铸铁硅铸铁硅铸铁硅铸铁石墨石墨石墨石墨磁性氧

17、化铁磁性氧化铁磁性氧化铁磁性氧化铁铅银合金铅银合金镀铂钛镀铂钛镀铂钛镀铂钛水中、土中水中、土中水中、土中水中、土中淡水淡水海水海水淡水、土中淡水、土中海水海水淡水淡水海水海水土中土中海水海水海水、淡水海水、淡水土中土中 0.1 0.5 0.1 0.1 0.025 4.0 0.1 0.33 10 4 9 292.440.310.050.2 0.16 0.04 约约 0.1 约约 0.1 0.030.0000060.000006第32页/共136页第33页/共136页阴极保护中电流遮蔽作用的例阴极保护中电流遮蔽作用的例(b)管束间实施保护-+(a)对管内壁保护有突出部分结构-+第34页/共136页

18、辅助电极安装的基本要求是：辅助电极安装的基本要求是：牢固：不能因机械振动，流体冲击等原因而损坏或脱落。牢固：不能因机械振动，流体冲击等原因而损坏或脱落。绝缘：辅助电极与被保护设备之间要严格绝缘，不能造绝缘：辅助电极与被保护设备之间要严格绝缘，不能造成短路。成短路。导电：辅助电极与连接导线之间要导电良好，不能形成导电：辅助电极与连接导线之间要导电良好，不能形成大的电阻。大的电阻。密封：对于密封设备，辅助电极或导线穿出设备的部位密封：对于密封设备，辅助电极或导线穿出设备的部位要按密封和绝缘的要求设计。要按密封和绝缘的要求设计。第35页/共136页第36页/共136页第37页/共136页阳极保护阳极

19、保护阴极保护阴极保护相相同同只能用于电解质溶液的连续液相部分；所需极化电流必须符合经济要求；设只能用于电解质溶液的连续液相部分；所需极化电流必须符合经济要求；设备结构不能太复杂。备结构不能太复杂。不不同同1、本质上的差别：阳极极化时金属、本质上的差别：阳极极化时金属腐蚀倾向增大，才只适用于能阳极腐蚀倾向增大，才只适用于能阳极钝化的体系。钝化的体系。1、阴极极化时：金属腐蚀倾向减小，、阴极极化时：金属腐蚀倾向减小，到达稳定区则金属不会腐蚀，故原理上到达稳定区则金属不会腐蚀，故原理上适用于一切腐蚀体系。适用于一切腐蚀体系。2、钝化前要经过电解腐蚀阶段维钝、钝化前要经过电解腐蚀阶段维钝电流密度对应于

20、保护下的腐蚀速度电流密度对应于保护下的腐蚀速度2、不会产生电解腐蚀，保护电流和设、不会产生电解腐蚀，保护电流和设备腐蚀速度没有直接关系。备腐蚀速度没有直接关系。3、控制电位要求高、控制电位要求高3、控制电位要求低、控制电位要求低4、致钝电流大，而维钝电流小，投、致钝电流大，而维钝电流小，投资费用高，日常操作费用低。资费用高，日常操作费用低。4、极化电流变化不大，投资费用较低，、极化电流变化不大，投资费用较低，而日常操作费用较阳极保护高。而日常操作费用较阳极保护高。5、强氧化性介质中保护效果好、强氧化性介质中保护效果好5、多用于弱和中等程度腐蚀环境，、多用于弱和中等程度腐蚀环境，（特别是氧扩散控

21、制体系）（特别是氧扩散控制体系）6、设备不会造成氢损害、设备不会造成氢损害6、析氢可能造成设备材料的鼓泡或脆、析氢可能造成设备材料的鼓泡或脆性，对加压和高强材料危险。性，对加压和高强材料危险。77、可能造成两性金属腐蚀增加，加速、可能造成两性金属腐蚀增加，加速涂料破坏，有利涂料破坏，有利Ca+.Mg+沉积沉积第38页/共136页四、介质处理四、介质处理 去除介质中有害成分去除介质中有害成分,如如O2,Cl;H+,SO2,H2O 等等 调节调节 pH;去水份去水份;干燥环境等；干燥环境等；工业生产复杂工业生产复杂,工艺流程各种各样，工艺流程各种各样，需具体分析需具体分析,考虑防考虑防护可能性及有

22、效措施。护可能性及有效措施。第39页/共136页氧氧 重要氧化剂重要氧化剂(去极化剂去极化剂),普遍存在；使大多数金属发生普遍存在；使大多数金属发生腐蚀。去除介质中腐蚀。去除介质中O2，常用方法有：，常用方法有：加热除氧水温达沸点，水中所有氧和其它气体均被赶出加热除氧水温达沸点，水中所有氧和其它气体均被赶出,有有效除氧方法。效除氧方法。化学除氧联氨化学除氧联氨(H2N4)可迅速与溶解氧发生反应：可迅速与溶解氧发生反应：H2N4+O2 N2+2H2O 达到除氧目的。达到除氧目的。Na2SO3也可与溶解氧发生反应：也可与溶解氧发生反应：2Na2SO3+O2 2Na2SO4 但体系中可能使但体系中可

23、能使 Na2SO4增加，有不利的影响。增加，有不利的影响。第40页/共136页Cl 腐蚀活性物质，腐蚀活性物质，Cl去除对于腐蚀防护十分重要。常用去除对于腐蚀防护十分重要。常用除除Cl方法有：控制原料中方法有：控制原料中Cl含量；化学法沉淀法、离子含量；化学法沉淀法、离子交换法等。交换法等。pH 提高介质提高介质 pH值值(工艺允许工艺允许),可降低腐蚀速度。如无机可降低腐蚀速度。如无机氨的处理：氨的处理：NH3+H2O NH4OH NH4OH+H2CO3 NH4HCO3+H2OpH可调至可调至8.59.2，但对铜不能用（，但对铜不能用（SCC）也可用有机胺处理，但药品价格较贵。也可用有机胺处

24、理，但药品价格较贵。第41页/共136页合成氨半水煤气合成氨半水煤气 腐蚀性大为减轻腐蚀性大为减轻化工气体水分化工气体水分 降低腐蚀性降低腐蚀性湿湿Cl2腐蚀性强腐蚀性强(HCl,HClO,O)干燥干燥Cl2腐蚀轻微腐蚀轻微干燥干燥除湿除湿浓浓H2SO4吸收吸收H2O 降低环境中降低环境中H2O成份成份,可有效减缓腐蚀。常用方法有：可有效减缓腐蚀。常用方法有：化学干燥法干燥剂吸收水分化学干燥法干燥剂吸收水分(如硅胶如硅胶,活性氧化铝活性氧化铝,生石灰生石灰,CaCl2等等)；冷凝法冷却使冷凝法冷却使H2O冷凝冷凝,吸收去除；吸收去除；提高温度防止冷凝附在金属表面或加热去除水汽。提高温度防止冷凝

25、附在金属表面或加热去除水汽。第42页/共136页综合处理综合处理如原油中含如原油中含 HClH2SH2O对炼油设备腐蚀破坏严重。对炼油设备腐蚀破坏严重。炼油厂采用炼油厂采用“一脱四注一脱四注”处理，可有效解决常压系统的处理，可有效解决常压系统的腐蚀问题。腐蚀问题。脱盐去除原油中腐蚀性盐类脱盐去除原油中腐蚀性盐类注碱减少注碱减少HCl腐蚀腐蚀注氨使注氨使HCl进一步下降：进一步下降：NH3+HCl NH4Cl注缓蚀剂防止注缓蚀剂防止NH4Cl沉淀引起局部腐蚀沉淀引起局部腐蚀注水注水(碱性水碱性水)冲稀冲稀HCl,中和中和,减轻对空冷器腐蚀破坏。减轻对空冷器腐蚀破坏。第43页/共136页缓蚀剂定义

26、缓蚀剂定义具有抑制金属腐蚀功能的无机或有机物质具有抑制金属腐蚀功能的无机或有机物质(复合物质复合物质)总称总称,少量少量缓蚀剂可有效阻止或减缓金属腐蚀。缓蚀剂可有效阻止或减缓金属腐蚀。五、缓蚀剂五、缓蚀剂 缓蚀剂特点缓蚀剂特点 使用方便使用方便,投量少投量少,见效快见效快,成本低，选择性强成本低，选择性强,有临界浓度值，有临界浓度值，一般只用于循环系统一般只用于循环系统,以免缓蚀剂流失以免缓蚀剂流失;应考虑缓蚀剂对产品应考虑缓蚀剂对产品质量和生产过程有无不良影响。质量和生产过程有无不良影响。第44页/共136页缓蚀效果与金属材料性质缓蚀效果与金属材料性质,介质介质,温度温度,流动状态等多种因素

27、流动状态等多种因素有关，有关，缓蚀效率定义：缓蚀效率定义：I=(VOV)/VO100%=(1V/VO)100%VO 未加缓蚀剂时腐蚀速度，未加缓蚀剂时腐蚀速度，V 加缓蚀剂后腐蚀速度加缓蚀剂后腐蚀速度第45页/共136页1缓蚀剂分类缓蚀剂分类（1）按作用机理：）按作用机理：(a)Ecorr正移，正移，Icorr 下降下降 (b)Ecorr 负移，负移，Icorr 下降下降 (c)Ecorr 不变，不变，Icorr 下降下降作用机理：作用机理：(a)阳极型阳极极化率增加阳极型阳极极化率增加;(b)阴极型阴极极化率增加阴极型阴极极化率增加;(c)混合型抑制阴阳极过程混合型抑制阴阳极过程 Icor

28、Icor I阴极型缓蚀剂 EcorEcor阴极极率Pc增大E Icor Icor I阳极型缓蚀剂 阳极极化率 Pa增大EcorEcorE Icor Icor I混合极型缓蚀剂 阴极极化率 Pc阳极极化率Pa都增大EcorEcorE第46页/共136页阳极型缓蚀剂（中性介质用）阳极型缓蚀剂（中性介质用）铬酸盐、亚硝酸盐、正磷酸盐、硅酸盐、苯甲酸盐等。铬酸盐、亚硝酸盐、正磷酸盐、硅酸盐、苯甲酸盐等。通过覆盖阳极面积而抑制腐蚀，属通过覆盖阳极面积而抑制腐蚀，属“危险性危险性”缓蚀缓蚀剂。剂。混合型缓蚀剂混合型缓蚀剂 含氮胺类、亚硝酸盐，含硫硫醇、硫醚、环状硫化物，含氮胺类、亚硝酸盐，含硫硫醇、硫醚、

29、环状硫化物，含硫、氮硫脲及衍生物等。含硫、氮硫脲及衍生物等。可同时抑制腐蚀的阴极过程和阳极过程。可同时抑制腐蚀的阴极过程和阳极过程。阴极型缓蚀剂阴极型缓蚀剂 酸式碳酸钙、聚磷酸盐、硫酸盐、砷、锑等。酸式碳酸钙、聚磷酸盐、硫酸盐、砷、锑等。形成沉淀膜，抑制阴极过程，属形成沉淀膜，抑制阴极过程，属“安全缓蚀剂安全缓蚀剂”。第47页/共136页（2）按保护膜特征分类按保护膜特征分类按缓蚀剂在保护过程保护膜性质，有三类成膜型缓蚀剂：按缓蚀剂在保护过程保护膜性质，有三类成膜型缓蚀剂：氧化膜型缓蚀剂氧化膜型缓蚀剂(钝化剂钝化剂),如铬酸盐使表面形成致密、附着如铬酸盐使表面形成致密、附着力强的氧化膜力强的氧

30、化膜,用量不足会加速腐蚀；用量不足会加速腐蚀；吸附膜型缓蚀剂，有物理吸附型如胺类吸附膜型缓蚀剂，有物理吸附型如胺类,硫醇硫醇,硫脲通过硫脲通过物理吸附而缓蚀，物理吸附而缓蚀，化学吸附型如吡啶衍生物化学吸附型如吡啶衍生物,苯胺衍生物苯胺衍生物,环环状亚胺等。状亚胺等。沉淀膜型缓蚀剂沉淀膜型缓蚀剂,如聚邻酸钠与有关离子形成防蚀性的沉淀膜如聚邻酸钠与有关离子形成防蚀性的沉淀膜,膜可能较厚。膜可能较厚。第48页/共136页缓蚀剂类型缓蚀剂类型保护膜示意图保护膜示意图膜的保护性能膜的保护性能氧化膜型氧化膜型薄而至密，与金属结合牢固，保护效薄而至密，与金属结合牢固，保护效果好果好沉淀膜型沉淀膜型厚而多钆，

31、与金属结合较差，保护效厚而多钆，与金属结合较差，保护效果不好，可能造成结据问题果不好，可能造成结据问题吸附膜型吸附膜型在酸性介质中保护效果好，要求金属在酸性介质中保护效果好，要求金属表面洁净表面洁净第49页/共136页（3）其它分类其它分类用途分类用途分类 冷却水缓蚀剂、油溶性缓蚀剂、油气井缓蚀剂、冷却水缓蚀剂、油溶性缓蚀剂、油气井缓蚀剂、酸洗缓蚀剂、石油化工工艺缓蚀剂、气相缓蚀剂、锅炉缓蚀剂酸洗缓蚀剂、石油化工工艺缓蚀剂、气相缓蚀剂、锅炉缓蚀剂等；等；化学组成分类化学组成分类 无机缓蚀剂、有机缓蚀剂；无机缓蚀剂、有机缓蚀剂；相态分类相态分类 气相缓蚀剂、液相缓蚀剂、固相缓蚀剂；气相缓蚀剂、液

32、相缓蚀剂、固相缓蚀剂；金属分类金属分类 钢铁缓蚀剂、铜合金、铝合金等；钢铁缓蚀剂、铜合金、铝合金等；溶解性分类溶解性分类 水溶性缓蚀剂、油溶性缓蚀剂；水溶性缓蚀剂、油溶性缓蚀剂；酸碱性分类酸碱性分类 酸性缓蚀剂、中性缓蚀剂及碱性缓蚀剂等。酸性缓蚀剂、中性缓蚀剂及碱性缓蚀剂等。第50页/共136页2缓蚀作用机理缓蚀作用机理 缓蚀作用机理至今还没有公认的一致见解，缓蚀作用机理至今还没有公认的一致见解，缓蚀缓蚀作用过程十分复杂，缓蚀剂及体系繁多，不同体系的缓蚀作用过程十分复杂，缓蚀剂及体系繁多，不同体系的缓蚀作用机理不尽相同。作用机理不尽相同。综观各种观点：综观各种观点：吸附理论，即表面吸附吸附理论

33、，即表面吸附(活性点活性点)成膜理论，即表面成相膜成膜理论，即表面成相膜(钝化膜钝化膜)电化学理论，即电化学过程受到阻滞等电化学理论，即电化学过程受到阻滞等 相互联系、补充相互联系、补充,具体分析。具体分析。第51页/共136页（1）氧化膜型缓蚀剂作用机理）氧化膜型缓蚀剂作用机理以缓蚀剂本身或以介质中的溶解氧作氧化剂，在金属表面形以缓蚀剂本身或以介质中的溶解氧作氧化剂，在金属表面形成钝态氧化膜，减缓腐蚀。可分阳极抑制型缓蚀机理和阴极成钝态氧化膜，减缓腐蚀。可分阳极抑制型缓蚀机理和阴极去极化型缓蚀机理两种：去极化型缓蚀机理两种：阳极抑制型缓蚀机理阳极抑制型缓蚀机理 通过阻止阳极区金属离子进入溶液

34、，减缓金属腐蚀，阳极型通过阻止阳极区金属离子进入溶液，减缓金属腐蚀，阳极型缓蚀剂又称为钝化剂。如缓蚀剂又称为钝化剂。如CrO42-、K2Cr2O7等在表面形成保护等在表面形成保护膜膜,使阳极区覆盖。其临界浓度一般为使阳极区覆盖。其临界浓度一般为103105mol/1。阴极去极化型缓蚀剂阴极去极化型缓蚀剂 促进阴极过程促进阴极过程,使金属钝化使金属钝化,阳极行为不变。阳极行为不变。第52页/共136页（a)阳极抑制型缓蚀机理阳极抑制型缓蚀机理 表面生成钝化膜，阻止阳极表面生成钝化膜，阻止阳极区金属溶解，减缓腐蚀，缓区金属溶解，减缓腐蚀，缓蚀剂又称为钝化剂。蚀剂又称为钝化剂。抑制阳极过程抑制阳极过

35、程/金属钝化金属钝化,阴阴极行为不变。极行为不变。无缓蚀剂无缓蚀剂加缓蚀剂加缓蚀剂第53页/共136页（b）阴极去极化型缓）阴极去极化型缓蚀机理蚀机理 促进阴极过程，使金促进阴极过程，使金属进入钝化状态。属进入钝化状态。阳极行为不变。阳极行为不变。在中性含氧水溶液中，在中性含氧水溶液中，亚硝酸盐，铬酸盐、钼亚硝酸盐，铬酸盐、钼酸盐等抑制铁的腐蚀，酸盐等抑制铁的腐蚀，属阴极去极化型缓蚀剂。属阴极去极化型缓蚀剂。足量缓蚀剂足量缓蚀剂 无缓蚀剂无缓蚀剂 不足缓蚀剂不足缓蚀剂 第54页/共136页（2）沉淀膜型缓蚀机理）沉淀膜型缓蚀机理在金属表面形成防护型沉淀膜，在金属表面形成防护型沉淀膜，沉淀膜可由

36、缓蚀剂相互作用沉淀膜可由缓蚀剂相互作用而形成，或由缓蚀剂与介质中金属离子反应生成。而形成，或由缓蚀剂与介质中金属离子反应生成。沉淀膜比氧化膜厚，沉淀膜一般厚沉淀膜比氧化膜厚，沉淀膜一般厚1001000埃埃,致密致密,附着附着力较差力较差,投入量较多投入量较多101-103mol/l。通过形成沉淀膜使金属和介质隔离，从而抑制腐蚀过程，可通过形成沉淀膜使金属和介质隔离，从而抑制腐蚀过程，可分为两种：分为两种：阴极抑制型阴极抑制型混合抑制型混合抑制型第55页/共136页（a）阴极抑制型缓蚀）阴极抑制型缓蚀沉淀膜型缓蚀剂，覆盖阴极表面沉淀膜型缓蚀剂，覆盖阴极表面,阻碍阻碍O2扩散或扩散或H放电，属安全

37、型缓蚀剂。放电，属安全型缓蚀剂。硫酸锌、碳酸氢钙、聚磷酸盐等为阴极抑制沉淀膜型缓蚀剂。硫酸锌、碳酸氢钙、聚磷酸盐等为阴极抑制沉淀膜型缓蚀剂。如缓蚀剂与腐蚀时阴极产物生成的碱反应：如缓蚀剂与腐蚀时阴极产物生成的碱反应：O2+2H2O+4e 4OH （阴极反应）（阴极反应）Zn2+2OH Zn(OH)2 （沉淀反应）（沉淀反应）第56页/共136页特点：特点：阳离子向阴极表面迁移阳离子向阴极表面迁移,发生相应沉淀反应，发挥缓蚀作用。发生相应沉淀反应，发挥缓蚀作用。缓蚀剂与水溶液中某些阳离子作用缓蚀剂与水溶液中某些阳离子作用,如聚磷酸盐与水溶液中如聚磷酸盐与水溶液中Ca2+离子反应生成络离子离子反应

38、生成络离子(Na2CaP8O18)nn+大胶体阳离子在阴极区放电而形成较厚实的覆盖层。大胶体阳离子在阴极区放电而形成较厚实的覆盖层。砷、锑离子放电砷、锑离子放电,形成金属元素，可使氢过电位增加形成金属元素，可使氢过电位增加,而使阴而使阴极过程受到抑制。极过程受到抑制。第57页/共136页（b）混合抑制型缓蚀剂）混合抑制型缓蚀剂 主要是有机化合物与金属离子作用形成保护性沉淀膜。沉主要是有机化合物与金属离子作用形成保护性沉淀膜。沉淀膜对阴、阳极均有抑制作用。淀膜对阴、阳极均有抑制作用。NOH+Al 3+()3 Al+3H+OHN8-羟基喹羟基喹啉啉第58页/共136页（3）吸附膜型缓蚀剂作用机理）

39、吸附膜型缓蚀剂作用机理有机缓蚀剂有机缓蚀剂 吸附膜型缓蚀剂，缓蚀剂极性基团发生的物吸附膜型缓蚀剂，缓蚀剂极性基团发生的物理吸附或化学吸附。理吸附或化学吸附。改变金属表面电荷状态改变金属表面电荷状态,界面性质界面性质,表面能量状态表面能量状态,腐蚀反腐蚀反应活化能增应活化能增,使腐蚀减缓。使腐蚀减缓。吸附型缓蚀剂使金属表面腐蚀活性点受吸附阻化，吸附型缓蚀剂使金属表面腐蚀活性点受吸附阻化，腐蚀活性点腐蚀活性点 腐蚀非活性点。腐蚀非活性点。缓蚀剂的非极性基团在金属表面形成疏水保护膜，极性缓蚀剂的非极性基团在金属表面形成疏水保护膜，极性基团的定向吸附排列，基团的定向吸附排列，阻挡与腐蚀有关的电荷或物质

40、转移，阻挡与腐蚀有关的电荷或物质转移，使腐蚀速度降低。使腐蚀速度降低。第59页/共136页物理吸附物理吸附 带电荷缓蚀剂与金属表面电荷静电作用或范带电荷缓蚀剂与金属表面电荷静电作用或范德华作用德华作用,吸附快速、可逆、吸附不强。吸附快速、可逆、吸附不强。物理吸附的关键物理吸附的关键 金属表面电荷与缓蚀剂电荷合理搭配金属表面电荷与缓蚀剂电荷合理搭配,使缓蚀率提高。金属表面电荷（偏离零电荷电位值）受使缓蚀率提高。金属表面电荷（偏离零电荷电位值）受阴离子、阳离子吸附阴离子、阳离子吸附,受外加电位影响；缓蚀剂电荷阴、受外加电位影响；缓蚀剂电荷阴、阳缓蚀剂离子，缓蚀剂在介质中受极化阳缓蚀剂离子，缓蚀剂在

41、介质中受极化,反应而带不同电荷。反应而带不同电荷。+-M+R+R+N第60页/共136页化学吸附化学吸附中性缓蚀剂分子与金属形成化学键中性缓蚀剂分子与金属形成化学键,吸附强吸附强,不可逆不可逆,吸附速度较慢。缓蚀剂分子极性基团中心元素的吸附速度较慢。缓蚀剂分子极性基团中心元素的未共用电子对和金属形成配价键未共用电子对和金属形成配价键 特点特点 选择性显著、选择性显著、单分子层、单分子层、缓蚀效果好、缓蚀效果好、用用量少、量少、吸附后自由度小吸附后自由度小。N RFeHH第61页/共136页 3.缓蚀作用影响因素缓蚀作用影响因素浓度影响：大多缓蚀剂的缓蚀效率随浓度增而增浓度影响：大多缓蚀剂的缓蚀

42、效率随浓度增而增;有的缓蚀剂有的缓蚀剂缓蚀效率与浓度关系有极值；有的缓蚀剂用量不足缓蚀效率与浓度关系有极值；有的缓蚀剂用量不足,反而促进反而促进腐蚀腐蚀,如亚销酸钠、铬酸盐等。如亚销酸钠、铬酸盐等。腐腐蚀蚀率率浓度浓度浓度浓度浓度浓度腐腐蚀蚀率率腐腐蚀蚀率率Fe/H2SO4Fe/HClFe/HCl若丁若丁硫化二乙二硫化二乙二醇醇Cr/Zn复合盐复合盐协同效应协同效应第62页/共136页4缓蚀剂选用原则缓蚀剂选用原则 保护对象保护对象不同金属材料选用不同缓蚀剂。不同金属材料选用不同缓蚀剂。中性溶液中性溶液,O2阴极还原为腐蚀的控制过程，阴极还原为腐蚀的控制过程，选用氧化型或沉淀型缓蚀剂选用氧化型

43、或沉淀型缓蚀剂;酸性溶液酸性溶液,H+阴极还原为腐蚀的控制过程，阴极还原为腐蚀的控制过程，选用吸附性缓蚀剂选用吸附性缓蚀剂;碱性溶液碱性溶液,易发生沉淀，易发生沉淀，选用螯合剂选用螯合剂,如硅酸盐等沉淀型缓蚀剂如硅酸盐等沉淀型缓蚀剂;石油介质环境石油介质环境,油水共存，油水共存，选用水溶性选用水溶性/油溶性吸附型缓蚀剂油溶性吸附型缓蚀剂;大气环境大气环境，选用挥发性缓蚀剂选用挥发性缓蚀剂,如苯并三唑（如苯并三唑（BAT）等。）等。腐蚀环境腐蚀环境第63页/共136页 经济效益经济效益设备的保护价值设备的保护价值缓蚀剂消耗费用缓蚀剂消耗费用适宜用于循环体系，缓蚀剂合理用量和投资适宜用于循环体系，

44、缓蚀剂合理用量和投资 环境保护环境保护 缓蚀剂应毒性小、无污染、不影响产品质量，缓蚀剂应毒性小、无污染、不影响产品质量，还要防止细菌繁殖。还要防止细菌繁殖。第64页/共136页第65页/共136页保护性覆盖层基本要求：保护性覆盖层基本要求：(1)覆盖层本身耐蚀、化学稳定覆盖层本身耐蚀、化学稳定,结合牢固结合牢固,附着力好附着力好;(2)覆盖层致密覆盖层致密,孔隙率小孔隙率小;(3)覆盖层良好物理机械性能覆盖层良好物理机械性能(硬度、耐磨性硬度、耐磨性);(4)一定厚度和均匀性。一定厚度和均匀性。第66页/共136页第67页/共136页 阳极氧化阳极氧化 化化 学学 化学氧化化学氧化 转化膜转化

45、膜 磷酸盐处理磷酸盐处理,草酸盐处理草酸盐处理,铬酸盐处理铬酸盐处理 油漆涂料油漆涂料 塑料涂覆塑料涂覆 非金属非金属 搪瓷搪瓷 覆盖层覆盖层 钢衬玻璃钢衬玻璃 非金属材料衬里非金属材料衬里 暂时性防锈层暂时性防锈层第68页/共136页表面处理表面处理 表面氧化、磷化、发黑、发兰等化学处理，使表面形成表面氧化、磷化、发黑、发兰等化学处理，使表面形成稳定氧化膜层。经电化学钝化处理，使表面生成转化膜层。稳定氧化膜层。经电化学钝化处理，使表面生成转化膜层。物理气相沉积物理气相沉积(PVD),化学气相沉积化学气相沉积(CVD),金属有金属有机化合物化学气相沉积机化合物化学气相沉积(MOCVD),等离子

46、体辅助等离子体辅助(PCVD),激光化学气相沉积激光化学气相沉积(LCVD).激光束、电子束、离子束等物理处理，使表面合金化层激光束、电子束、离子束等物理处理，使表面合金化层/离子注入离子注入,防护表面处理，对材料改性优化，只改变表面防护表面处理，对材料改性优化，只改变表面性质性质(耐蚀耐蚀,耐磨耐磨,美观美观)，不改变材料体相同部性质，是，不改变材料体相同部性质，是提高材料耐腐蚀性很有效和经济的方法。提高材料耐腐蚀性很有效和经济的方法。第69页/共136页第70页/共136页 电 解 质 溶液锌 钢 锌腐蚀第71页/共136页电解质溶液钢腐蚀 铬 钢第72页/共136页第73页/共136页第

47、74页/共136页第75页/共136页第76页/共136页第77页/共136页第78页/共136页 电镀是一种电化学和氧化还原过程。以镀镍为例；将金电镀是一种电化学和氧化还原过程。以镀镍为例；将金属制件浸在金属盐属制件浸在金属盐(NiSO4)的溶液中作为阴极，金属镍板作的溶液中作为阴极，金属镍板作为阳极，接通直流电源后在制件上就会沉积出金属镀镍层。为阳极，接通直流电源后在制件上就会沉积出金属镀镍层。电镀原理电镀原理第79页/共136页 在阳极上的反应为：在阳极上的反应为：Ni 2eNi2+(阴极溶解阴极溶解)4OH4e2H2O+O2 2Cl-2eCl2 在阴极上的反应为：在阴极上的反应为：Ni

48、 2+2eNi(形成镀层形成镀层)2H+2eH2第80页/共136页第81页/共136页第82页/共136页 钢铁零件上镀锌主要作用是防腐蚀，用量占全部电镀零件钢铁零件上镀锌主要作用是防腐蚀，用量占全部电镀零件的的1/3至至1/2，是所有电镀品种中产量最大的一个镀种。镀锌具，是所有电镀品种中产量最大的一个镀种。镀锌具有成本低、抗蚀性好、美观和耐贮存等优点，在轻工、机电、有成本低、抗蚀性好、美观和耐贮存等优点，在轻工、机电、农机和国防等工业中得到广泛应用。农机和国防等工业中得到广泛应用。钢铁零件上镀镉，在海洋和湿热大气环境中，其保护性能钢铁零件上镀镉，在海洋和湿热大气环境中，其保护性能 比锌好，

49、航空、航海及电子工业中的零件大多采用镀镉。但镉比锌好，航空、航海及电子工业中的零件大多采用镀镉。但镉 盐有毒，且对环境污染严重，使镀镉的应用受到限制。盐有毒，且对环境污染严重，使镀镉的应用受到限制。锡的腐蚀产物对人类无害，且易于钎焊，镀锡广泛用于锡的腐蚀产物对人类无害，且易于钎焊，镀锡广泛用于食品罐头包装制品、饮具、餐具及电子工业中很多需要钎焊食品罐头包装制品、饮具、餐具及电子工业中很多需要钎焊的零件。的零件。1)镀锌镀锌2)镀镉镀镉3)镀锡镀锡第83页/共136页4)镀铜镀铜 铬在大气中能长久保持光泽，在碱液、硝酸、硫酸及许铬在大气中能长久保持光泽，在碱液、硝酸、硫酸及许 多有机酸中不发生反

50、应，镀铬层有很高的硬度和优良的耐磨多有机酸中不发生反应，镀铬层有很高的硬度和优良的耐磨 性及较低的摩擦系数，故镀铬常用于防护装饰性镀层，防止性及较低的摩擦系数，故镀铬常用于防护装饰性镀层，防止 基体金属生锈和美化外观，也常用于提高制品的耐磨性或修基体金属生锈和美化外观，也常用于提高制品的耐磨性或修 复磨损。复磨损。镀铜常作为其他镀层的中间层，以提高表面镀层和基体镀铜常作为其他镀层的中间层，以提高表面镀层和基体 金属的结合力。在电力工业中，也可用铁丝镀厚铜来代替纯金属的结合力。在电力工业中，也可用铁丝镀厚铜来代替纯 铜导线，以减少铜的耗用量。铜导线，以减少铜的耗用量。镀镍的应用面很广，可用于防护