金属在工业介质中的腐蚀与保护

金属在工业介质中的腐蚀与保护内容摘要：

的给定表面，形成连续完整的保护覆盖层，隔离腐蚀介质对基体的作用，达到防腐蚀的目的。 衬里用的橡胶品种主 要有：天然橡胶 (NR)、丁苯橡胶 (SBR)、氯丁橡胶 (CR)、丁基橡胶 (HR)等。 (三 )玻璃钢及衬里 玻璃钢衬里就是将玻璃钢糊制在金属的内表面上，以求对该设备进行防腐蚀保护，通常化工设备用的较多。 (四 )砖板衬里 用耐腐蚀胶泥衬砌耐腐蚀砖板在金属设备的内壁，使腐蚀介质与设备基体隔离。 胶泥是砖板衬里施工中的重要材料，正确选用，是保证衬里设备获得良好的防腐效果的关键。 二 碱介质中的腐蚀 碱溶液比酸对金属的腐蚀要小得多，如在酸中无耐腐蚀性的铁和钢在碱溶液中却十分稳定，如图，为铁的腐蚀速 度随 pH 值变化的曲线。 在 pH=4~9 时，腐蚀速度与 pH 无关，这是因为腐蚀过程受氧的扩散过程所控制，而氧的溶解度和扩散速度基本上与 pH 无关，当 pH=9~14 时，因致钝电流随 pH 增大而减小故，于是铁处于钝态，表面形成 Fe(OH)3 膜，腐蚀速度随之下降，氧还原扩散电流大于致钝电流。 当 pH14，氢氧化铁膜转变为 Na2FeO2 腐蚀速度增加。 所以硅钢在 87℃以下，浓度为 50%的 NaOH 是耐腐蚀的，但碱液中含有氧化物时，钢就不易钝化，易形成局部腐蚀。 镍和镍基合金、奥氏体不锈钢耐腐蚀性是好的，此外，铝、锌、锡、铅也具有 显著的耐腐蚀性。 【 8】 155： 在水溶液中生成氢氧离子 OH— 化合物统称为碱。 根据它们在水溶液中离解出 OH— 的离解度大小而分为强碱和弱碱。 碱溶液一般比酸对金属的腐蚀性要小，其原因主要有两方面：一是在碱溶液中，金属表面容易钝化或生成难溶性的氢氧化物或氧化物；二是在碱溶液中，氧电极电位与氢电极电位比在酸介质中的电位更负，因此腐蚀电池的“推动力”比酸介质中小（引阴极与阳极之间电位差小）。 在常温下，碱溶液中常用的材料是碳钢和铸铁。 图 10— 10 示出铁的腐蚀速度与溶液 pH 值的关系。 从图中可见，当 pH 值在 4～ 9 之间时，腐蚀速度几乎不变， pH 值在 9～ 14 时，铁的腐蚀速度大大降低。 当碱的浓度继续增高，腐蚀速度再次增加。 主要是由氢氧化铁膜转变为可溶性的铁酸钠 (Na2FeO2)所致。 在室温下，这种腐蚀速度并不大，但在较高的温度和浓度下，腐蚀加剧。 在热碱溶液中，如果存在较大应力，还会发生一种危险的应力腐蚀破裂现象，称为碱脆。 碳钢、低合金钢、不锈钢可能发生碱脆。 图 10— 11 及图 10— 12分别示出碳钢及奥氏体不锈钢的脆性和碱液的浓度及温度的关系。 碱腐蚀性还和碱金属的种类有关，通常认为碱金属的原子量 越大，腐蚀性越强。 即腐蚀性按 LiOH、 NaOH、 KOH、 RbOH、CsOH 的顺序渐次增强。 碱溶液中共存离子的种类对碱腐蚀有很大影响。 如溶有氯酸盐时，会阻碍金属钝化，而 NaNO。 可促使金属钝化。 镍及其镍合金对于高温、高浓度的碱耐蚀性很好，通常用于最苛刻的碱介质条件。 由于镍在碱中具有极低的腐蚀率及抗应力腐蚀的特性，使镍成为处理强碱用途广泛的材料。 但在高浓度(WNaOH75%～ 98%)、高温 ()300℃ )的苛性钠或苛性钾介质中，最好使用低碳镍，否则会发生晶间腐蚀和应力腐蚀。 表 10— 5 列出了镍及其合金在 熔碱中的腐蚀率。 奥氏体不锈钢在碱液中耐蚀性很好，随镍含量的增加，耐蚀性提高，但钼可使耐蚀性下降。 锌、锡、铝、铅等两性金属在碱中腐蚀性显著。 钛、银、锆、钽等特殊金属在碱液中耐蚀性并不好，尤其是钽的腐蚀性很差，尤其在热浓的碱中。 铸铁在较宽范围的浓度与温度的 NaOH中是耐蚀的。 近年来发展的高纯高铬铁素体不锈钢具有优良的耐蚀性能，有取代传统镍材的趋向。 在 NaOH 中可供选择的材料列于图 10— 13 及表 10— 6 中。 三 盐（溶液）中的腐蚀 原稿：金属在盐水溶液 中的腐蚀过程是比较复杂的，这是因为： a） 不同盐类的水溶液 pH 值不同 b） 某些盐类具有氧化性 c） 某些盐类的阴阳离子对腐蚀过程有特殊作用 d） 盐溶于水使溶液导电度增大 按其氧化性和水解（盐溶于水）后 pH 值的情况大致分为以下几类： 中性、酸性、碱性、氧化性 【 8】 (一 )酸性盐 由强酸弱碱组成的盐，如 AlCl FeCl FeSO NiSO NH4Cl、 NH4NOKHCO NaHSO4 等。 由于这种盐溶于水后，呈酸性，所以对铁的腐蚀既有氧的去极化作用，又有氢的去极化作用。 腐蚀速度与相同 pH 值的酸差不多。 原稿：一般来说当盐溶液呈酸性时，表现出与之相对应的酸有类似的腐蚀作用。 如在非氧化性酸性溶液中表现为阴极析氢反应，在氧化性酸溶液中表现为氧去极化的阴极过程，对于含有铵盐的溶液，由于会形成金属络合物，对腐蚀可能有促进作 用。 (二 )碱性盐 弱酸强碱组成的盐，如 Na3PO Na2SiO Na2CO Na2B2O7 等，溶于水呈碱性，当 pH 值大于 10 时，腐蚀性较小。 有时还可作为缓腐蚀剂。 例如 Na2SiONa3PO4 能使铁表面生成铁的盐膜，具有良好的保护性。 (三 )中性盐 弱酸弱碱或强 酸强碱组成的盐，假如不具有氧化性，也没有别的阴阳离子的效果，则仅有导电度和氧的溶解度方面的影响。 铁和钢的腐蚀速度与盐浓度的关系示于图 10— 14。 从图中可以看出，开始时腐蚀速度随浓度增加而增大，达到最高点后又开始下降。 这与溶液的导电性和溶氧量有关。 随盐浓度的增加，溶液的导电性增强，使腐蚀速度上升，但盐浓度的增加会使氧的溶解度下降，氧的去极化作用减弱，腐蚀速度下降。 原稿： 显示中性的盐有： NaCl、 KCl、 Na2SO K2SO4。 在中性盐溶液中大多数金属的阴极反应是氧去极化反应，关于盐酸对腐 蚀速度影响前面已经讨论过，如在浓度较低时随浓度增加由于盐溶液导电性增加腐蚀速度增大，当浓度超过某一值后，随浓度增加由于氧的溶解度 下降腐蚀速度下降。 (四 )氧化性盐 氧化性盐溶液可分为两类，一类对金属的腐蚀很严重，是含有卤素的氧化剂，如 FeCl CuCl HgCl NaClO 等，它们是很强的去极化剂，几乎是所有的工业金属都可能产生严重腐蚀。 另一类能使钢铁钝化，若用量适宜，可以阻滞金属的腐蚀，如 K2CrO4(铬酸钾 )、铬酸钠、 Na2NO2(亚硝酸钠 )、 KMnO4(高锰酸钾 )等，它们能使金属钝化，可作缓蚀 剂。 167。 2 工业水腐蚀 工业水按其用途可分为冷却水、锅炉水及其他工业用水。 工业水由于水源和水处理方法不同，其成分差异很大，如其含盐量可以从几个 ug/L 到数万个mg/L。 一 冷却水腐蚀（冷却水：淡水和海水） （ 1） 腐蚀反应：冷却水中的腐蚀属于电化学腐蚀，以 Fe 为例： 阳极反应： eFeFe 22   氢离子的 阴极 还原 反应： 222 HeH  (酸性水溶液中 ) 水的还原作用  OHHeOH 222 22 (天然水中 ) 或： 水中溶解氧的还原作用  OHeOHO 442 22 (天然的通气水 ) 阳极反应产物也可产生副反应 :   22 )(2 OHFeOHFe (白色絮状沉淀在金属表面 ) 然后 Fe(OH)2氧化为 Fe(OH)3:  3222 )(42)(4 OHFeOHOOHFe 这些产物的脱水作用导致形成腐蚀产物，这就是通常在含铁表面上看到的红锈 OHOFeOHFe 2323 3)(2  （红锈） 腐蚀产物在金属表面 沉积并形成带有沉积盐类、泥沙、微生物粘泥等物的腐蚀产物薄层。 假如该薄层是多孔性的，金属离子能穿过它到达溶液的界面，则继续发生腐蚀，如果生成致密的附着薄层，它能阻止离子扩散，抑制金属溶解。 金属在工业水中的耐蚀性，很大程度上取决于金属保护膜的形成。 一般说来，直接氧化形成的保护膜具有较好的保护性，而腐蚀形成的二次产物则没有足够的保护性。 另外，可以人为地加入某些缓蚀剂以在金属表面上形成防护膜。 冷却水的腐蚀性与水中含有的腐蚀性因素有关。 淡水和海水的腐蚀性因素归纳起来主要有以下几点： (1)pH：如果形成可溶于酸的金属氧化物，则当 pH 降低时腐蚀增加。 对于两性的金属氧化物，在 pH 为中等时有利于保护，过低和过高的 pH会加速腐蚀。 贵金属的氧化物在任何 pH 都不溶解，呈惰性。 (2)水中的盐类：氯化物的存在能破坏金属氧化膜，促进腐蚀。 钙、镁、铝的某些盐类沉淀后能生成保护性沉积层。 (3)水中溶解气体：水中溶氧起阴极去极化作用，促进腐蚀；二氧化碳溶于水中生成碳酸而促进腐蚀，由污染水引入的氨对铜为基体的材料将引起选择性腐蚀。 H2S 如果进入水冷却系统中，一方面引起 pH 下降加速腐蚀，另一方面，所形成的腐蚀产物硫化 铁的电位较高，对铁而言是阴极，所以又导致电。