畢業(yè)論文(設(shè)計)金屬腐蝕與防護(hù)

1、<p>　　XXXXX 大 學(xué)</p><p>　　CENTRAL SOUTH UNIVERSITY</p><p><b>　　畢業(yè)論文(設(shè)計)</b></p><p>　　論文題目 金屬腐蝕與防護(hù) </p><p>　　學(xué)生姓名

2、 </p><p>　　指導(dǎo)老師 </p><p>　　學(xué) 院 XXXXXXXXXXXXXXXX學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級 XXXXXXXXXXXXXXXXXX </p><p>　　完成時間 2014年

3、3月20日 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　工程材料的腐蝕給國民經(jīng)濟(jì)和社會生活造成的嚴(yán)重危害已越來越為人們所認(rèn)識重視。金屬腐蝕的年損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過水災(zāi)、火災(zāi)、風(fēng)災(zāi)和地震災(zāi)害（平均值）損失的總和，在這里還不包括由于腐蝕導(dǎo)致的停工、減產(chǎn)和爆炸等造成的間接損失。金屬在水溶液中的腐蝕是一種電化學(xué)反應(yīng)。在金屬表面形成一

4、個陽極和陰極區(qū)隔離的腐蝕電池，金屬在溶液中失去電子，變成帶正電的離子，這是一個氧化過程即陽極過程。隨著腐蝕過程的進(jìn)行，在多數(shù)情況下，陰極或陽極過程會因溶液離子受到腐蝕產(chǎn)物的阻擋，導(dǎo)致擴散被阻而腐蝕速度變慢，這個現(xiàn)象稱為極化，金屬的腐蝕隨極化而減緩。影響金屬腐蝕的因素有內(nèi)部因素、外部因素及設(shè)備結(jié)構(gòu)因素?？刂聘g的根本辦法自然應(yīng)是控制電化學(xué)作用， 即如何消除腐蝕電池。即使不能完全消除，也要設(shè)法使腐蝕電流密度降至最低程度。常用的腐蝕防護(hù)方法有

5、涂料、電鍍 、緩蝕劑和電化學(xué)保護(hù)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：金屬腐蝕 防護(hù) 電化學(xué)</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1前言- 1 -</b></p><p>　　2金屬腐蝕綜述- 1 -</p><p>　　2.1金屬在水

6、環(huán)境中的腐蝕原理- 1 -</p><p>　　2.2影響腐蝕的因素- 1 -</p><p>　　3腐蝕的防護(hù)- 1 -</p><p>　　3.1涂料- 2 -</p><p>　　3.1.1富鋅防銹漆- 2 -</p><p>　　3.1.2氯化橡膠涂料- 2 -</p><p&g

7、t;　　3.1.3冷固化環(huán)氧樹脂涂料- 2 -</p><p>　　3.1.4環(huán)氧酯防銹涂料- 2 -</p><p>　　3.2電鍍- 2 -</p><p>　　3.2.1防蝕鍍層- 2 -</p><p>　　3.2.2耐磨鍍層- 2 -</p><p>　　3.2.3裝飾性鍍層- 2 -</p

8、><p>　　3.3緩蝕劑- 3 -</p><p>　　3.4電化學(xué)防護(hù)- 3 -</p><p>　　3.4.1陰極保護(hù)- 3 -</p><p>　　3.4.2陽極保護(hù)- 4 -</p><p>　　3.5合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計- 4 -</p><p>　　4 結(jié)論- 4 -</p

9、><p><b>　　1前言</b></p><p>　　近年來隨著人們對保護(hù)自然資源、能源和環(huán)境的認(rèn)識不斷提高，對金屬腐蝕的嚴(yán)重危害的關(guān)注也漸在加深。工程材料的腐蝕給國民經(jīng)濟(jì)和社會生活造成的嚴(yán)重危害已越來越為人們所認(rèn)識重視。首先，金屬腐蝕造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。根據(jù)各國調(diào)查結(jié)果，一般說來，金屬腐蝕所造成的經(jīng)濟(jì)損失大致為該國國民生產(chǎn)總值的4%左右。 另據(jù)國外統(tǒng)計，金屬腐蝕的

10、年損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過水災(zāi)、火災(zāi)、風(fēng)災(zāi)和地震災(zāi)害（平均值）損失的總和，在這里還不包括由于腐蝕導(dǎo)致的停工、減產(chǎn)和爆炸等造成的間接損失。我國作為世界上鋼鐵產(chǎn)量最多的國家（2012年全國生產(chǎn)鋼材9.57億噸） ，每年被腐蝕的鐵占到我國鋼鐵年產(chǎn)量的十分之一，因為金屬腐蝕而造成的損失占到國內(nèi)生產(chǎn)總值的2%～4%；約合人民幣：1.6萬億元（2012年我國國內(nèi)生產(chǎn)總值達(dá)51.9萬億元）。其次，金屬腐蝕也經(jīng)常對人類安全構(gòu)成威脅。國內(nèi)外都曾發(fā)生過許多災(zāi)難性腐蝕事

11、故，如飛機因某一零部件破裂而墜毀；橋梁因鋼梁產(chǎn)生裂縫而塌陷；油管因穿孔或裂縫而漏油，引起著火爆炸；化工廠中儲酸槽穿孔泄漏，造成重大環(huán)境污染；管道和設(shè)備跑、冒、滴、漏，破壞生產(chǎn)環(huán)境，有毒氣體如Cl2、H2S、HCN等的泄漏，更會危及工作人員和附近</p><p><b>　　2金屬腐蝕綜述</b></p><p>　　金屬材料受周圍介質(zhì)的作用而損壞，稱為金屬腐蝕。金屬的

12、銹蝕是最常見的腐蝕形態(tài)。腐蝕時，在金屬的界面上發(fā)生了化學(xué)或電化學(xué)多相反應(yīng)，使金屬轉(zhuǎn)入氧化（離子）狀態(tài)。其中，金屬在水環(huán)境中的腐蝕最為常見，也是腐蝕損失最大的一種。</p><p>　　2.1金屬在水環(huán)境中的腐蝕原理</p><p>　　金屬在水溶液中的腐蝕是一種電化學(xué)反應(yīng)。在金屬表面形成一個陽極和陰極區(qū)隔離的腐蝕電池，金屬在溶液中失去電子，變成帶正電的離子，這是一個氧化過程即陽極過程。與此

13、同時在接觸水溶液的金屬表面，電子有大量機會被溶液中的某種物質(zhì)中和，中和電子的過程是還原過程，即陰極過程。常見的陰極過程有氧被還原、氫氣釋放、氧化劑被還原和貴金屬沉積等。</p><p>　　隨著腐蝕過程的進(jìn)行，在多數(shù)情況下，陰極或陽極過程會因溶液離子受到腐蝕產(chǎn)物的阻擋，導(dǎo)致擴散被阻而腐蝕速度變慢，這個現(xiàn)象稱為極化，金屬的腐蝕隨極化而減緩。</p><p>　　其特征是金屬原子在陽極區(qū)失去電

14、子，腐蝕介質(zhì)的分子在陰極得到電子，并且伴有電流產(chǎn)生。金屬在潮濕空氣中的大氣腐蝕，在酸、堿、鹽溶液和海水中的腐蝕，在地下土壤中的腐蝕，在不同金屬接觸處的腐蝕等都是電化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕比化學(xué)腐蝕更嚴(yán)重、更普遍。</p><p>　　2.2影響腐蝕的因素</p><p>　　影響金屬腐蝕的因素有內(nèi)部因素、外部因素及設(shè)備結(jié)構(gòu)因素。</p><p>　　內(nèi)部因素是指鋼鐵本身

15、的成分、組織、結(jié)晶方向、殘余應(yīng)力、表面轉(zhuǎn)化膜等導(dǎo)致的不均一性，這種不均一性使金屬內(nèi)部有不同電位的區(qū)域存在。</p><p>　　外部因素是指與鋼鐵表面接觸的介質(zhì)溶液，也就是說鋼鐵腐蝕受到環(huán)境的支配，如果環(huán)境改變，腐蝕的狀態(tài)、速度就會發(fā)生變化。例如，把潮濕環(huán)境中的金屬轉(zhuǎn)移到干燥的環(huán)境中，腐蝕速度也會減慢；把海邊的金屬移到離海岸較遠(yuǎn)的普通環(huán)境之中，腐蝕也會減慢。</p><p><b&g

16、t;　　3腐蝕的防護(hù) </b></p><p>　　金屬腐蝕所造成的經(jīng)濟(jì)損失中，有相當(dāng)可觀的一部分是采用當(dāng)前行之有效的防護(hù)技術(shù)便可以避免的，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，可以避免的這部分損失也會不斷擴大， 而當(dāng)前尚不可避免的損失則將縮小。</p><p>　　金屬的腐蝕既然是金屬與環(huán)境介質(zhì)間的電化學(xué)作用所造成。控制腐蝕的根本辦法自然應(yīng)是控制電化學(xué)作用， 即如何消除腐蝕電池。即使不能完

17、全消除， 也要設(shè)法使腐蝕電流密度降至最低程度。</p><p>　　常用的腐蝕防護(hù)方法有涂料、電鍍 、緩蝕劑和電化學(xué)保護(hù)。</p><p><b>　　3.1涂料</b></p><p>　　用涂料來防腐蝕， 由于施工簡便，成本較低，適用于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)物， 而且有相當(dāng)長的有效期，故仍為目前廣泛采用的方法。最初使用的防蝕涂料為油基型，如紅丹漆、鋅黃

18、潦，用干性植物油與樹脂制造，耐水性和防銹性均有限，而且干性植物油生產(chǎn)有限，干燥較慢， 故后來發(fā)展了樹脂型防銹漆， 以聚合物為基料，耐水性抗蝕性好，干燥快，漆膜硬度高， 并逐步代替了油基型漆。樹脂型防銹漆品種甚多，今擇要介紹如下：</p><p>　　3.1.1富鋅防銹漆</p><p>　　含有大量超細(xì)鋁粉(85~95)%重量，有時為鋅粉加少量鋁粉)，鋅作為犧牲陽極對鋼鐵起郅陰極保護(hù)作用。

19、采用的基料有氯化橡膠、聚苯乙烯、丙烯酸村脂、環(huán)氧樹脂等。富鋅防銹漆是目前公認(rèn)的最佳保養(yǎng)涂料之一， 廣泛用于橋梁、船舶．海上石油平臺、石油及化工設(shè)備等。</p><p>　　3.1.2氯化橡膠涂料</p><p>　　這種涂料有良好的耐水性和耐化學(xué)介質(zhì)(特別是堿)腐蝕性， 不易燃燒，還有防霉性能和快干等優(yōu)點。缺點是耐油性較差。氯化橡膠與醇酸樹脂混合制成的涂料特別適用于化工設(shè)備外璧、煉鋼廠，鋼

20、鐵結(jié)構(gòu)與船舶水線以上部位。</p><p>　　3.1.3冷固化環(huán)氧樹脂涂料</p><p>　　與防銹顏料配合可做成冷固型環(huán)氧防銹底漆， 如環(huán)氧富鋅底漆、環(huán)氧鋁粉漆、環(huán)氧紅丹漆等。常用的固化劑有二乙烯三胺、聚酰胺等。環(huán)氧瀝青涂料兼有瀝青的耐水性與環(huán)氧樹脂的耐化學(xué)介質(zhì)性和耐溶劑性，使用廣泛， 特別適于經(jīng)常與石油或海水接觸處的內(nèi)壁涂裝。</p><p>　　3.1.4

21、環(huán)氧酯防銹涂料 </p><p>　　環(huán)氧樹脂作為涂料必須與固化劑分裝，使用前再按比例配合，用戶感到不便。如將環(huán)氧樹脂與不飽和酸混合加熱進(jìn)行酯化，用溶劑稀釋并與顏料研磨制成涂料，即為環(huán)氧酯防銹底漆， 用時不須配固化劑，較為方便。多用于腐蝕不太嚴(yán)重的情況。選種涂料長期曝曬時易于粉化， 因此必須復(fù)蓋適當(dāng)面漆。</p><p><b>　　3.2電鍍</b></p&g

22、t;<p>　　電鍍是一項利用面廣的制造工藝，它具有生產(chǎn)工藝和設(shè)備簡單、適于大批量生產(chǎn)、易于機械化自動化加工等優(yōu)點，故獲得不同工業(yè)系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用。電鍍面廣類多， 茲擇要分述如下：</p><p><b>　　3.2.1防蝕鍍層</b></p><p>　　鋅和鎘是主要的防大氣腐蝕鍍層，鎘鍍層抗海洋大氣腐蝕性好而且滲氫少，鍍層不易開裂剝落。但鎘有毒，排放

23、的廢水污染嚴(yán)重， 許多地區(qū)已禁止或盡量減少鍍鎘用量。新開發(fā)的鋅鎳合金甚有前途。另外工業(yè)上還在研究添加Fe、Cu、Sn等元素的耐蝕鋅合金鍍層?？箯娀瘜W(xué)介質(zhì)腐蝕的非晶態(tài)鍍層已引起人們的注意。</p><p>　　3.2.2耐磨鍍層 </p><p>　　工業(yè)上普遍使用鍍硬鉻，但存在脆性問題，且存在殘余應(yīng)力，鍍層有時剝落。鍍液中的六價鉻又是重點污染物質(zhì)，帶來環(huán)保問題，而且電流效率低， 均鍍能力差

24、，由于這些缺點，鍍硬鉻的工藝尚待改進(jìn)， 另外，工業(yè)上在發(fā)展Ni- M0、Ni— W等合金鍍層以代替硬鉻層， 也有發(fā)展在銅、鎳鍍層為母體， 加入非金屬顆粒如氧化鋁、硬化硅、石墨等的復(fù)臺鍍層以提高耐磨性。</p><p>　　3.2.3裝飾性鍍層 </p><p>　　用得最多的是銅一鎳一鉻體系。為了提高鍍層的耐蝕性，近二十年來發(fā)展了雙層鎳、三層鎳套鉻和微裂紋鍍鉻等新工藝，擴大了工業(yè)用途。含6

25、～12％錫的銅錫合金鍍層，二元或三元的銅鋅臺金鍍層， 有白色或黃色的可以代鑲或仿金。其它用作裝飾性鍍層的還有鈀鎳臺金和錫鎳合金等。</p><p><b>　　3.3緩蝕劑</b></p><p>　　緩蝕劑是一種使用于腐蝕環(huán)境中抑制金屬腐蝕的添加劑。對于一定的金屬／腐蝕介質(zhì)的體系，只要在腐蝕介質(zhì)中加人少量緩蝕劑，就能有效地降低該金屬的腐蝕速度。由于用量很少、使用方便

26、、設(shè)備簡單、成本低，投資少、上馬快， 因此緩蝕劑得到廣泛的工業(yè)應(yīng)用。</p><p>　　目前，緩蝕劑正在沿著以下一些方向發(fā)展；(1)采用或開發(fā)無毒或低毒的緩蝕劑，以減輕對環(huán)境的污染 ；(2)開發(fā)廉價的緩蝕劑，例如硫酸亞鐵； (3)采用有協(xié)同作用的復(fù)合緩蝕劑和多功能的復(fù)合緩蝕劑以替代單一緩蝕劑； (4)提高緩蝕劑的化學(xué)穩(wěn)定性，以適應(yīng)苛刻的工作條件(例如高溫，強氧化性等)；(5)擴大應(yīng)用的范圍；(6)繼續(xù)開發(fā)新型的

27、緩蝕劑，例如鎢酸鹽和鉬酸鹽、咪唑啉類化合物作緩蝕劑，從水生植物、植物種子、制藥廠和化工廠的副產(chǎn)品或廢液中提取新的緩蝕劑等； (7)開發(fā)有色金屬及其合金的緩蝕劑。</p><p><b>　　3.4電化學(xué)防護(hù)</b></p><p>　　電化學(xué)保護(hù)指的是利用外部電流使金屬電位改變以降低其腐蝕速度的防腐蝕技術(shù)。按照金屬電位改變的方向，電化學(xué)保護(hù)分為陰極保護(hù)和陽極保護(hù)兩大類

28、。</p><p><b>　　3.4.1陰極保護(hù)</b></p><p>　　陰極保護(hù)是一項十分實用有效的防腐蝕技術(shù)。無論是犧牲陽極法，還是外加電流法，不僅在工程上有著很大的應(yīng)用前景， 就是在理論研究方面也不能認(rèn)為問題已經(jīng)完全解決。</p><p>　　最佳保護(hù)電位是陰極保護(hù)的基本參數(shù)。在以往的設(shè)計規(guī)范中規(guī)定的數(shù)據(jù)主要是由經(jīng)驗得來的。最近以來

29、，這個老問題又被重新提出。核心就是以豐富和發(fā)展陰極保護(hù)理論為前提，使最佳保護(hù)電位的確定建立在更加科學(xué)、合理的基礎(chǔ)上。其中突出的一點就是IR電位降的補償。在陰極保護(hù)電位下用電化學(xué)方法測試金屬腐蝕的瞬時速度近幾年開始受到注意?，F(xiàn)在使用的是交流阻抗技術(shù) 這樣就可以通過實驗直接確定最佳保護(hù)電位，進(jìn)一步發(fā)展還可用于陰極保護(hù)系統(tǒng)運轉(zhuǎn)狀況的現(xiàn)場檢測。</p><p>　　受陰極保護(hù)的構(gòu)件表面的電位和電流密度分布的計算是陰投保護(hù)

30、工程設(shè)計的基礎(chǔ)目前許多設(shè)計在很大程度上憑經(jīng)驗進(jìn)行，工程計算中由于作了許多簡化(如假設(shè)構(gòu)件各處保護(hù)電流密度完全一樣)使得結(jié)果粗糙，因缺乏把握，設(shè)計中不得不留出過大的余地，導(dǎo)致不少浪費。要避免這種情況，就得掌握電位和電流密度的分布規(guī)律。這時可以用拉普拉斯方程描述l為此已經(jīng)發(fā)展了一些數(shù)值解的算法和相應(yīng)的軟件，包括有限元法、有限差分法、邊界元法等。</p><p>　　陰極保護(hù)新近發(fā)展的特征之一是電子計算機的應(yīng)用。它包括

31、陰極保護(hù)工程的計算機輔助設(shè)計，陰極保護(hù)系統(tǒng)運行狀況的計算機管理，最近又研制開發(fā)了計算機直接控制的外加電流陰極保護(hù)電源。</p><p>　　陽極的研制是陰極保護(hù)進(jìn)展的重要方面。陽極中合金元素的作用機理仍在繼續(xù)深入研究。鋅臺金犧牲陽極晶間腐蝕的原因和對策， 由于跟熱油輸送管道的保護(hù)有關(guān)而受到重視。為了降低生產(chǎn)成本，已開始探索利用工業(yè)純原料代替高純度原料制備犧牲陽極的可能性。用于外加電流法的惰性陽極，包括新材料，新結(jié)

32、構(gòu)，近年也有發(fā)展。使用貴金屬包覆陽極的增多，因為據(jù)說經(jīng)濟(jì)上綜臺考慮是值得的。在構(gòu)筑物密集的城市地下實施外加電流陰極保護(hù)時，已推廣應(yīng)用深埋陽極，以減小對周圍的干擾。</p><p>　　陰極保護(hù)的應(yīng)用范圍也在繼續(xù)擴大，為了對付混凝土鋼筋的腐蝕問題，陰極保護(hù)已作為—項主要的防蝕措施而提出。傳統(tǒng)的陰極保護(hù)技術(shù)只能應(yīng)用于液體電解質(zhì)或以此為導(dǎo)電組分的腐蝕環(huán)境(如土壤)中，不能控制大氣腐蝕和水線以上的腐蝕，因為保護(hù)電流不能達(dá)

33、到與液體電解質(zhì)接觸的金屬表面。</p><p><b>　　3.4.2陽極保護(hù)</b></p><p>　　陽極保護(hù)適用于具有活化---鈍化轉(zhuǎn)變的體系。它依靠通入陽極極化電流使金屬電極電位正移，在表面生成鈍化膜，從而減緩了腐蝕。它的特點是：在進(jìn)入穩(wěn)定的鈍態(tài)后，腐蝕速度顯著降低， 日常運行費用也低，在正常情況下可以達(dá)到十分有效的保護(hù)；陽極保護(hù)時電位分布比較均勻，能夠應(yīng)用

34、于形狀較復(fù)雜的設(shè)備，為了使電位進(jìn)入穩(wěn)定鈍化區(qū)，陽極保護(hù)的電位控制要求比較嚴(yán)格，不然的話，可能有增加陽極溶解的危險。陽極保護(hù)主要應(yīng)用在化工設(shè)備的防腐蝕。我國也正在推廣應(yīng)用，例如碳化塔冷卻水箱陽極保護(hù)，氨水罐群循環(huán)捧化法陽極保護(hù)。最近，為了解決硫酸生產(chǎn)中低溫余熱利用設(shè)備的腐蝕問題，對不銹鋼管殼式酸冷卻器采用了陽極保護(hù)技術(shù)，已達(dá)到六萬噸級設(shè)備的規(guī)模，被國家科委列為1989—1991年重點推廣項目。除了控制一般腐蝕以外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)陽極保護(hù)還能防止

35、環(huán)境敏感腐蝕破壞，例如堿性硫化物溶液中壓力容器鋼的應(yīng)力腐蝕破裂，碳鋼，不銹鋼在硝酸銨溶液和 10％H2SO4溶液中的腐蝕疲勞。</p><p>　　3.5合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計 </p><p>　　(1)盡量避免小陽極大陰極的結(jié)構(gòu)。相反，陽極面積大陰極面積小的結(jié)構(gòu)，往往電偶腐蝕并不顯著。 </p><p>　　(2)將不同金屬的部件彼此絕緣。 </p>

36、;<p>　　(3)插入第三種金屬。當(dāng)絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計有困難時，可以在其間插入能降低兩種金屬間電位差的另一種金屬或者采用鍍層過渡。</p><p>　　(4)將陽極性部件設(shè)計成為易于更換的，或適當(dāng)增厚以延長壽命。 </p><p><b>　　4 結(jié)論</b></p><p>　　2 l世紀(jì)，盡管各種新材料大量涌現(xiàn)。但展望21世紀(jì)，

37、鋼鐵材料的使用量也將大幅度增加，因而面向 2 l的金屬腐蝕與防護(hù)科學(xué)仍處于可持續(xù)發(fā)展階段，并隨其相關(guān)學(xué)科（如材料的斷裂力學(xué)、電化學(xué)、有機化學(xué)、物理化學(xué)等學(xué)科）、相關(guān)技術(shù)(無機填料 表面處理技術(shù)、原位多相聚合處理技術(shù)、激光表面合金化、激光熔覆等技術(shù)) 的發(fā)展呈跨學(xué)科、多方向性發(fā)展趨勢。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　石聲泰，張允書.金

38、屬腐蝕與防護(hù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與前瞻.腐蝕與防護(hù)，1990年1期.</p><p>　　陶琦.金屬腐蝕及其防護(hù)措施的研究進(jìn)展.腐蝕與防護(hù)，2007年4月.</p><p>　　王光國. 國外聚苯胺防腐涂料工業(yè)研發(fā)概況[J ]1.全面腐蝕控制,2002 ,16 (2) :2324.</p><p>　　曹楚南. 悄悄進(jìn)行的破壞一金屬腐蝕[M]. 北京:清華大學(xué)出版社，20

39、00.</p><p>　　王楊勇,強軍鋒,井新利.聚苯胺防腐涂料的研究進(jìn)展[J].宇航材料工藝,2002 ,(4) :15.</p><p>　　楊堯. 影響金屬銹蝕的主要因素及防止方法[J]. 機械工人.熱加工 , 2002,(06).</p><p>　　江鎮(zhèn)海. 原油儲罐的腐蝕與防護(hù)[J]. 腐蝕與防護(hù) , 2006,(03) .</p>&l