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腐蚀与防护1.pdf

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腐蚀 防护
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腐 蚀 与 防 护 北 京 科 技 大 学 腐 蚀 与 防 护 中 心 1教 材 和 参 考 书 教 材 : 1. 腐 蚀 和 腐 蚀 控 制 原 理 , 林 玉 珍 , 杨 德 均 , 中 国 石 化 出 版 社 ,2007 2. 金 属 腐 蚀 理 论 及 应 用 , 魏 宝 明 主 编 , 化 学 工 业 出 版 社 ,1984 3. 金 属 腐 蚀 学 , 杨 德 钧 , 冶 金 工 业 出 版 社 ,1999参 考 书 : 1. Principles and prevention of corrosion, Denny A. Jones ,Pretice-Hall, 1996 (USA) 2. 腐 蚀 电 化 学 原 理 , 曹 楚 南 编 着 , 化 学 工 业 出 版 社 ,1985 3. 材 料 腐 蚀 与 防 护 概 论 , 何 业 东 主 编 , 机 械 工 业 出 版 社 ,2005 4. 材 料 腐 蚀 与 控 制 , 白 新 德 主 编 , 清 华 大 学 出 版 社 ,2005 5. …… 2主 要 内 容 1. 腐 蚀 的 概 述 2. 腐 蚀 电 化 学 基 本 理 论 3. 全 面 腐 蚀 和 局 部 腐 蚀 的 机 理 和 特 征 4. 应 力 作 用 下 的 腐 蚀 种 类 、 机 理 和 特 征 5. 自 然 环 境 腐 蚀 种 类 、 机 理 和 特 征 6. 耐 蚀 合 金 设 计 基 本 原 理 和 途 径 7. 防 腐 蚀 原 理 和 主 要 方 法 3材料的损坏或失效种类: § 最 重 要 、 最 常 见 、 基 本 的 损 坏 种 类 : 腐蚀、磨损和断裂,决定了材 料的寿命 ; § 材 料 在 服 役 损 坏 过 程 中 , 腐 蚀 与 磨 损 、 腐 蚀 与 断 裂 往 往 协 同 进 行 , 有 时 三 种 失 效 形 式 同 时 发 生 。 一 、 腐 蚀 的 概 述 456例 : 油 轮 钢 腐 蚀 最 大 均 匀 腐 蚀 速 率>0.1mm/y 最 大 点 蚀 速 率~4mm/y 25℃ 干 湿 交 替 50℃ 7例:油气工业采集和输送过程中使用大量弯头、三通等复杂 部件,其多以高温高压流体的冲刷腐蚀失效为主 水下油气田生产设施 油气田中出现的冲刷腐蚀失效 8腐 蚀 的 定 义 § 50 年 代 , 腐 蚀 的 定 义 仅 指 金 属 的 腐 蚀 :“ 在 周 围 介 质 作 用 下 , 由 于 化 学 反 应 、 电 化 学 反 应 或 物 理 溶 解 而 产 生 的 金 属 破 坏 。 ”§ 50 年 代 后 , 随 着 非 金 属 材 料 的 发 展 , 腐 蚀 定 义 扩 大 到 所 有 的 材 料:- “ 由 于 材 料 和 它 所 处 的 环 境 发 生 反 应 使 材 料 和 材 料 的 性 质 发 生 恶 化 的 现 象 ”- “ 腐 蚀 是 由 于 物 质 与 周 围 环 境 的 作 用 而 产 生 的 破 坏 ” 9腐 蚀 的 定 义 § 定 义 : 腐 蚀 是 材 料 受 环 境 介 质 的 化 学 、 电 化 学 和 物 理 作 用 产 生 的 损 坏 或 变 质 现 象, 包 括 化 学 、 电 化 学 与 机 械 因 素 或 生 物 因 素 的 共 同 作 用 ; § 根 据 反 应 类 型 划 分 腐 蚀 种 类 : 化 学 腐 蚀 、 电 化 学 腐 蚀 、 物 理 溶 解 腐 蚀 § 腐 蚀 的 定 义 包 括 了 化 学 、 电 化 学 、 物 理 学 的 内 容 , 腐 蚀 的 发 生 往 往 与 磨 损 、 断 裂 等 的 同 时 进 行 ; § 腐 蚀 学 是 交 叉 学 科 ( 边 缘 学 科 ) , 涉 及 到 金 属 学 、 电 化 学 、 物 理 化 学 、 流 体 力 学 、 固 体 力 学 等 , 是 一 门 应 用 性 很 强 的 学 科 。 10 铁 的 自 然 循 环 炼钢 矿化 铁矿石 钢铁生锈 钢铁 热力学-自发过程(热力学第二定律) 铁锈 金 属 为 何 会 发 生 腐 蚀 ? 11炼 铁 、 炼 钢 过 程 腐 蚀 过 程 钢 铁 矿 石 能 级 增 大 放出能量 外 加 热 、 电 能 量 磁铁矿:Fe 3 O 4 赤铁矿:Fe 2 O 3 12腐 蚀 的 影 响 1、在化学工业、炼油、石油化工、造纸等工业中,金 属腐蚀造成设备的跑、冒、滴、漏可造成大量有毒 的物质泄漏,污染环境,危害人民的健康2、每年由于腐蚀可使大约10~20%的金属损失掉了。 2003年世界的钢产量达到9.625亿吨,中国的钢产量 高达2.2亿吨,美国的钢产量为0.914亿吨3、世界每年腐蚀掉的钢大于美国的钢产量;中国一年 就有2200万吨钢被腐蚀掉了,相当于腐蚀掉一个大 型钢铁企业的年产量 13腐 蚀 事 故 举 例 § 1966 年 某 天 然 气 井 的 套 管 发 生 硫 化 物 应 力 腐 蚀 开 裂 , 造 成 井 喷 和 特 大 爆 炸 , 人 员 伤 亡 , 日 产 百 万 立 方 米 的 高 产 气 井 报 废 。 § 1971 年 某 天 然 气 管 线 发 生 腐 蚀 断 裂 , 产 生 爆 炸 , 直 接 经 济 损 失 达7000 万 元 。 § 1985 年 日 本 的 一 架 波 音747 客 机 , 由 于 应 力 腐 蚀 断 裂 而 坠 毁 , 死 亡500 余 人 。 § 1997 年 某 化 工 厂18 个 乙 烯 原 料 储 罐 由 于 硫 化 物 腐 蚀 引 起 大 火 , 停 产 半 年 , 直 接 损 失 达2 亿 多 元 , 间 接 损 失 巨 大 。 1415腐蚀损失调查数据 n 材料腐蚀带来的经济损失约占国民生产总值的 1.8~4.2%左右 n 1975年,美国由于金属腐蚀造成的经济损失约为 700亿美元,为当年国民生产总值的4.2%,是当年 水灾、火灾、地震、飓风等自然灾害损失(125 亿 美元)的5倍多。 n 我国1980年十家化工企业由于腐蚀造成的经济损 失约为当年生产总值的3.9%,这个数值与许多国 家进行的全面腐蚀损失调查的结果大体相当。 n 2002年中国工程院的调查结果表明,我国腐蚀损 失(包括直接和间接损失)达到4979.2亿元。 16Country Direct Cost Indirect Cost USA 303.76 200 (approximately) Japan 59.02 Germany 49.26 UK 8.51 Australia 7.32 Belgium 6.75 India 3.78 Poland 3.53 Canada 3.38 ..... ..... ..... Global 510.14 940 (approximately) 17《 腐 蚀 与 防 护 》 内 容 和 目 的 § 金属腐蚀的原因和过程-腐蚀热力学(本质原因:腐蚀进行 的方向)和金属腐蚀的过程—腐蚀动力学(机理:腐蚀进行 过程) § 环境因素对腐蚀发生和发展的影响-规律 § 通过机理和规律的研究,研制适宜的耐蚀材料、涂层及采取 合理的保护措施,达到防止或控制腐蚀的目的,延长设备的 寿命,降低设备的成本。18腐蚀防护意义 -减少损失和降低防腐成本、延长服役寿命通过普及腐蚀与防护知识, 推广应用先进的防腐蚀技术, 腐蚀造成的经济损失可减少30 %~40 %。 腐蚀损失和防护费用与 防腐蚀程度关系 总费用最低:腐蚀损失和防腐成本的最少 防腐蚀:成本支出 腐蚀:导致设备损失,停工损失等 19腐 蚀 防 护 的 基 本 途 径 (1 ) 提 高 金 属 本 身 的 耐 蚀 性 : 如 不 锈 钢 、 镍 基 合 金从材料的热力学稳定性和控制腐蚀动力学两个角度出发提 高材料的抗蚀性; (2 ) 改 变 环 境 ( 介 质 处 理 ) :降低环境的腐蚀性,如除去大气中的SO 2 ,在水溶液中除O 2 , 改变溶液的pH 值,在环境中加入缓蚀剂等; (3 ) 采 用 覆 盖 层 :采用金属和非金属涂层、改变材料的表面结构,使材料表 面具有耐蚀的特性;采用衬里、防锈油、防锈纸等,将材料与腐蚀介质隔开, 20腐蚀防护的基本途径 (4 )采用电化学保护(电保护) :对于金属的电化学腐蚀可通过阴极极化降低氧化反应速度, 或通过实现阳极钝化来以达到防腐目的; (5 )正确选材和合理设计 :为了防止腐蚀发生,必须重视正确选材和合理设计,设计时 做到材料匹配和结构合理、结构间连接应尽可能防止缝隙产 生等;(6) 腐蚀与防护的管理与教育: 主观上重视。加强对腐蚀与防护的管理,提高各类人员对腐 蚀与防护的重视,需要建立相应的教育体制,广泛开展腐蚀 与防护的教育工作,提高腐蚀与防护的自觉性。 21Galvanlized Iron - iron with zinc coating 22腐 蚀 为 交 叉 学 科 - 腐 蚀 工 程 师 的 专 业 背 景 多 样 23金属(电化学)腐蚀的分类 1. 自然环境腐蚀 (1 )大气腐蚀 -最普通的腐蚀 (2 )土壤腐蚀 -最复杂的腐蚀 (3 )水环境(淡水和海水)腐蚀 -最苛刻的腐蚀 (4 )微生物腐蚀-无处不在 2. 工业环境腐蚀(1 )在酸性溶液中的腐蚀;(2 )在碱性溶液中的腐蚀;(3 )在盐类溶液中的腐蚀;(4 )在工业水中的腐蚀;(5 )在熔盐中的腐蚀;(6 )在液态金属中的腐蚀(物理溶解腐蚀) 24金属(电化学)腐蚀的分类 1. 全面腐蚀(也称为均匀腐蚀) § 均匀的全面腐蚀 § 不均匀的全面腐蚀 2. 局部腐蚀 § 电偶腐蚀 § 点腐蚀(孔蚀、点蚀) § 缝隙腐蚀 § 晶间腐蚀 § 选择性腐蚀 § 氢致开裂(也称氢脆) § 应力腐蚀断裂(也称为应力腐蚀) § 腐蚀疲劳 § 磨损腐蚀 § 。。。。。。 2526Failure Statistics inGermany (a) & USA (b) 27n 重 量 指 标 :金 属 因 腐 蚀 而 发 生 的 重 量 变 化 , 换 算 成 相 当 于 单 位 金 属 表 面 积 于 单 位 时 间 内 重 量 变 化 的 数 值, 常 用 单 位 :mg/cm 2 hn 深 度 指 标 :金 属 的 厚 度 因 腐 蚀 而 减 少 的 量 , 以 长 度 单 位 表 示 , 并 换 算 成 单 位 时 间 的 数 值 , 常 用 单 位 :mm/a 金属腐蚀速度的表示法 28法拉第定律Faraday’s law § Faraday‘s law of electrolysis cells and electrochemical cells state that the amount of any substance that is deposited or dissolved in cells is directly proportional to the total passed electric charge. § It can be expressed as F is Faraday constant. F = 96485.309 C·mol -1= 1 Faraday. n A F It Q W ? ? ? ? ? 1 ? ? ? 29
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