资源预览内容
第1页 / 共137页
第2页 / 共137页
第3页 / 共137页
第4页 / 共137页
第5页 / 共137页
第6页 / 共137页
第7页 / 共137页
第8页 / 共137页
第9页 / 共137页
第10页 / 共137页
亲,该文档总共137页,到这儿已超出免费预览范围,如果喜欢就下载吧!
资源描述
过程装备腐蚀与控制 第十讲 高海涛,影响腐蚀的结构因素,力学因素 表面状态与几何因素 异种金属组合因素 焊接因素,金属在某些环境中的腐蚀,第一节 在高温气体中的腐蚀 第二节 在大气中的腐蚀特点 第三节 在土壤中的腐蚀特点 第四节 在海水中的腐蚀特点,金属结构材料的耐蚀特性,第一节 金属耐蚀合金化原理 第二节 常用结构材料的耐蚀性 第三节 结构材料的选择原则,金属的热力学稳定性 判断依据:标准电位值 酸性溶液中EH = 0V 中性溶液中EH = -0.414V 中性溶液中EO2 = 0.805V 当金属的电极电位小于以上值时,即发生腐蚀,一、纯金属的耐蚀特性,金属的钝化 热力学不稳定的金属在氧化性介质中容易钝 化可钝化的金属有 锆、钽、铌、铝、铬、铍钼镁、镍、钴、铁 这些金属大多在氧化性介质中易钝化 在Cl- 、Br-、F-,离子作用下钝态易破坏。 易钝化的金属可作为合金元素加入合金中使合金获得耐蚀性 腐蚀产物膜(机械钝态膜)的保护性能,1、提高金属的热力学稳定性 (贵金属,成本高,难以推广) 2、减弱合金的阴极活性 减小金属或合金中的活性阴极面积;通过热处理的方法形成稳定的固溶体 加入析氢超电压高的合金元素(增大合金阴极析氢反应的阻力),二、金属耐蚀合金化的途径,3、减弱合金的阳极活性(是最有效、应用最广泛的方法) 减少阳极相的面积 加入易钝化的合金元素 加入阴极合金元素促进阳极钝化 4、使合金表面生成电阻大的腐蚀产物膜,铬(Cr): 是不锈钢的基本合金元素;热力学不稳定 与铁基合金组成固溶体时,合金呈现不同程度的类似铬的耐蚀特性 在具备钝化的条件下,含量越高,耐蚀性越好 在不能实现钝化的条件下,随着含量的增高,腐蚀速率反而加大,三、主要合金元素对耐蚀性的影响,镍(Ni): 热力学不够稳定 与Fe-Ni合金在硫酸、盐酸和硝酸中的腐蚀速率都随着镍的含量的增加而减小; 镍在铁的基体中的耐蚀性不是钝化作用,而是使合金的热力学稳定性提高 在氧化性介质和还原性介质中均有效,优势: 与铬配合加入铁中获得不锈钢; 综合了铬镍的优势,耐氧化性介质腐蚀也耐还原性介质腐蚀; 形成奥氏体,具有良好的热加工性、冷变形能力、可焊性、良好的低温韧性。 不利之处:增加不锈钢的晶间腐蚀倾向,钼(Mo): 使合金耐还原性介质的腐蚀和抗氯离子等引起的孔蚀 含量较小时,使钢对氯化物腐蚀破裂敏感,而当钼含量大于4%时,钢的耐应力腐蚀破裂性能提高 钝化膜厚度随着钢中钼含量增高而增厚,而膜厚度的增加通常会延长蚀孔形成的孕育期,提高耐孔蚀性能。,硅(Si): 在相应的合金中具有耐氯化物腐蚀破裂、耐孔蚀、耐浓热硝酸、抗氧化、耐海水腐蚀等作用 不锈钢随硅含量的增加,耐应力腐蚀破裂性能显著改善(依靠加硅形成富硅保护膜) 耐氯离子腐蚀(耐氯化物应力腐蚀破裂) 改善耐孔蚀性能(提高了钢的钝态稳定性) 耐强氧化物腐蚀:形成富集Si, Cr, O的表面膜 Si与Cr, Mo与Cu配合,可以得到各种耐海水钢,铜(Cu): 是低合金钢、不锈钢、镍基合金、铸铁中常用的耐蚀合金元素之一; 耐大气腐蚀:铜在低合金钢大气腐蚀过程中起着活性阴极的作用,在一定条件下可以促使钢产生阳极钝化,从而降低腐蚀速率;,钝化膜易被活性氯离子破坏,所以铜钢只在较纯净的空气中具有较好的耐蚀性; 可提高钢对H2SO4的耐蚀性:提高了合金的热力学稳定性; 可减弱钢在海水中的缝隙腐蚀:加入Cu后,钢的阳极过程受到阻滞,使钝化临界电流密度减小。,常用结构材料的耐蚀性能,主要有不锈钢、铝及铝合金、钛及钛合金、硅铸铁等 1、18-8不锈钢(Cr18%, Ni8%-9% ;n=2) 在空气、水、中性溶液和各种氧化性介质中十分稳定 在酸性介质中(氧化性酸或非氧化性酸,以及氧化性的强弱有关) 不锈钢设备的腐蚀多是局部腐蚀破坏: 晶间腐蚀、孔蚀、应力腐蚀,一、依靠钝化获得耐蚀能力的金属,铝的耐蚀能力主要取决于在给定环境中铝表面的保护膜的稳定性; 在中性和近中性以及大气中具有很高的稳定性;在氧化性的酸或盐溶液中也十分稳定 常用于浓硝酸的生产中 在含卤素离子的中性溶液中易发生小孔腐蚀,2、铝与铝合金,在大多数有机介质中有很好的耐蚀性 对硫和硫化物有很好的耐蚀性 加入Cu, Mg,Mn等使铝强化,提高纯铝的强度 耐蚀铝合金主要有Al-Mn, Al-Mn-Mg, Al-Mg-Si, Al-Mg,氧化性介质;沸水和过热蒸汽;沸腾铬酸、浓硝酸、浓硝酸的混酸、高温高浓度的硝酸 在中性和弱酸性氯化物溶液中有良好的耐蚀性 在含有少量氧化剂或添加高价重金属离子,或与铂、钯等相接触,抑制钛的腐蚀(可以促使阳极钝化) 在稀碱溶液中耐蚀 在一定条件下,发生激烈的发火反应; 主要品种有:Ti-Pd, Ti-Ni, Ti-Mo, Ti-Ni-Mo合金 容易发生氢脆情况 应力腐蚀破裂,3、钛及钛合金,含14.5-18%硅的铁硅合金称为高硅铸铁 n=2 表面钝化形成SiO2保护膜 在碱,氢氟酸,氟化物,卤素,亚硫酸等环境中不耐蚀 抗热冲击能力差,4、高硅铸铁,结构材料的选择原则,1、介质的特性与温度、压力 2、工艺条件对材料的限制 3、设备的功能和结构 4、运转及开停车的条件,一、根据工艺条件分析对设备材料的要求,首先了解各种材料的共性, 然后分析某些材料的特殊性质, 全面掌握各种材料的基本特性,二、掌握材料的基本特性,三、材料选择的基本要点,耐蚀性 力学物理特性 加工成型工艺性能 材料价格与来源,第五章 非金属结构材料的耐蚀特性,第一节 高分子材料的腐蚀性和影响因素 第二节 耐腐蚀高分子材料 第三节 耐腐蚀无机非金属材料 第四节 碳-石墨 第五节 树脂基复合材料-玻璃钢的耐蚀性,高分子材料的腐蚀特性和影响因素,渗透:高分子材料处于环境中,腐蚀性介质通过材料 表面渗入内部,同时,材料的可溶成分及腐蚀 产物逆向扩散进入介质。 溶胀:相当数量的介质小分子渗入高聚物内部,引起 高分子材料宏观上的体积和重量的增加 溶解:如果大分子间无交联键,溶胀可以一直进行下 去,大分子充分溶剂化后会缓慢的向溶剂中扩 散,形成均一的溶液,一、溶胀、溶解与渗透,二、化学腐蚀-氧化,聚二烯烃 聚丙烯 低密度聚乙烯 高密度聚乙烯,加聚反应合成的产物的主链“CC”共价键不易水解 杂链高聚物易水解,杂原子与碳原子键的极性越大, 越易水解 高分子材料的水解基团在酸碱介质中的水解活化能越高, 越不易水解 耐酸性介质水解的能力: 醚键 酰胺键或酰亚胺键 酯键 硅氧键 耐碱性介质水解的能力: 酰胺键或酰亚胺键 酯键,三、化学腐蚀-水解,影响高分子材料老化的因素: 阳光 温度 湿度 其他作用,五、老化(耐侯性),紫外线,红外线,水分、 雨雪,第二节 耐腐蚀的高分子材料,一、硬聚氯乙烯塑料:nCH2CHClCH2CHCln,材料的溶解性和渗透性增加,聚合物裂解 交联,氧化产物降解 交联(老化),硬聚氯乙烯塑料:nCH2CHClCH2CHCln,常用耐腐蚀部件和设备:,贮槽、塔设备、电除雾器、离心泵、风机、管道、管件及阀门等,研制开发改性的聚氯乙烯: FR-PVC C-PVC 玻璃钢增强PVC,PVC使用实例见P104,二、其他塑料,1、聚丙烯塑料(PP) 具有良好的耐蚀性、耐溶剂性、耐热性(PVC) 可以采用热塑性塑料的加工方法、可以焊接 常用于制作化工管道、贮槽、衬里等 石墨改性PP,可做PP换热器 线膨胀系数PP =3 线膨胀系数PVC 杨氏模量PP=1/8 杨氏模量PVC,热膨胀和刚性问题,2、 氟塑料:含 F 原子的塑料的总称。 具有耐蚀、耐热、自润滑性,聚四氟乙烯(PTFE,F - 4) 聚三氟氯乙烯(PCTFE, F 3) 聚全氟乙丙烯(FEP,F 46),3、氯化聚醚塑料,结晶 大分子结构中存在醚键 具有较高的耐蚀性。 热塑性塑料加工成型 用做涂层和衬里,4、聚苯硫醚塑料PPS,耐热 机械性能高 热塑性塑料加工成型 用做耐蚀和耐热的阀门、泵、密封环 主要用于防腐涂层,第三节 耐腐蚀的无机非金属材料,一、 陶瓷,1、陶瓷的耐蚀性的影响因素:,材料的化学成分 矿物学组成 孔隙 结构类型 高温下材料性质的变异 腐蚀介质的性质,SiO2, Al2O3 耐酸,CaO, MgO 耐碱,陶瓷的化学组分为各类硅酸盐,2、陶瓷材料的特性指标:,孔隙率和吸水率 不渗透性 耐热冲击性能 耐酸度,无定形碳和石墨的成品统称为碳素材料,第四节 碳 - 石墨,碳素材料是一种重要的工程材料 耐磨、耐蚀的特点; 应用:冶金、机电、化工、原子能和航空等,一、碳-石墨制品的制造,填塞孔隙 合成树脂、水玻璃、低熔点金属,无烟煤、焦炭、石油焦,浇铸石墨,压制石墨,第五节树脂基复合材料-玻璃钢的耐蚀性,玻璃钢: 玻璃纤维(或玻璃纤维布)与热固性树脂组成的树脂基复合材料称为玻璃纤维热固性增强塑料,俗称玻璃钢。,具有高强度、耐腐蚀、成型加工性好等特点。,性能与玻璃纤维及树脂的种类、组成相的比例、组成相之间的结合强度有关,玻璃钢 制品,环氧基,一、 化工玻璃钢常用树脂的耐蚀特性 1、环氧树脂,凡分子结构中含有环氧基团 的高分子化合物统称为环氧树脂。,粘接性能优异 环氧固化物具有优良的化学稳定性 固化收缩率小(一般2): 酚醛树脂为810;不饱和聚酯树脂为4 6;有机硅树脂为48) 环氧固化物的马丁耐热度105130 常温下流动性好,2、酚醛树脂,防腐工程用热固性酚醛树脂,热塑性酚醛树脂,较高的化学稳定性 在非氧化性酸中,耐蚀性环氧树脂和聚酯树脂,不耐碱腐蚀 马丁耐热度为120,最高为 150 (不受力) 具有较大的收缩率和气孔率 环氧-酚醛树脂 使材料的耐酸、碱,耐热以及收缩率、粘结性等性能得到综合提高,3、呋喃树脂,分子中含有呋喃环的高聚物称为呋喃树脂,具有良好的耐酸、耐碱性能 可在酸碱交替的环境中使用 不耐氧化性酸和其他氧化性介质的腐蚀 耐溶剂性和耐热性较好 塑性差易脆裂 与金属的粘结能力差,4、聚酯树脂,聚酯:多元醇与多元酸形成的缩聚物的总称,不耐氧化性介质、易老化 在碱和热酸的作用下,发生水解 成型工艺性能良好 制品致密性好,制造玻璃钢主要用不饱和聚酯,二、玻璃钢的耐蚀特性 1、玻璃钢的强度和使用温度,力学性能的最大特点:比强度高 相对密度是碳钢的1/31/4, 比强度是碳钢的23倍 玻璃钢的导热系数仅为钢的1/1002/1000 不适合做传热设备 热膨胀系数较树脂大为减小 固化成型后尺寸比较稳定,不会因温度变化发生较 大的形变,2、玻璃钢的耐化学腐蚀特性,玻璃钢的耐蚀性主要取决于树脂 腐蚀过程是腐蚀介质或溶剂的渗透引起树脂溶胀、溶解、水解、或受热氧化降解及热分解作用而导致的树脂结构的破坏,3、玻璃钢的耐老化性能 酚醛树脂老化最严重; 防腐用的玻璃钢在自然环境中可使用5-7年 老化对机械强度影响较小,弹性模量缓慢降低,三、玻璃钢设备的结构设计特点 1、层间结构:,内层: 耐腐蚀层 厚度:0.51.5mm;树脂:90% 过渡层: 中间防渗层 厚度:22.5mm;胶量:5070% 增强层: 承载设备负荷, 厚度 依设计强度;玻纤维:70% 外层:提高防老化性能,外表美观 厚度12mm;含胶量:8090%,第六章 防腐方法,目前工程中用得最多的防腐方法: 金属或非金属材料覆盖层 金属覆盖层:金属衬里;金属镀层;复合金属板等 非金属覆盖层:衬里;搪瓷;搪玻璃;涂料; 联合覆盖层 电化学保护 包括阴极保护;阳极保护 防腐结构设计 介质处理,从防腐效果、施工难易、经济成本等方面综合考虑选取防腐方法,第一节 电化学保护法,电化学保护是根据金属电化学腐蚀原理对金属设备进行保护的方法。分为阴极保护和阳极保护,(一)阴极保护,一 、阴极保护,电保护和护屏保护的原理完全相同; 腐蚀着的金属看作是双电极腐蚀厚电池,1、原理,最小保护电流密度 最小保护电位,2、阴极保护的基本参数,阴极保护的基本参数都
网站客服QQ:2055934822
金锄头文库版权所有
经营许可证:蜀ICP备13022795号 | 川公网安备 51140202000112号