控制腐蚀的方法
来源: | 作者:shenzhenjhd | 发布时间: 2011-01-22 | 156 次浏览 | 分享到:
控制腐蚀的方法

  阴极保护
   由图2-2可以看出,腐蚀电池中的阴极是接受电子产生还原反应的电极,只有阳极才发生腐蚀。利用这个原理,可以从外部导入阴极电流至需要保护的设备上,使设备全部表面都成为阴极。在图2一3中:原来金属表面状态为腐蚀电位Ecorr:与腐蚀电流Icorr的交点M,如果从外部输入阴极电流IA,IA一部分进入局部阴极,一部分进入局部阳极。电流的分布与阴、阳极的电阻成反比,原来的局部阴极电流与局部阳极电流相Icorr等,但二者方向相反。导入人IA后,在阴极因电流方向相同,IK=Icorr+∫IA(∫为电流分布系数),阳极因电流相反,Ia=Icorr-(1-∫) IA。所以导IA后,IK逐渐增加,电位逐渐降低,沿着CM线下降;Ia 则逐渐减小,沿着MA线下降,当电位下降到EA即局部阳极的开路电位后,Ia =0,此时腐蚀停止,设备达到完全的保护。


  
       图2一3:阴极保护的效应
   EA一阳极开路电位;Ec一阴极开路电位;
  Ecorr一腐蚀电位(复合电位); iA一外加电流;icorr一腐蚀电流
   从热力学上也可解释,当电位下降到免蚀区(图2一4)时,腐蚀实际停止,不过电位下降到放氢平衡线a以下时,可能产生氢脆。
  导人外电流有两种方法:一是从外部接上直流电源,体系中连接一块导流电极(石墨、 铂或镀钌、钛、高硅铁、废钢等)作为阳极,另一是连接一块电位较负的金属,例如钢铁设备连接一块锌、镁、或铝合金,由于后者电位比铁低,在电解液内构成的原电池中成为阳极,阳极会逐渐腐蚀,所以也称牺牲阳极,须定时更换。   
   阴极保护广泛用于土壤和海水中的金属结构,如管道、电缆、海船、港湾码头设施、钻井平台、水库闸门、油气井、家用水糟等。为了减少电流输入、延长使用寿命一般和涂料联合应用,是一种经济简便、行之有效的防腐蚀方法。


 
图2-4 电位-pH图(Fe—H2O,25℃)
  合金化
  在基体金属中加入能促进钝化的合金成分,当加入量达到一定比例后,便得到耐蚀性优良的材料。如铁中加入铬,当铬量达12%以上时,就成为不锈钢,在氧化环境中由于表面生成钝化膜,有很高的耐蚀性。
  铬钢中加入镍,可扩大钝化范围,还可提高机械性能。含铬18%、镍9%的铬镍不锈钢是工业和民用中最广用的耐蚀合金。又如铁中加入硅量达14%时,就得到耐酸性优良的高硅铁,它的表面主成氧化硅保护膜,对热硫酸、硝酸、混酸等都有优良的抵抗力。镍铜合金中的镍大于30~40%时,可得到含镍10~30%的铜镍合金(Cupron一ickel)和镍70铜30(Monel)合金,它们比纯铜和纯镍的耐蚀性在一些环境中都更优越些。一系列镍合金是有名的耐蚀材料,如镍铸铁有优良的耐碱性。镍钼铬合金是少数能耐高温非氧化性酸(如盐酸)的合金。镍铝铬铁合金能耐高温氧化性酸、次氯酸盐、海水等,比一般不锈钢更好。
  在某些活性金属中加入微量超电压低的阴极贵金属,可以促进钝化,如不锈钢和钛在某些浓度和温度的硫酸中是活性的,如在基体金属中加入0.1~0.15%的钯或铂,将在合金表面分布成为众多的微阴极,促进局部腐蚀电池的运转,阳极电流很快增大,迅即达到钝化区,使合金耐蚀性增强。
  表面处理
   金属在接触使用环境之前先用钝化剂或成膜剂(铬酸盐、磷酸盐、碱、硝酸盐和亚硝酸盐混合液等)处理,表面生成稳定密实的钝化膜,抗蚀性大大增加。它与缓蚀剂防护法的不同之处,在于它在以后的使用环境中(如大气、水)不需要再加入缓蚀剂,铝经过阳极处理,表面可以生成比在大气中生成的更为密实的膜。这类膜在温和的腐蚀环境( 大气和水)中有优良的抗蚀能力。钢铁部件表面发蓝也是一个广为应用的例子。
   整体合金化造价比较昂贵,可采用表面合金化的方法,将易钝化的合金成分如铬、钼、硅渗人钢铁表面,一般将钢部件放在充满粉末铬、铝、硅中,或在金属蒸气中,进行加热渗镀。表面渗镀层在氧化性环境内产生钝化膜,它的抗高温氧化力和某些耐蚀性优于底层钢。由于保护层薄,不耐磨损,寿命比整体的合金短,不适于长期接触强腐蚀介质。
  较新的一种表面技术是离子注入法,一般用硼、碳、磷、硅、氮、钼、钯、铂等元素或贵金属用离子注入机使其电离、加速,使高能离子与基体金属相撞击,进入表面,形成一定深度和浓度的非晶态合金层。具有比基体金属高得多的耐蚀性,现已应用于小部件。
  金属镀层和包覆层
   在钢铁底层上可用一薄层更耐腐蚀的金属(如铬、镍、铅等)保护。常用的方法是电镀,一般镀2~3层,只有几十微米厚,因而不可避免地存在微孔,溶液可渗人微孔,将构成镀层~底层腐蚀电池。镀层如为贵金属(金、银等)或易钝化金属(铬、钛)以及镍、铅等时,由于电位比铁高,将成为阴极,会加速底层铁腐蚀。因此这类镀层不适于强腐蚀环境(如酸),但可用于大气、水等环境,缓慢产生的腐蚀产物可将微孔堵塞,电阻增大,有一定的寿命。如果用贱金属锌、镉等作镀层,构成腐蚀电池的极性则与上述相反,孔内裸露的钢为阴极,锌或镉镀层为阳极。锌、镉作为牺牲阳极,使钢得到阴极保护,在缓和的腐蚀环境中,锌的腐蚀慢,可以保持较长寿命。镀锡的铁(马口铁)广泛用于食品罐头,锡的标准电位高于铁,但在食品有机酸中,它却低于铁也起了牺牲阳极的作用。除了电镀外还常用热浸镀(熔融浸镀)、火焰喷镀、蒸气镀和整体金属薄板包镀。后者因无微孔,耐蚀性强,寿命也更长,但价格高些。
  涂层
   用有机涂料保护大气中的金属结构,是最广用的防腐手段。市售各类油漆、清漆、假漆等都属这一类,主要是由合成树脂、植物油、橡胶浆液、溶剂、助干剂、颜料、填料等配制而成。品种极多,过去以植物油为主的油漆现在多为合成树脂漆所替代。涂料覆盖在金属面上,干后形成多孔薄膜,虽然不能使金属与介质完全隔绝,但增大介质通过微孔的扩散阻力和溶液电阻,使腐蚀电流下降。在缓和的环境如大气、海水等中,微孔底金属腐蚀缓慢,腐蚀产物可堵塞微孔,有很长的使用寿命,但不适于强腐蚀溶液如酸中,因为金属腐蚀迅速,并产生氢气,会使漆膜破裂。
  涂料的施工程序如下:首先是表面处理,这是最重要的一环,表面锈垢、油污等要用喷砂、喷丸和火焰清除等方法彻底除净,否贝会影响涂层与金属的粘结力,寿命大大缩短;其次是选用底漆,一般加人红丹,铅酸钙,铬酸锌和锌粉等缓蚀剂,当微孔中渗人介质后可起缓蚀作用。最后是面漆,除了耐蚀外,美观也是重要的目的。一般要涂几层面漆,使微孔尽量减少。常用的合成树脂优良品种有:环氧、过氯乙烯、聚氨酯、氯磺化聚乙烯、氯化聚醚、酚醛、呋喃(糠醇)等。沥青是廉价但性能优良的涂料,也常和环氧树脂等混合应用于地下管道。天然树脂生漆是我国特产,具有优良耐酸性和耐候性,是一种高级涂料。
  无机涂层中广泛应用的是以锌粉为主的富锌漆,以合成树脂为粘结剂,干后表面锌膜是导电的,作用和阴极保护相同,在大气中可使用很久,也可使用于较高温。