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          本课程是材料物理专业的限选课，通过本课程的学习，使学生系统掌握阴极保护和阳极保护的技术及应用。金属是现代人类社会生活的重要物质基础。大多数金属都不稳定，在不利的环境条件下，它们可能因腐蚀受到不同程度的破坏。水溶液和土壤中的金属腐蚀就是由电压控制，即由电解液中金属电位控制的一种电解过程。依据电化学规律，反应趋势和反应速度将随着电位降低而减小。        

第二节设备腐蚀防护技术

一、腐蚀防护设计

1、防蚀结构设计

.原则：

·1）构件形状尽量简单、合理

2）避免残留液和沉积物造成腐蚀

.3）防止电偶腐蚀

·4）防止缝隙腐蚀

.5）防止液体的湍流腐蚀

·6）避免应力过分集中

7）设备和构筑物的位置要合理

1）构件形状尽量简单、合理a）形状简单的结构件易于采取防腐措施、排除故障，便于维修、保养和检查；b）可能情况下，尽量采用球形、圆柱形结构；c）避免或减少形成死角、缝隙、接头等，减少腐蚀性介质的积存和浓缩。

2）避免残留液和沉积物造成腐蚀设备、容器出口管及底部的结构设计，应力求将其内部的液体排净，避免滞留的液体、沉积物造成浓差腐蚀或沉积物腐蚀。

构件布置要合理，避免水分积存，且要易于防腐和维修。在可能的情况下，贮液容器内部应尽量设计成流线型。

3）防止电偶腐蚀

在同一结构中应尽量采用相同的材料；在必须采用不同金属组成同一设备时，选用在电偶序中相近的材料。不同金属连接时，尽量采用绝缘措施，加绝缘垫片（如合成橡胶、聚四氟乙烯等）。

在两异种金属材料偶接处加入第三种金属，使两种金属间电位差降低。在不同金属相连接时，应尽量采用大阳极小阴极的有利结合，避免大阴极小阳极的危险连接。

4）防止缝隙腐蚀

设备装置上焊接、铆接、螺栓连接、法兰连接等都带来了大量缝隙，对构件的防蚀不利。

原因：缝隙将产生氧浓差电池，同时缝隙内常因酸化导致腐蚀速度加快。

不锈钢和钛等材料，它们的耐蚀性是依靠金属钝化，因而对缝隙腐蚀无为敏感。

为了防止缝隙腐蚀，可采取如下措施：

a.尽可能以焊接代替铆接。在采用焊接时，用双面对焊和连续焊比搭接焊和点焊好。

b.改善铆接状况，在铆缝中可填人一层不吸潮的垫片。

c.容器底部的处置。容器底部不要直接与多孔基础（如土壤）接触，要用支座等与之隔离开。

d.法兰连接处垫片不宜过长，尽量采用不吸湿的材料作垫片。

e.避免加料时溶液飞溅到器壁，引起沉积物下的缝隙腐蚀。因此加料口应尽量接近容器内的液面。

5）防止液体的湍流腐蚀

.设计时应注意避免过度的湍流、涡流。

a.设计外形和形状的突变会引起超流速与湍流的发生，在设计

中应尽可能避免。

.b.管线的弯曲半径应尽可能大，尽量避免直角弯曲。通常管子的弯曲半径应为管径的3倍。材料不同这个数值亦不同。流速越高则弯曲半径也应越大。

.c.在高流速接头部位，不要采用T形分叉结构。应采用曲线逐渐过渡的结构。

为避免高速流体直接冲击设备器壁，可在需要的地方安装可拆卸的挡板或折流板以减轻冲击腐蚀。

6）避免应力过分集中

a.零件在改变形状或尺寸时，不应有尖角而应以圆角过渡；当设备的筒体与容器底的厚度不等而施焊时，应当把焊口加工成相同的厚度。

b.设备上尽量减少聚集的、交叉的和闭合的焊缝，以减少残余应力。施焊时应保证被焊接金属结构能自由伸缩。

C.热交换管的管子与花板的连接采用内孔焊接法比涨管法好，这样既减少缝隙，又减小应力腐蚀破裂的危险性。

7）设备和构筑物的位置要合理a）设备装置的布置应尽量避免相互之间可能产生的不利或有害影响，如贮液设备、液体输送设备或排泄设备应与电控设备留有一定的安全距离。

b.电气控制等设备应尽可能避开具有腐蚀性的环境，如在含有或可能泄漏氯气、氯化氰、硫化氢等腐蚀性和有毒性气体的局部环境中，要尽量避免布置电气设备或未做防腐处理的其他设备。

2、防蚀强度设计

1）腐蚀裕量的选择对于全面腐蚀的情况，在未考虑环境腐蚀算出构件

材料尺寸时，应根据这种材料在使用的介质中的腐蚀速度留取恰当的裕量，这样就可以保证原设计的寿命要求。腐蚀裕量的考虑要根据构件使用部位的重要性及使用年限来决定。

2）局部腐蚀的强度设计

对于晶间腐蚀、孔蚀、缝隙腐蚀等只有采取正确选材或控制环境介质，注意结构设计等措施来防止。

对于应力腐蚀断裂、腐蚀疲劳，如果材料的数据资料齐全，就有可能做出合适可靠的设计。

3）材料耐蚀强度特性的变化在加工及施工处理时，可能会引起材料耐蚀强度特性的变化，应加以注意。如某些不锈钢在焊接时，可能会造不锈钢的晶间腐蚀，使材料强度下降，可能会在使用中造成断裂事故。

3、其他防蚀设计在设计中，除上述几方面应当考虑外，在选用材料时，从经济方面考虑常常推荐各种防蚀保护措施，如使用防蚀涂料、电化学保护、缓蚀剂或电镀、化学镀、化学转化膜等其他工艺性防腐蚀措施等。

二、设备的电化学保护

.按照作用原理不同，电化学保护分为阴极保护和阳极保护两类。.1、阴极保护

.阴极保护——用一定的方法使被保护的金属设备发生阴极极化以减小或防止其腐蚀的方法。

.实现阴极保护的方法：

1）外加电流的阴极保护2）牺牲阳极的阴极保护

阴极保护特点及适用条件

.特点：阴极保护效果好、简单易行，不仅能减缓金属设备的腐蚀，而且能防止某些材料的应力腐蚀、腐蚀疲劳等局部腐蚀破坏。常用于地下管线、电缆，海洋平台、舰船等防腐。

.使用阴极保护时应注意的问题：

a.腐蚀介质必须是电解质溶液，能够离子导电。被保护设备在其腐蚀介质中要易于阴极极化。中性盐溶液、潮湿土壤、江水、海水、弱酸、弱碱等

介质对金属设备的腐蚀防护常采用阴极保护法。

b.钝态金属设备不宜采用阴极保护。对于已处钝化态的金属设备，在外加阴极电流条件下可能会使处于钝化态的金属设备进入活化态，反而加速设备腐蚀。

·c.结构、形状复杂的金属设备不宜采用阴极保护。

d.由氢脆敏感性材料制作的金属设备不宜采用阴极保护。因为作为阴极的金属设备上或多或少地都会发生析氢反应，可能导致材料的氢脆。

阳极保护的适用条件与特点a.某些活性阴离子含量高的介质中不宜采用阳极保护。因为这些活性离子如氯离子在高浓度下能局部地破坏钝化膜并造成孔蚀。

b.存在遮蔽效应。若阴、阳极布局不合理，可能造成有的地方已钝化，有的地方过钝化，有的地方尚处在活化态。

C.与阴极保护相比，成本高、工艺复杂。因为阳极保护需要辅助阴极、直流电源、测量及控制保护电位的设备。

3、阴极保护与阳极保护的比较

阴极保护和阳极保护都属于电化学保护，适用于保护处于电解质溶液中的金属设备，但它们又有各自的特点。

.1）从原理上讲，任何金属都可实施阴极保护（有负保护效应者除外）。

阻极保护则是有条件的，它只适用于金属一介质体系具有钝化行为的金属设备的保护，则会加速腐蚀。

2）阴极保护时，保护效果取决于阴极极化的程度，极化电流不代表腐蚀速度的大小。阳极保护时，必须通过阳极极化建立钝态，极化电流的天小能反映腐蚀速度的快慢。

3）阴极保护时，电位的偏移只会影响保护效果，不会造成腐蚀速度的显著变化（自钝化金属除外）。阳极保护时，电位的偏离可能造成腐蚀速度加快。

4）当介质具有强氧化性时，采用阴极保护需要大电流阴极极化。采用阳极保护时，由于钝化膜建立容易，易于进行阳极保护，且效果较好。

.5）阴极保护时析氢反应对具有氢脆敏感性的设备有造成氢脆的可能性，阳极保护时，析氢发生在辅助阴极上，被保护设备不会有产生氢脆的可能性。

6）阴极保护时，辅助电极是阳极，在强氧化性介质中容易腐蚀，选择拿适的阳极材料比较困难。阳极保护时，辅助电极是阴极。其本身就处被保护状态。

三、设备环境介质的控制

.两种途径：

1、控制环境介质中的有害成分

1）除去介质中的有害成分

2）控制介质的pH值

3）降低气体介质的湿度

2、添加少量的物质降低介质的腐蚀性（缓蚀剂

防蚀法）

1、控制环境介质中的有害成分

1）除去介质中的有害成分

影响介质中金属腐蚀的主要成分是氧。

如在无氧盐酸中，铜不发生腐蚀，在有氧条件下，铜就会发生腐蚀；在含氧条件下，氯离子浓度只要有10ug/g，奥氏体不锈钢就会发生应力腐蚀开裂，而在无氧情况下，即使浓度超过1000ug/g，也不发生应力腐蚀开裂；在Fe—水体系中，pH在4.5~9范围时，Fe的腐蚀速度几乎与pH值无关，只与体系中的溶解氧浓度有关。

介质中除氧是改善金属耐蚀性的有效途径。除氧的方法主要有加热除氧法和化学除氧法。

3）降低气体介质的湿度

.当气体介质中湿度过高时，其凝结水就会在材料表面上形成水膜，加速材料的腐蚀。因此降低气体的湿度是减缓金属腐蚀的有效措施之一。

.降低湿度的方法包括用干燥剂吸收水分、采用冷凝法除去水分或提高温度隆低湿度，使水蒸气无法凝结。

2、缓蚀剂

·缓蚀剂是一种在很低的浓度下，能阻止或减缓金属在腐蚀性介质中腐蚀速度的化学物质或复合物。

.作为缓蚀剂必须具备的条件是用量极少、有较好的防蚀效果和不改变介质的其他化学性质。

.1）分类

a.按化学组成可分为无机缓蚀剂（硝酸盐、铬酸盐、碳酸盐、钼酸盐等）和有机缓蚀剂（醛类、胺类、杂环化合物等）。

b.按对电极过程的影响可分为阳极缓蚀剂（铬酸盐、硅酸钠、苯甲酸钠等）、阴极缓蚀剂（锌盐、聚磷酸盐及多数有机缓蚀剂）、混合型缓蚀剂（琼脂、生物碱、亚硝酸二环己胺等）。

2）缓蚀机理

.吸附理论介质中缓蚀剂的极性基团定向吸附排列在金属的表面，形成连续吸附层，从而排除了水分子或氢离子等腐蚀介质的侵入或者使金属与腐蚀介质隔离，使介质的分子或离子很难接近金属表面，起到缓蚀作用。

.成膜理论缓蚀剂的分子能与金属或腐蚀性介质的离子发生化学作用，在金属表面生成具有保护作用的、不溶或难溶的化合物膜层，使金属不能接触到腐蚀性介质，从而起到缓蚀的作用。

.电极过程抑制理论缓蚀剂的加入能够抑制金属在介质中形成的腐蚀电池的阳极过程、阴极过程或同时抑制这两个过程，从而使腐蚀速度减慢，亦即起到了缓蚀的作用。

3）影响缓蚀作用的因素

.不同的缓蚀剂只对特定的金属在特定的腐蚀介质中具骨爱蚀作用”

.缓蚀剂的缓蚀作用受缓蚀剂浓度、温度、介质流速及pH值等因素的影响。

.对于大多数缓蚀剂，其缓蚀效果都是随缓蚀剂浓度的增大而提高；

.温度升高，金属腐蚀速度加快，同时金属对缓蚀剂的吸附作用减弱，因此缓蚀效果随之降低。

·介质流速和pH值都会对缓蚀剂的缓蚀效果产生影响。