28.9.2.4 防腐设计与选材
①防腐措施出发点和常用的防腐蚀方法
金属材料和非金属材料的防腐蚀措施的出发点主要有四大方向。
第一大方向，改变、改善材料。变化材料的组成和组织结构，如目前的特种金属材料、合金、水泥缓蚀剂的加入等。
第二大方向，电化学方法。改变金属材料与介质体系的电极电势，电化学保护原理，减少金属阴极区面积等人为阻止阴极氧化、阳极钝化都是利用了电化学的原理。
第三大方向，将腐蚀源和被保护材料隔开。金属表面涂、镀、渗、衬耐蚀材料；金属或混凝土材料表面进行防护油、涂料、衬里等保护都属于这一类。该原理衍生出来的防腐方法是目前市场上使用最多的，也是本书介绍的重点。
第四大方向，不改变材料，也不人为增加界面层隔开腐蚀源和被保护材料，而是去改变腐蚀介质和环境。改变外在腐蚀介质，如改变其pH值、降低介质温度、降低介质流速、降低介质中氧含量、降低操作过程中应力、介质中缓蚀剂等。
根据以上出发点，防腐措施最常见分为：金属材料防腐、电化学防护、无机材料防腐、有机材料防腐和复合材料防腐。更多的防腐蚀材料也见于金属材料、无机材料、涂料、高分子塑料、复合材料等。
由以上四大方向衍生出来一系列的解决问题的方案。
1. 正确选材。不同材料在不同环境中，腐蚀的自发性和腐蚀速度都可能不同。在特定环境中，选用腐蚀自发性小，更重要的是选用腐蚀速度较小的材料，就可以使设备部件的使用寿命延长。这是广泛使用的、简便而行之有效的方法。但是要正确选材，不仅需要正确、完整的数据，也需要一定的腐蚀及防腐知识。
2. 钝化。金属表面生成钝化膜后，腐蚀扩散阻力变得很大，腐蚀实际上停止了。对可能钝化的金属可采取下列几种方法促进钝化：（a）提高溶液的氧化能力，加入氧化剂。如铬镍不锈钢在不含氧的硫酸中，在很大的浓度范围内是活化态，腐蚀较严重，但加入少量硫酸铜或硝酸等氧化剂，就可使不锈钢转变为钝态。又如盐酸中加入氧化剂后，可以降低对钛的腐蚀；（b）导入阳极电流，提高溶液电位。当电位逐渐上升，腐蚀也逐渐上升，但到达钝化区后，腐蚀电流突然下降，电位则直线上升，利用恒电位器，使电位保持在钝化区，腐蚀率可保持很低的值。通电方向是以金属设备为阳扱，所以这种保护法通称阳极保护，适用于容易钝化的金属。工业上已用在处理硫酸、磷酸、碳酸氢铵液等的不锈钢或碳钢设备上；（c）合金化，金属中加入容易钝化的合金成分，当加入量达到一定比例之后，便得到耐蚀性优良的材料。如当铁铬合金中的铬大于12%，铁硅合金中的硅大于14%，镍铜合金中的镍大于30%～40%时，就得到耐蚀性优良的不锈钢、高硅铁、铜镍合金或蒙耐尔合金等。它们在许多环境中比基体金属铁、铜更容易钝化。在含铬钢中加入镍，可扩大钝化范围，还可提高机械性能，含铬18%，镍9%的不锈钢是工业和民用中最广用的合金。还可以在活性金属中加入少量贵金属，如不锈钢和钛在某些浓度和温度的硫酸中是活性的，腐蚀严重，但加入少量的钯或铂(0.1%～0.15%)之后，就会使超电压较低的微阴极増加，因此促进了腐蚀电池的形成，阳极电流很快增大，迅即达到了钝化区，使合金的耐蚀性增强；（d）表面钝化，用成膜剂（铬酸盐、磷酸盐、碱和硝酸盐、亚硝酸盐混合物等）处理金属就能生成坚牢密实的钝化膜。铝经过阳极处理之后形成的膜，比在大气中生成的膜更为紧密。这类膜在不太强的腐蚀环境（大气、水）中，有优良的抗蚀能力。钢铁表面的发蓝就是例子。也可采用表面合金化的方法，将易钝化的成分（铬、铝、硅）渗入钢铁表面，表面层接触氧化气氛后很容易钝化。它的抗高温氧化能力和其它某些耐蚀性均高于底层金属。
3. 缓蚀剂。缓蚀剂控制腐蚀的机理是由于促进了电池的极化。缓蚀剂按其成分可分为无机缓蚀剂和有机缓蚀剂。无机缓蚀剂有些使阳极过程减慢，有些使阴极过程减慢。所有促进阳极钝化的氧化剂（如铬酸盐、硝酸盐、Fe3+）或阳极成膜剂（碱、磷酸盐、硅酸盐、苯甲酸盐等），因为是在阳极反应，促进阳极极化，即为阳极型缓蚀剂。它的效果很好，但有危险。因为如剂量不够时，膜就不完整，膜缺陷处暴露的阳极面积小，电流密度大，腐蚀更加集中了，容易穿孔。阴极型缓蚀剂则是在阴极反应，促进阴极极化。如锌、钙、镁的化合物与阴极反应产生的OH-生成不溶性的氢氧化物，形成阴极上的厚膜，就会阻滞氧的扩散，增加浓差极化，使腐蚀速度减慢。脱氧剂（亚硫酸钠、肼等）在氧去极化的中性、微酸性液中有效，对处于钝态边沿的不锈钢则不利，因为破坏了钝化过程。又如阻抑放氢过程的杂质（硫、硒、砷、锑、铋等化合物）使阴极活化极化增大，因而腐蚀减小。有机缓蚀剂是吸附型，吸附在金属整个表面，形成几个分子厚的不可见的膜，有些螯形剂则能在金属表面生成一层金属有机化合物。它可能使阴极和阳极反应都受到阻滞。有机缓蚀剂的发展很快。常用品种有含氮化合物，如胺类、杂环化合物、长链脂肪酸化合物，含硫化合物（硫脲类）和含氧化合物（醛）等。缓蚀剂广用于水、盐水、油气井、酸洗、炼油等体系。涂料中也加入缓蚀剂（红丹、铅酸钙等），以防大气腐蚀。气相缓蚀剂（二环己胺亚硝酸盐和碳酸盐等）则用于密闭包装内，它的挥发性大，挥发后沉积在金属表面上，形成有效的保护薄膜。缓蚀剂也有不利方面，如可能污染产品，特别是食品；可能在生产流程的这部分有利，进入另一部分有害；还可能阻抑了需要的反应，例如酸洗时，使去膜 速度降低到不适用的程度。
4. 阴极保护。从外部导入电流，方向是以被保护设备作为大阴极，这时一部分外电流进入局部阴极，一部分进入局部阳极。导入电流有两种方式。一是利用外电源，体系中加入一块导流电极（石墨、高硅铁、废钢等）作为阳极。另一是将一块电位较低的金属（如比铁电位低的锌、镁、铝及其合金）与被保护的金属设备连接，使两者在电解液中构成原电池。这时电位较低的金属（锌、镁等）作为阳极会逐渐被腐蚀，所以也称牺牲阳极。阴极保护广泛用于地下管道及其它埋在土中的金属设备、海船、港湾码头设备、水槽、水库闸门、油、气井等。阴极保护是一种既经济简便又行之有效的方法。
5. 金属镀层。镀一层或多层（二至三层）较耐腐蚀的金属（如铬、镍、铅等），可以保护底层的钢铁。镀层一般很薄，只有几十微米，因此不可免的存在微孔，当溶液渗入微孔时，构成了镀层-底层腐蚀电池，铬、镍、铅等成为阴极，反会加速钢铁的腐蚀。因此，电位比铁高的镀层（包括易钝化的金属如铬、钛、及贵金属金、银等）只适于腐蚀性较缓和的环境。不锈钢、钛、镍、银等的薄板衬里，因消除了微孔，则可用于各种强腐蚀环境。贱金属保护层如电镀或浸镀锌（白铁皮），保护机理和前述锌粉涂料相同。镀层虽然有微孔，但锌作为牺牲阳极，可保护底层铁，它是阴极保护的另一形式。铁镀锡层（马口铁皮）广用于食品工业中, 如作罐头盒等。锡的标准电位比铁高，但是在食品所含的有机酸中，锡的电位却低于铁，所以也属阴极保护镀层。
6. 涂料。涂料是应用最广泛的一种防腐手段。它通常由合成树脂、植物油、橡胶浆液、溶剂等配制而成，覆盖在金属面上，干后形成薄层多孔的膜，虽然不能使金属与腐蚀介质完全隔绝，但使介质通过微孔的扩散阻力和溶液电阻大大增加，腐蚀电流下降。
7. 非金属衬里。钢铁在非氧化性酸类和酸性盐溶液中腐蚀严重，但许多非金属却有优良耐蚀性。所以化工设备广泛采用橡胶衬里、热塑性塑料衬里、厚浆型涂层衬里、鳞片胶泥衬里、玻璃钢/复合材料（纤维增强热固性塑料）衬里、砖板衬里等，将腐蚀环境和金属隔离开。有些设备也可全部用非金属代替（如整体塑料设备、整体玻璃钢设备等）。
8. 控制腐蚀环境。消除环境中直接或间接引起腐蚀的因素，腐蚀就会停止，但大多数环境（如大气、海水、土壤等）是无法控制的，化工生产流程也不能任意更动。如果改变环境对于产品、工艺等不会造成有害的影响时，在个别情况下也可釆用这种方法，有时还是唯一有效的方法。如锅炉水去氧，炼油和其它工艺中加碱调节pH值，温度太高时冷却降温，工艺中采用缓和的介质代替强腐蚀介质等。上述采用缓蚀剂、电化学保护等也属于控制腐蚀环境。
9. 改善设计。控制腐蚀的工作应从设计开始，设计人员应该了解腐蚀的基本知识，以避免那些加速腐蚀的错误设计和加工处理方法。应尽可能避免造成腐蚀电池的结构因素，例如避免两种不同金属接触和不同部位的浓度差别，消除不便排液的死角、缝隙，使溶液各部分浓度和含量均匀，避免各部位温度和应力的差别。如存在可以引起应力腐蚀破裂的环境，那么对有残余应力的部件应消除应力或采取其他有效措施等。
耐蚀涂层或衬里应用于化学品浸泡状态的储罐、设备及管道的内表面防腐属于典型的第三大方向的“6. 涂料”和“7. 非金属衬里”。这也是化学品浸泡状态的储罐、设备及管道的内表面防腐设计时采取最普遍、最广泛的解决方案。
以上
欧阳13918593706，13386252202
2022年12月22日 AM10：00
于 上海 松江 Home
