工业介质中的腐蚀与防护课件.ppt
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1、第六讲 工业介质中的腐蚀与防护 工业介质主要指酸、碱、盐和工业水。1.酸介质中的腐蚀与防护 2.碱介质中的腐蚀与防护 3.盐介质中的腐蚀与防护与防护 4.工业水介质中的腐蚀与防护,1.酸介质中的腐蚀与防护 金属在酸溶液中的腐蚀情况,视其是氧化性酸还是非氧化性酸而具有不同的规律。氧化性酸的腐蚀特点是:在一定浓度范围内,氧化性酸的浓度增加,腐蚀加速;而当酸浓度超过某一临界值时,金属发生钝化,腐蚀速度下降。如硝酸、硫酸等。,非氧化性酸的特点是:腐蚀的阴极过程纯粹为氢的去极化过程(即氢离子的还原过程),腐蚀速度随氢离子浓度的增加而上升,如盐酸等。下面讨论盐酸、硝酸、硫酸、有机酸中的腐蚀与防护情况。,1
2、.1 金属在盐酸中的腐蚀 多数常用金属和合金在盐酸中的腐蚀性都很强。如果同时存在空气和氧化剂,则腐蚀条件可能极为恶劣,腐蚀更厉害。特别是含有一定量FeCl3(或氯化铜等氧化性盐类)的热浓盐酸的腐蚀性很强,已成为工业金属和合金以及许多非金属材料不能填补的选材空白,即很难选到经济的耐蚀材料。,(1)腐蚀机理 盐酸是一种典型非氧化性酸,金属在盐酸中的腐蚀是原电池腐蚀。阳极过程即金属的溶解:MM2+2e 阴极过程是氢离子的还原:2H+2e2H H2,(2)腐蚀影响因素 1)金属在盐酸中的腐蚀速度随盐酸浓度增加而上升。2)钢在盐酸中的腐蚀速度还随钢中含碳量的增加而增大。碳钢和铸铁中的碳以Fe3C和石墨的
3、形式存在,杂质越多,腐蚀越严重。,几种情况下腐蚀速率的比较,原电池腐蚀 化学腐蚀,C,Fe,Fe,海水,海水,大于,(3)金属在盐酸中的耐蚀性分类 按金属和合金在盐酸中的腐蚀程度,将金属和合金分为两类:1)通常适应于多数用途的金属和合金 这类金属和合金有Chromet2镍钼合金、Chromet3镍钼铬合金、哈氏合金B、哈氏合金C、Durichlor含钼高硅铁(均为美国牌号)、锆、钼和钽(tan)等。,其中,Chromet2镍钼合金和哈氏合金B对一切浓度的盐酸,直到沸点以下,都显示良好的耐蚀性,但在充气或有氧化剂存在的情况下,会遭受腐蚀。哈氏合金(Hastelloy alloy)是镍基合金的一种
4、,主要成份为镍铬铁钼,目前主要分为B、C、G三个系列。,Durichlor含钼高硅铁在工业中用于中等温度以下和所有浓度的盐酸和粗盐酸,但在沸腾的浓盐酸中迅速腐蚀。钽虽然很贵,但具有很高的强度和非常优良的耐蚀性,因此对于不允许腐蚀的设备如计量装置,可以用钽来制造。,2)除了在微量酸中使用外,在其它条件下一般都不适用的金属和合金 这类材料主要是钢铁,其次还有锌、镁、锡以及铝和铝合金、铅和铅合金等。,另外,非金属材料在盐酸中具有良好的耐蚀性,因此用途广泛。多数塑料和橡胶在它们的使用温度极限之下,适合于所有浓度的盐酸。木材也是用于稀盐酸的一种廉价材料。/,盐酸专用汽车槽罐使用硫化橡胶衬里,1.2 金属
5、在硝酸中的腐蚀 硝酸是重要的基本化工原料之一,其生产规模在各种酸的制造上仅次于硫酸。但无论是生产硝酸或是接触硝酸的设备,都会遇到腐蚀问题。因此,硝酸的腐蚀是一个非常普遍的现象。在硝酸中常用的金属材料主要是不锈钢和高硅铁,某些环境下还可以用铁、碳钢及某些非金属材料。,1.2.1 碳钢在硝酸中的腐蚀 当硝酸质量分数低于30%时,碳钢的腐蚀速度随硝酸浓度的增大而增加,为氢的去极化腐蚀。当超过30%时,由于碳钢发生钝化,腐蚀速度降低,在50%时腐蚀速度降到最小。超过85%以后,腐蚀速度又开始上升,发生过钝化现象。,由于碳钢在一定浓度的硝酸中会发生钝化作用,因此在室温、一定浓度的硝酸中,如果溶液浓度变化
6、不大的情况下,偶尔也使用碳钢和铸铁,但不是常用材料。/,1.2.2 不锈钢在硝酸中的腐蚀 不锈钢是硝酸系统中大量采用的耐蚀材料,但含铬量(质量分数)应不低于15%,奥氏体18-8不锈钢是用途最广泛的品种,它对25以下所有浓度的硝酸及浓度低于60%(质量分数)、沸腾温度以下的稀硝酸都有优良的耐蚀性能。,但不锈钢在浓硝酸中,会因过钝化使腐蚀速度增大。除此以外,在某些条件下,还会产生晶间腐蚀、应力腐蚀破裂和小孔腐蚀等局部腐蚀。/,1.2.3 铝在硝酸中的腐蚀 铝对于浓硝酸有突出的耐蚀性能,WHNO3大于80%时,其耐蚀性比不锈钢好得多,所以铝是制造浓硝酸设备的优良材料之一。常用WAl为99.85%以
7、上的工业高纯铝制造处理浓硝酸的设备,如冷却盘管、冷凝管风罩、贮槽、排风筒等。,铝的最大缺点是硬度小、强度低,用于制作承受磨损和要求具有一定强度的零部件时,难以胜任。另外,不适当的焊接会降低铝制设备的耐蚀性。/,1.2.4 钛在硝酸中的腐蚀 钛对一切浓度及温度高于正常沸点的硝酸有突出的耐蚀性,不仅在常压下使用,而且在一定压力下仍保持优良耐蚀性,钛在发烟硝酸中的耐蚀性也非常好。,但钛在很浓的红发烟硝酸或N2O4中可能产生应力腐蚀(如阿波罗登月飞船的高能燃料N2O4贮存在钛合金高压容器中,由于N2O4含有微量氧造成应力腐蚀,加入0.6的NO之后得以解决)。另外,钛在含NO2多、含水量少的红发烟硝酸中
8、有自燃倾向,因此当酸中WH2O低于1.5%、WNO2高于2.5%时,一般不推荐使用钛。/,1.2.5 非金属材料在硝酸中的腐蚀 许多非金属材料都具有优良的耐硝酸腐蚀性能,但因一般不锈钢能解决大部分硝酸腐蚀问题,所以应用不多。如聚四氟乙烯广泛用于硝酸输送泵的机械密封上。/,1.3 金属在硫酸中的腐蚀 硫酸目前是世界上产量最大的化学制品,在硫酸的生产和使用过程中都会遇到硫酸的腐蚀问题。,解决硫酸的腐蚀问题,最重要和最常用的方法是选择合适的耐蚀材料(包括用耐腐蚀衬里)。作为耐硫酸用的材料,广泛采用的金属是铝和铝合金、高硅铸铁及碳钢。,1.3.1 钢铁在硫酸中的腐蚀 铁在稀硫酸中,腐蚀速度随硫酸浓度的
9、增大而增加,当WH2SO4达到50%时,由于钝化作用,腐蚀速度迅速下降,最后达到最低值。但酸浓度超过100%以后,随过剩SO3含量的增加(发烟硫酸),腐蚀速度又开始增大,在一定浓度时出现第二个最大值,SO3含量继续增加,腐蚀速度又下降。,铸铁和铁类似,在WH2SO4为80%100%时非常稳定,但在浓度高于125%的发烟硫酸中,由于铸铁中的硅和石墨被发烟硫酸氧化而产生晶间腐蚀。普通碳钢广泛用于浓度大于70%以上的硫酸,钢制贮槽、管道、槽车和酸桶普遍用来处理78%、93%、98%硫酸和发烟硫酸,用高硅铸铁制造泵、阀、换热器、硫酸浓缩器加热管、槽出口等。/,1.3.2 铅在硫酸中的腐蚀 在稀硫酸中由
10、于铅表面生成一层致密并结合牢固的硫酸铅保护膜,因而具有特别高的耐蚀性能。但在热的浓硫酸中,腐蚀速度会大大增加,其原因是硫酸铅在较高温度和浓度下的硫酸中非常易于溶解,反应式为:PbSO4+H2SO4Pb(HSO4)2,由于铅很软,机械强度低,一般很少在大型设备中单独用作结构材料,而多数作衬里材料。铅中若加Wsb为6%13%的锑,形成铅锑合金(称为硬铅),则适用于制造强度要求高的制件(如耐酸泵、阀等),但耐蚀性能比纯铅低些。当然,铅是一种贵重的有色金属材料,而且有毒,因此已被大量非金属材料,如玻璃钢、聚氯乙烯所代替。/,1.3.3 铝在硫酸中的腐蚀 铝在稀硫酸和发烟硫酸,特别当三氧化硫含量高时稳定
11、,但在中等浓度的硫酸中却不稳定。/,1.3.4 非金属材料在硫酸中的腐蚀 硬聚氯乙烯塑料在中等浓度(WH2SO450%)60硫酸中具有良好的耐蚀性能,在60、90%以下浓硫酸中也可使用。陶瓷能耐任何浓度沸腾硫酸的腐蚀,大型设备的钢制壳体常用陶瓷砖板作衬里。砖板衬里设备的耐硫酸腐蚀性能主要决定于胶泥。,酚醛树脂,酚醛树脂防腐材料对浓度小于 70%的硫酸、任何浓度的盐酸、氢氟酸、醋酸、大部分有机酸及大多数有机溶剂、二氧化硫、氯化氢及大部分 pH7 的酸性盐类等均耐蚀。用于玻璃钢衬里、砖板衬里。/,酚醛胶泥衬砌酚醛浸渍石墨板防腐蚀,1.4 金属在有机酸中的腐蚀 有机酸是弱酸,虽然对金属的腐蚀性不象无
12、机酸那样强,但也对金属有一定的腐蚀性,若有氧化剂存在,会使腐蚀速度增加。,(1)甲酸(蚁酸)是有机酸中最强的酸之一,腐蚀性也最大。普通碳钢、铝一般不能用于制作处理甲酸的设备。铜与铜合金是甲酸介质中用得较广泛的金属材料,不同类型的不锈钢则在一定的温度和浓度范围内使用。,(2)乙酸是一种非氧化性酸,低温下腐蚀性很小,但随温度的上升,腐蚀速度迅速上升。另外,当乙酸中存在杂质时,会对金属的腐蚀有显著影响。如Cl-存在,不锈钢产生孔蚀,有甲酸共存时,腐蚀速度显著增大。,(3)除甲酸、乙酸外,还有柠檬酸、乳酸、马来酸、环烷酸、脂肪酸、酒石酸等,它们对金属有不同程度的腐蚀作用。/,1.5 防止金属在酸介质中
13、腐蚀的措施1.5.1 选择耐蚀材料 这是防止金属在酸中腐蚀常用的方法,根据金属所处酸的浓度、温度等条件,选择相应的耐蚀材料(包括金属材料和非金属材料)。如稀硝酸中可选用奥氏体不锈钢。,1.5.2 橡胶衬里 橡胶衬里是选取一定厚度的片状耐蚀橡胶料,通过粘接剂贴合在基体的给定表面,形成连续完整的保护覆盖层,隔离腐蚀介质对基体的作用,达到防腐蚀的目的。衬里用的橡胶品种主要有:天然橡胶、丁苯橡胶、氯丁橡胶、丁基橡胶等。,株洲电厂脱硫塔内衬丁基橡胶,1.5.3 玻璃钢及 衬里 玻璃钢是一种用玻璃纤维增强的塑料,通常化工设备防腐用的较多。,1.5.4 砖板衬里 即用耐腐蚀胶泥衬砌耐腐蚀砖板在金属设备的内壁
14、,使腐蚀介质与设备基体隔离。胶泥是砖板衬里施工中的重要材料,对其正确选用是保证衬里设备获得良好防腐效果的关键。,材料与时代的发展补充:高分子概念及分类,高分子的特征,1、可塑性:加热后可以熔化,冷却后可以固化;2、不挥发性:不可以通过蒸馏法提纯;3、有一定的机械强度4、具有电绝缘性5、有充分的弹性。,按聚集态的紧密和规整程度,聚合物可分为非结晶(无定形)、结晶和介晶(包括液晶)三类。液晶是液相(非晶态)和晶相之间的中介相。它既保持了晶态的有序性,同时又具有液态的连续性和流动性,是一种兼具晶体和液体的部分性质的过渡状态。,纤维 橡胶(弹性体)塑料涂料 粘合剂 功能高分子材料,高分子按性能和用途分
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