环保设备及课程设计第三章.ppt

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1、环保设备及课程设计,授课教师：qhdhouzhonglin,第三章 环保设备材料及防腐,设备材料涉及金属材料（以钢材为主）和非金属材料（以塑料为主）。3.1 设备材料的性能设备材料的性能是选择材料的根本依据，材料性能包括力学性能、物理性能、化学性能和加工性能等。力学性能力学性能是指材料在外力作用下抵抗变形或破坏的能力，如强度、硬度、弹性、塑性、韧性等。,3.1.1.1 强度材料的强度是指材料抵抗外加载荷而不失效、不被破坏的能力。弹性极限:是保证材料不发生不可恢复变形的最大应力。,屈服强度:表示材料抵抗开始产生大量塑性变形的应力。抗拉强度:表示材料抵抗外力而不致断裂的最大应力。,工程上需要材料的

2、屈服强度高且屈服极限与强度极限的比值（屈强比）要小。蠕变极限是指材料在规定时间内某一温度下，使试件在1万（或10万）小时内产生的变形量为1%时的最大应力。“疲劳破坏”是指金属材料在小于屈服强度的交变载荷长期作用下发生断裂的现象。疲劳强度是指金属材料经过无限次反复交变载荷不受破坏的最大应力。,3.1.1.2 硬度硬度是指材料在表面上的不大体积内抵抗变形或破裂的能力。常用的指标有布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度。硬度高的材料强度高，耐磨性能较好，但切削加工性能较差。3.1.1.3 塑性材料的塑性是指材料受力时，当应力超过屈服点后，能产生显著的变形而不即行断裂的性质。塑性是以延伸率和断面收缩率作为材料塑

3、性的指标。,延伸率主要反映材料均匀变形的能力。是指试件拉断后总伸长的长度与原始长度的比值百分率。表示试件长度和直径的比值为10，为长试件。表示试件长度和直径的比值为5，为短试件。断面收缩率主要反映材料局部变形的能力。它以试件拉断后断面缩小的面积与原始截面面积比值的百分率（%）表示。断面收缩率的大小与试件的尺寸无关，对材料的组织变化以及材料的缺口比较敏感。材料的延伸率与断面收缩率值愈大，材料塑性愈好，有良好的塑性才能进行成型加工，塑性变形可避免发生突然的断裂，一般要求5为10%-20%，过高的塑性常常会导致强度降低。,3.1.1.4 冲击韧性冲击韧性是衡量材料韧性的一个指标，表示材料抵抗冲击载荷

4、能力的大小，以单位横断面积所消耗的功表示。韧性可理解为材料在外加动载荷突然袭击时的一种及时并迅速塑性变形的能力。韧性高的材料一般都有较高的塑性指标，但塑性指标较高的材料却不一定具有较高的韧性。冲击载荷值的高低，决定于材料有无迅速塑性变形的能力。,3.1.2 物理性能材料的物理性能有密度、熔点、比热容、导热系数、热膨胀系数、导电性、磁性等。3.1.3 化学性能材料的化学性能是指材料在所处介质中的化学稳定性。3.1.3.1 耐腐蚀性材料对周围介质，如大气、水汽、各种电解液浸蚀的抵抗能力称为耐腐蚀性。材料的耐腐蚀性不强将影响设备使用寿命。金属材料在酸性介质中的耐腐蚀性较差，有机非金属材料耐酸性较强。

5、3.1.3.2 抗氧化性钢铁在高温下与自由氧发生氧化腐蚀，生成易剥落的FeO氧化皮；钢铁在高温下与水蒸气、二氧化碳、二氧化硫等气体产生高温氧化与脱碳作用，使钢的力学性能下降。高温设备必须选用耐热材料。,3.1.4 加工工艺性能金属和合金的工艺性能是指可铸造性能、可锻造性能、可焊性能、可切削加工性能。可铸性可铸造性主要指液体金属的流动性和凝固过程中的收缩和偏析倾向。流动性好的金属能充满铸型，能浇铸较薄的与形状复杂的铸件，合金钢与高碳钢比低碳钢偏析倾向大，铸造后要用热处理方法消除偏析。铝、灰铸铁和锡青铜铸造性能较好。,3.1.4.2 可锻性可锻性是指金属承受压力加工（锻造）而变形的能力。低碳钢的可

6、锻性比中碳钢及高碳钢好；碳钢比合金钢可锻性好；铸铁是脆性材料不能锻压加工。3.1.4.3 焊接性焊接性是指能用焊接方法使两块金属牢固连接，不发生裂纹，具有与母体材料相应的强度的特性。低碳钢具有优良的焊接性，铸铁、铝合金等材料的焊接性较差。3.1.4.4 可切削加工性是指金属是否易于切削。灰铸铁、碳钢的切削性较好。,3.2 常用金属材料金属材料包括黑色金属材料（钢铁及其合金）和有色金属材料（铁以外的金属）。,3.2.1 铸铁含碳量一般在2%以上，有良好的铸造性、耐磨性、减振性及切削加工性。铸铁分为灰铸铁、球墨铸铁、高硅铸铁等。3.2.1.1 灰铸铁灰铸铁中的碳大部分或全部以自由状态的片状石墨形式

7、存在，断口呈暗灰色。灰铸铁的抗压强度较大，抗拉强度很低，冲击韧性低，可制造承受压应力及要求消振、耐磨的零件，如支架、阀体、泵体。灰铸铁的牌号用名称HT和抗拉强度值表示，常用的牌号有HT100、HT200、HT300。,3.2.1.2 球墨铸铁在浇注前，往铁水中加入少量球化剂、石墨化剂，以促进碳以球状石墨结晶存在，这种铸铁称球墨铸铁。球墨铸铁在强度、塑性和韧性方面大大超过灰铸铁，甚至接近钢材，在酸性介质中耐腐蚀性较高，可以取代过去用碳钢和合金钢制造的重要零件如曲轴、连杆、主轴等。球墨铸铁的牌号用QT、抗拉强度、延抻率表示，如QT400-18，抗拉强度为400MPa，延伸率为18%。3.2.1.2

8、 高硅铸铁高硅铸铁是往灰铸铁或球墨铸铁中加入一定量的合金元素硅等熔炼而成。高硅铸铁具有很高的耐蚀性能。高硅铸铁强度低、硬度高、质脆、不能承受冲击载荷。制作各种耐酸泵、冷却排管和热交换器等。,3.2.2 碳钢碳钢的含碳量一般介于0.02%-2%之间，杂质元素的含量较铸铁低。3.2.2.1 常存杂质元素对钢材性能的影响有些元素并非为改善钢材质量有意加入的，而是矿石及冶炼过程中带入的，固称为杂质。硫以硫化铁的形态存在于钢中，当钢材热加工时，由于FeS化合物的过早熔化而导致工件开裂，这种现象称为“热脆”。磷是有害元素，在低温时，它使钢材显著变脆，这种现象称“冷脆”。,锰是炼钢时作为脱氧剂加入钢中的。降

9、低钢的脆性，提高钢的强度和硬度。硅也是炼钢时作为脱氧剂而加入钢中的元素。硅是一种有益的元素。溶于铁素体内使钢的强度、硬度增加，塑性、韧性降低。氧在钢中是有害元素。使钢的强度、塑性降低，尤其是对疲劳强度、冲击韧性等有严重影响。氮在铁素体中的溶解能力很低，放置较长一段时间后或随后在200-300加热就会发生氮以氮化物形式的析出，并使钢的硬度、强度提高，塑性下降，产生时效。氢会引起钢的氢脆、白点等缺陷。,3.2.2.2 碳钢的分类与编号碳钢按用途分为建筑钢、结构钢、弹簧钢、轴承钢、工具钢和特殊性能钢；碳钢按含碳量分为低碳钢、中碳钢和高碳钢；碳钢按脱氧方式分为镇静钢和沸腾钢；用弱脱氧剂Mn在钢液往钢锭

10、中浇注后，钢液在锭模中发生自脱氧反应，出现“沸腾”现象故称为沸腾钢，用F表示（Q235-AF）。若在熔炼过程中加入硅、铝等强氧化剂，钢液完全脱氧，则称镇静钢，用Z表示，Z在牌号中可不标出。碳钢按冶炼质量分为碳素结构钢、优质碳素钢、高级优质钢。,普通碳素钢：以屈服强度数值区分（Q235-AF）。分为A、B、C、D四个等级。常用作常温低压设备的壳体和零部件，还可制作螺栓、螺母、支架、垫片、轴套、阀门、管子、管件等。,优质碳素钢：含硫、磷有害杂质元素较少，钢号数字表示钢中平均含碳量的万分之几（25、45、60）。按含碳量的不同分为优质低碳钢、优质中碳钢、优质高碳钢。高级优质钢：含硫、磷有害杂质元素还

11、少，优质钢号后面加一个A（20A）,3.2.2.3 碳钢的品种和规格钢板：钢板分为薄板（0.2-4mm）和厚板，薄板有冷轧板和热轧板，碳素钢板材有Q235-A、08、10、15、20，尺寸规格为：长宽厚。钢管：钢管分为无缝钢管和有缝钢管，无缝钢管又分为冷轧和热轧两种，尺寸规格为外径管壁厚（D1084）。有缝管、水煤气管分为镀锌管和黑管两种，尺寸规格为通径（DN50，G1/2、G3/4）。管件有焊接管件和丝接管件（DN50，G1/2、G3/4）。型钢：型钢主要有圆钢、方钢、扁钢、角钢、工字钢和槽钢（3535）。铸钢和锻钢：铸钢用ZG表示，牌号有ZG25、ZG35，铸钢用于制造各种承受重载荷的复杂

12、零件，如泵壳、阀门、泵叶轮等。锻钢有08，10、15、20、50，锻钢用于制作主轴等。,3.2.3 合金钢合金钢是在碳钢的基础上，为了改善性能，有目的地加入一些合金元素而形成的钢材。3.2.3.1 合金元素对钢的影响铬是合金结构钢主加元素之一，能提高金属耐腐蚀性能和抗氧化性能，当铬含量达到13%时能显著提高钢的强度、硬度和耐磨性、并增加钢的热强性，但使钢的塑性和韧性降低。锰可以提高钢材的强度和低温冲击韧性。镍能提高耐腐蚀性和低温冲击韧性，使钢具有很高的强度而又保持良好的塑性和韧性。硅可提高强度、高温疲劳强度、耐热性及耐硫化氢等介质的腐蚀性，但降低钢的塑性和冲击韧性。,铝为强氧化剂，可显著细化晶

13、粒，提高冲击韧性、降低冷脆性，能提高钢的抗氧化性。钼能提高钢的高温强度、硬度、细化晶粒、防止回火脆性。钒能提高钢的高温强度、细化晶粒、提高淬透性。钛为强脱氧剂，可提高强度、细化晶粒、提高韧性，钛在不锈钢中起稳定碳的作用，减少铬与碳化合的机会，防止晶间腐蚀，还可提高耐热性。稀土元素可提高强度、改善塑性、低温脆性、耐腐蚀性和焊接性能。,3.2.3.2 合金钢的分类与编号合金钢按合金的含量分为低合金钢、中合金钢、高合金钢。合金钢按用途分为合金结构钢（普通低合金钢、渗碳钢、调质钢）、合金工具钢、特殊性能钢（不锈钢和耐热钢）。合金钢用合金和含碳量表示（35CrMo），数字表示含碳量的万分之几。,普通低合

14、金钢：普通低合金钢是在碳钢的基础上加入少量Si、Mn、Cu、V、Ti等合金元素熔炼而成的，可提高钢材的强度、改善钢材的耐腐蚀性能、低温性能、焊接性能，16Mn、15MnV。专业用钢：能够适应特种条件的质地均匀、杂质含量低、能满足某些力学性能的特殊检验项目要求的钢材。20g，16MnR，15MnVHP。特殊性能钢：是指具有特殊物理性能和化学性能的钢。耐候钢（12MnCuCr)不锈耐酸钢：是不锈钢和耐酸钢的总称。主要以铬镍合金为主。1Cr18Ni9Ti，0Cr19Ni9、304、302。耐热钢：在钢中加入Cr、Al、Si等合金元素，可以被高温气体氧化后形成致密的氧化膜保护钢的表面,防止氧的继续侵蚀

15、，显著提高钢材的抗蠕变能力。ZG40Cr28Ni9，1150。,3.2.4 有色金属材料铁以外的金属称为有色金属，有色金属有很多优越的特殊性能，如良好的导电性、导热性、密度小、熔点高、有低温韧性、耐腐蚀等，但有色金属价格较贵。有色金属以汉语拼音的字头表示。铜：T；黄铜：H；青铜：Q；铝：L；铅：Pb；铸造合金：Z；轴承合金：Ch。,3.2.4.1 铝及其合金铝的塑性好、强度低，可承受各种压力加工，并可进行焊接和切削。铝在氧化介质中易形成三氧化二铝保护膜，耐腐蚀性较强，但含有卤素离子的盐类、氢氟酸以及碱溶液都会破坏铝表面的氧化膜。纯铝：纯铝中有高纯铝，牌号为LG1、LG2，可用来制造要求耐腐蚀而

16、不要求强度的设备。防锈铝：防绣铝的代号为LF，牌号有LF2、LF3，强度比纯铝高、主要用于制作容器和热交换器。铸铝：铸铝是铝硅合金，典型牌号有ZL1Si7Mg。铸铝的铸造性、流动性好，铸铝在氧化介质中易形成三氧化二铝、二氧化硅保护膜，耐腐蚀性较强。主要用于制造形状复杂的耐蚀零件，如管件、泵、阀门、汽缸、活塞等。,3.2.4.2 铜及其合金铜及其合金具有高的导电性和导热性，较好的塑性、韧性及低温力学性能，在许多介质中有高耐蚀性。纯铜：又称紫铜。纯铜的牌号有T0、T4，耐腐蚀性较强，但不耐各种浓度的硝酸、氨和铵盐溶液。主要用于制造电线、深冷设备和工业中的蒸发器。黄铜：为铜锌合金，常用的牌号有H80

17、、H65、H62，具有良好的铸造性能、加工性能、耐磨性、易焊接，力学性能比纯铜高，耐腐蚀性能较好，主要用于深冷设备、管件、轴套、轴瓦、螺母等。锡黄铜HSn70-1含有1%的锡，能提高在海水中的耐蚀性。,青铜：铜与除锌以外的其他元素组成的合金称为青铜。铜与锡的合金称为锡青铜。铜与铝、硅、铅、锰等组成的合金称无锡青铜。锡青铜分铸造锡青铜和压力加工锡青铜，铸造锡青铜应用最多，具有较高的强度和硬度，能承受冲击载荷，耐磨性很好，主要用于铸造耐腐蚀和耐磨零件，如泵壳、阀门、轴承、蜗轮、齿轮等。无锡青铜的力学性能比黄铜、锡青铜好、耐腐蚀、耐磨损，主要用于板材、带材、棒材和线材。,3.2.4.3 钛及其合金钛

18、的密度小、强度高、耐腐蚀性好、熔点高。工业纯钛的牌号有TA1、TA2、TA3，纯钛塑性好，易于加工成型，冲压、焊接、切削加工性能良好，是较好的耐腐蚀、耐热材料，主要用于热交换器、蒸馏塔及海水淡化装置的零部件。钛和锰、铝、铬、钼可获得性能优良的合金，主要用于加工带材、管材和钛丝等。,3.2.4.4 镍及其合金镍具有很高的强度和塑性，有良好的延伸性和可锻性。耐腐蚀性强，在高温碱溶液或熔融碱中都很稳定，主要用于制造处理碱介质的设备。镍合金以蒙乃尔合金(NiCr9)最多，能在高温保持力学性能和抗氧化能力。3.2.4.5 铅及其合金铅强度小、硬度低、耐腐蚀性强，不易单独作为设备材料，只适用于做设备衬里。

19、铅与锑的合金（PbSb4）称为硬铅，其强度、硬度、耐腐蚀性都比铅高，主要用于耐腐蚀的衬里。还可配制成低熔点合金、轴承合金、蓄电池铅板等。,3.3 金属的腐蚀与预防金属和它所处的环境介质之间发生化学、电化学或物理作用，引起金属的变质和破坏称为金属腐蚀。腐蚀给社会带领巨大的损失，可造成灾难性事故，耗竭资源污染环境。金属腐蚀的机理金属的腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀。,3.3.1.1 化学腐蚀化学腐蚀是金属表面与环境介质发生化学作用而产生的损坏，特点是腐蚀在金属的表面上，腐蚀过程没有电流的产生。金属的高温氧化：氧化层的主要成分为FeO，它结构松散易剥落，使内部铁进一步被氧化。钢的脱碳：钢中的渗碳体与一

20、些气体发生反应而使渗碳体中的碳以碳氧化合物的形式排出。脱碳使碳的含量减少、表层硬度和抗疲劳强度降低。,3.3.1.2 金属的电化学腐蚀金属与电解质溶液间产生电化学作用所发生的腐蚀为电化学腐蚀。特点是在腐蚀过程中产生电流。分成阳极和阴极两个独立进行的过程。电化学腐蚀经常是以阳极和阴极过程在不同区域局部进行为特征的。对于金属材料或金属构件在腐蚀介质中，只要有电位差，就可能构成腐蚀电池，并可分为两大类即宏观腐蚀电池和微观腐蚀电池。,宏观腐蚀电池通常指肉眼可见的电极所构成的腐蚀电池。不同的金属在同一的腐蚀介质中相接触，构成宏观腐蚀电池电偶电池，是常见的腐蚀方式。在电偶电池中，电位较负的金属作为阳极，其

21、腐蚀速度被加快；电位较正的金属作为阴极，其腐蚀速度被减慢，甚至得到完全保护。电位差愈大腐蚀愈严重。,浓差电池：同一种金属浸入不同浓度的两种腐蚀介质，或者虽在同一腐蚀介质但局部浓度不同，便形成浓差腐蚀电池。当金属与含不同浓度的该金属离子的溶液接触时，浓度稀处金属的电位较负；浓度高处金属的电位较正，从而形成金属离子浓差腐蚀电池。常见的为差异充气电池或氧浓差电池，氧低处金属的电位低于高含氧处的电位，作为阳极而受到腐蚀。温差电池：高温部位碳钢电位低为阳极被腐蚀。铜铝电极行为和碳钢相反，低温部位被腐蚀。,3.3.2 金属腐蚀损伤与破坏的形式均匀腐蚀（a）区域腐蚀（b）点腐蚀（c）晶间腐蚀（d）均匀腐蚀是

22、腐蚀作用均匀地发生在整个金属表面，是危险性较小的腐蚀。区域腐蚀只发生在金属表面上局部地方，可使金属强度大大降低，是危险性较大的腐蚀。点腐蚀常造成设备个别地方穿孔而引起渗漏。晶间腐蚀发生在金属晶粒之间，破坏了晶粒间的连续性，可使金属材料的机械强度和塑性剧烈降低，是很危险的腐蚀。,3.3.3 金属设备的防腐措施为防止生产设备被腐蚀，除选择合适的耐腐蚀材料外，还可以采用多种防腐蚀措施对设备进行防腐。3.3.3.1 衬覆保护层金属覆盖层：用耐腐蚀性能较强的金属或合金覆盖在耐腐蚀性能较弱的金属上，以防止腐蚀的方法。电镀、喷镀、渗镀、热镀、衬不锈钢材里、包不锈钢等。非金属覆盖层：用有机或无机物质制成的覆盖

23、层。涂料、塑料、瓷砖等。,3.3.3.2 电化学保护是通过改变金属的电极电位来控制金属腐蚀的方法。阴极保护：是通过外加电流使被保护的金属阴极极化。以控制金属腐蚀的方法，分为外加电流法和牺牲阳极法。外加电流法是把被保护的金属设备与直流电源的负极相连，电源的正极和一个辅助电极相连。当电源接通后，电源便给金属设备以阴极电流，使金属设备的电极电位向负的方向移动，当电位降到腐蚀电池的阳极起始电位时，金属设备的腐蚀即可停止。牺牲阳极法是在被保护的金属上连接一块电位更负的金属作为牺牲阳极。阳极保护：技术复杂不多用。,3.3.3.3 缓蚀剂防止大气腐蚀所用的缓蚀剂有油溶性缓蚀剂、气相缓蚀剂和水溶性缓蚀剂。气相

24、缓蚀剂可挥发，以充满包装容器，沉积在金属表面上，阻碍腐蚀过程的进行。水溶性缓蚀剂主要用于防锈水中，即把零件喷涂或浸渍在含有缓蚀剂的水溶液内来防止金属的腐蚀。缓蚀剂对某种介质能起缓蚀作用，对其它介质可能无效，甚至是有害的，因此要严格选择合适的缓蚀剂。缓蚀剂分为重铬酸盐、过氧化氢、磷酸盐、亚硫酸盐、硫酸锌、磷酸氢钙等无机缓蚀剂和有机胶体、氨基酸、酮类、醛类等有机缓蚀剂。,3.3.3.4 控制环境充氮封存：将产品封闭在金属或非金属容器内，用干燥而纯净的氮隔离水和氧使金属不生锈。采用吸氧剂：在封闭容器内控制一定的湿度和露点，以除去大气中的氧，常用的吸氧剂为硫酸钠。干燥空气封存：在密封性良好的容器内充以

25、干燥空气或用干燥剂降低包装容器内的湿度，造成比较干燥的环境。,3.4 常用非金属材料非金属材料具有优良的耐腐蚀性，分为无机非金属材料和有机非金属材料。3.4.1 无机非金属材料陶瓷陶瓷具有极高的硬度、优良的耐磨性，抗拉强度很低但抗压强度很高，塑性、韧性低，脆性大，化学稳定性高，抗氧化性优良。普通陶瓷：是指用粘土、石英、长石等为原料烧结而成的硅酸盐材料。质地坚硬、不氧化、耐腐蚀、不导电、成本低，但强度低、耐热性及绝缘性不如其他陶瓷。主要用于制造实验器皿、耐蚀容器、反应塔、管道等。,特种陶瓷：氧化铝陶瓷：主要成分为Al2O3，耐磨、耐高温、耐腐蚀、绝缘性良好，但韧性低、脆性大。主要用于耐火材料、磨

26、料、轴承、炉管、热电偶保护管等。氮化硅陶瓷：主要成分为Si3N4，分为热压烧结陶瓷和反应烧结陶瓷。具有高硬度、摩擦系数小、耐磨性好。热压烧结陶瓷用于切削刀具、高温轴承等。反应烧结陶瓷用于泵密封环、热电偶护套、高温轴承、电热塞等。碳化硅陶瓷：主要成分为SiC，分为热压烧结陶瓷、常压烧结陶瓷和反应烧结陶瓷，具有很高的高温强度、良好的热稳定性、耐磨、耐腐蚀、耐辐射等，用于石油化工、钢铁、机械、电子、原子能等工业中。,氮化硼陶瓷：分为低压型和高压型，低压型结构与石墨相似，又称白石墨，硬度较低，具有自润滑性、良好的高温绝缘性、化学稳定性。用于耐热润滑剂、高温轴承等。高压型硬度接近金刚石，主要用于磨料和金

27、属切削刀具。3.4.1.2 搪瓷搪瓷由含硅量高的瓷釉通过900左右的高温煅烧，使瓷釉烧在金属表面。搪瓷具有优良的耐腐蚀性能、力学性能和电绝缘性能，但易碎裂。主要用于反应釜、储罐、塔和阀门等。3.4.1.3 玻璃工业用的玻璃不是一般的钠钙玻璃，而是硼玻璃（耐热玻璃）、高铝玻璃。玻璃具有良好的热稳定性和耐腐蚀性。用于制作容器、反应器等。,砼,tng,-混凝土,素砼,钢筋砼,商砼,3.4.1.4 水泥水泥属于硅酸盐类材料，是常用的建筑材料。牌号有：325、425、525、625。,混凝土的牌号有：C10、C20、C30、C35。,3.4.2 有机非金属材料3.4.2.1 工程塑料：塑料是以树脂为主要

28、成分，添加能改善性能的添加剂制成的。工业生产中广泛应用的塑料为工程塑料，分为热塑性材料和热固性材料。热塑性材料是由可以经受反复受热软化和冷却凝固的树脂为基本成分制成的塑料。热固性塑料是由经加热转化和冷却凝固后变成不熔状态的树脂为基本成分制成的塑料。聚乙烯：无毒无味，具有良好的耐化学腐蚀性和电绝缘性，强度较低、耐热性不高，易老化、易燃烧。用于化工管道、小负荷齿轮、轴承等。,聚氯乙烯：具有较高的强度和刚度，良好的电绝缘性和耐化学腐蚀性、阻燃但热稳定性较差。软质聚氯乙烯用于软管、薄膜等。硬质聚氯乙烯用于工业管道系统、给排水系统、防腐设备和机械零件。,聚苯乙烯：无毒无味、具有良好的电绝缘性和耐化学腐蚀

29、性、但不耐苯、汽油等。用于化工储酸槽、管道的保温层等。,聚酰胺：又称尼龙或锦纶，具有较高的强度、韧性和耐磨性，电绝缘性、耐油性、阻燃性良好。用于轴承、凸轮、齿轮、泵叶轮、高压密封圈等。聚甲醛：具有良好的强度、韧性、耐磨性、耐疲劳性、电绝缘性和耐化学腐蚀性，热稳定性差，易燃。用于无润滑的轴承、齿轮、凸轮以及化工容器等。酚醛塑料：具有良好的耐热性、耐磨性、耐腐蚀性及电绝缘性。是常用的热固性塑料。以棉布、玻璃布等为填料制成的层压酚醛塑料用于制造受力要求较高的机械零件。,氨基塑料：有较高的表面硬度、绝缘性良好，用于电工材料。聚四氟乙烯塑料：具有优异的耐腐蚀性，有塑料王之称，使用温度为100250，用于

30、耐高温、耐腐蚀的密封元件及高温管道。3.4.2.2 涂料涂料是一种高分子胶体的混合物溶液，涂在物体表面固化后形成保护层，使物体免遭大气、酸、碱等介质的腐蚀。规格品种较多，常用的涂料有防锈漆、底漆、大漆、酚醛树脂漆、环氧树脂漆以及某些塑料涂料等。,3.4.2.3 橡胶橡胶具有极好的弹性，高的拉伸强度和疲劳强度，有不透水、不透气、耐酸碱和电绝缘性能等。橡胶是以生胶为主要成分，添加各种配合剂和增强材料制成的。生胶是指无配合剂、未经硫化的天然和合成橡胶。硫化剂用来使生胶的结构由线型转化为立体交联结构。天然橡胶：由橡胶树上流出的乳胶提炼而成。具有较好的综合性能，弹性高，具有良好的耐磨性、耐寒性和工艺性能

31、，电绝缘性良好，但耐热性差，易老化，不耐油。主要用于制造胶管、输送带等。,合成橡胶丁苯橡胶：由丁二烯和苯乙烯共聚而成。丁苯橡胶比天然橡胶质地均匀，耐磨性、耐热性、耐老化性良好。主要用于制造轮胎、胶板等。丁基橡胶：由异丁烯和少量异戊二烯低温共聚而成。具有极好的气密性，耐老化性、耐热性和电绝缘性较高，耐水性良好，耐酸碱、有很好的抗多次重复弯曲的性能；但强度低、易燃、不耐油，对烃类溶剂的抵抗力差。主要用于制造内胎、化工衬里、绝缘材料等。氯丁橡胶：由氯丁二烯以乳液聚合法而成。具有良好的物理、力学性能，耐油、耐老化性、耐溶剂性、耐燃性良好。主要用于制作胶管等。,3.4.2.4 复合材料由两种或两种以上在

32、物理和化学上不同的物质结合起来而得到的一种多相固体材料称为复合材料。复合材料的连续相称为基体相，主要起黏结和固定作用。复合材料的分散相称为增强相，主要起承受载荷作用。树脂基复合材料：是将树脂浸到纤维和纤维织物上通过成型模具固化而成。玻璃纤维增强塑料：又称为玻璃钢。基体相为树脂，分散相为玻璃纤维。热固性玻璃钢密度小、强度高、耐腐蚀性好。热塑性玻璃钢强度比热固性玻璃钢低，但韧性、低温性能良好。主要用于制作容器、储罐、塔、搅拌器、管道等。,碳纤维增强塑料：基体相为树脂，分散相为碳纤维。具有密度小、比强度、比模量高，抗疲劳性、减摩耐磨性、耐腐蚀性、耐热性优良，垂直纤维方向的强度、刚度低。主要用于制造飞

33、机螺旋桨、机身、机翼，化工中的容器、管道，轴承齿轮等。石棉纤维增强塑料：基体材料主要为酚醛、尼龙、聚丙烯树脂等，分散相为石棉纤维。其化学稳定性和电绝缘性良好。主要用于阀门、导管、密封件、化工耐蚀件、耐热件等。,金属基复合材料：是将金属与增强材料利用一定的工艺均匀混合而成，基体相为金属。常用的金属有铝、钛、镁等。常用的增强材料为硼纤维、碳纤维、氧化铝纤维、碳化硅纤维等。金属基复合材料具有高的强度、弹性模量、耐磨性、冲击韧性，好的耐热性、导电性、导热性，不易燃、不老化。但成本较高，材料工艺复杂。陶瓷基复合材料：是将陶瓷与增强材料均匀混合经一定工艺制成的。基体相为陶瓷，常用的增强材料有氧化铝、碳化硅

34、、金属等。陶瓷基复合材料具有耐高温、耐磨、耐蚀、高抗压强度和弹性模量，但脆性大、抗弯强度低。,3.5 非金属材料的腐蚀与预防腐蚀是材料由于环境的作用而引起的破坏和变质。在任何情况下都耐腐蚀的材料是不存在的。3.5.1 无机非金属材料的腐蚀无机非金属材料通常具有良好的耐腐蚀性，但因其化学成分、结构状态以及腐蚀介质等原因也能引起腐蚀。,3.5.1.1 化学成分和矿物组成SiO2的含量越高材料的耐酸性越强。但不耐碱。SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2OSiO2含量较高的耐酸材料，除氢氟酸和高温磷酸外，能耐所有无机酸的腐蚀。高温磷酸与SiO2的反应如下：H3PO4HPO3+H2O 2HPO3P2

35、O5+H2O SiO2+P2O5SiP2O7任何浓度的氢氟酸都会与SiO2反应如下：SiO2+4HFSiF4+2H2O SiF4+2HFH2SiF6,含有大量碱性氧化物的材料属于耐碱材料，与耐酸材料相反，完全不能抵抗酸性材料的腐蚀。,3.5.1.2 材料的孔隙与结构孔隙会降低材料的耐腐蚀性，孔隙的存在会使材料受腐蚀作用的面积增加，腐蚀还发生在材料的内部，当化学反应生产物出现结晶时会使材料产生内应力而破坏。晶体结构的化学稳定性较无定型结构高。结晶的二氧化硅具有一定的耐碱性，但无定型的二氧化硅易溶于碱溶液。3.5.1.3 腐蚀介质硅酸盐材料的腐蚀速度与酸的浓度和黏度有关。酸的电离度越大腐蚀作用越大

36、，酸的温度升高，离解度增大，破坏作用越强。,3.5.2 有机非金属材料的腐蚀有机非金属材料周围的试剂向材料内渗透扩散是腐蚀的主要原因，同时，有机非金属材料中的某些组分（增塑剂、稳定剂）也会从材料内部向外扩散迁移，而溶于介质中。有机非金属材料的腐蚀过程无电流也不以离子形式溶解，不能用电化学规律来说明。主要表现为老化、溶胀与溶解、微生物腐蚀。,3.5.2.1 有机非金属材料的老化采用高分子材料制作的设备在户外使用时受到日光照射和氧的双重作用发生光氧老化。外在的因素：物理因素包括光、热、高能辐射、机械作用力等。化学因素包括氧、臭氧、水（湿气）、大气污染物等。光线：光的波长越短能量越大，波长为2904

37、00nm的近紫外线光波有足够能量使聚合物激发或价键断裂。与大气污染物的反应：长期在户外使用的塑料能被大气中的污染物SO2和NO2等侵蚀，出现降解和交联。,内在原因化学键：聚合物的弱键部位容易断裂，成为自由基引发老化反应。物理形态：很多聚合物的物理形态是半结晶状态，既有结晶区也有非晶区，老化反应首先在非晶区开始。立体规整性：结晶规整性高的聚合物要比无规整性结构的聚合物耐老化性能好。分子量和分子量分布：分子量分布越宽，端基越多，越容易老化。微量金属杂质和其他杂质：混入的微量金属或残留的金属催化剂会引发自动氧化（老化）。,3.5.2.2 溶胀与溶解非晶态高聚物的溶解：非晶态高聚物聚集的比较松散，分子

38、间隙大作用力较弱，溶剂分子易渗入到材料内部。虽有相当数量的溶剂渗入到聚合物内部，并发生溶剂化作用，但也只能引起聚合物材料在宏观上产生体积与质量的增加，这种现象称为溶胀。高聚物是线形结构则溶胀始终进行，直到扩散成均一的溶液，完成溶解过程。高聚物为网状体型结构则溶胀只能使交联链伸直，难以使其断裂，所以只能溶胀不能溶解。结晶态高聚物的溶解：结晶态高聚物的分子链排列紧密作用力强，溶剂分子很难渗入并与其发生溶剂化作用，很难溶胀和溶解，即使能发生一定的溶胀也只能从非晶区开始，逐步进入晶区，速度要慢的多。线形结构的高聚物也只能溶胀到一定程度，不能发生溶解。,3.5.2.3 微生物腐蚀微生物对聚合物材料的降解

39、作用是通过生物合成产生的称为酶的蛋白质来完成的。依靠酶的催化作用将长分子链分解为同化分子，达到对高聚物的腐蚀。酶有水解酶、蛋白酶、糖酶等。微生物腐蚀的特点如下：专一性：对天然聚合物或生物聚合物材料，酶具有高度的专一性，即酶/高聚物以及高聚物被侵蚀的位置都是固定的。端蚀性：酶降解生物聚合物材料时，多从大分子链内部的随机位置开始。对合成聚合物材料，酶通常只选择其分子链端开始腐蚀，大分子的分解相当缓慢。,聚合物材料中添加剂的影响：大多数添加剂、稳定剂、润滑剂等低分子材料易受微生物降解。由于微生物与增塑剂、稳定剂等相互作用，而不与大分子作用，所以在高聚物表面常有微生物生存。侧基、支链及链长对腐蚀有影响

40、：引进侧基或用其他基团取代原有侧基，通常会使材料成为惰性。碳氢化合物线性链烃的相对分子质量不大于450时，出现严重的微生物降解现象，而支链和聚合物相对分子质量大于450时的烃类不受侵蚀。易侵蚀水解基团：许多微生物能产生水解酶，主链上含有可水解基团的高聚物易受微生物侵蚀。,非金属材料腐蚀的预防3.5.3.1 根据处理工艺合理选材根据设备设计的使用性能、不同的介质和使用条件、选用合适的非金属材料。全面考虑材料的综合性能，优先搞好腐蚀控制，应重视在不同状态和环境介质中的耐蚀性。在选用耐溶剂的聚合物材料时要依据极性大的溶质易溶于极性大的溶剂，极性小的溶质易溶于极性小的溶剂。3.5.3.2 控制设备的使

41、用环境尽量在室内运行或采取必要的遮阳措施，降低湿度，保持材料表面的清洁，注意昆虫、啮齿动物和海生蛀虫等对纤维素和塑料制品有侵蚀作用。,3.6 环保设备材料选择选择材料要从设备结构、制造工艺、使用条件和寿命，设备工作条件下材料的物料性能、力学性能、耐腐蚀性能、材料价格与来源等方面综合考虑。3.6.1 材料的物理、力学性能首先从强度、塑性、韧性及设备具体工作条件和技术经济指标、耐腐蚀性来选择适宜的材料。在常压下操作选择屈服极限为245-345MPa的钢材。直径较大、压力较高的设备，采用普低钢，强度级别为400MPa级及以上。3.6.2 材料的耐腐蚀性设计设备时选择材料要认真进行调查与分析，技术参数

42、要由低到高依次比较，尽量选择低参数的材料，从而减少投资。碳钢做罐壳以满足机械强度，内衬非金属以解决耐腐蚀问题是较合适的材料选择方案。,3.6.3 材料的经济性在满足设备使用性能前提下，选用材料应注意经济效果及生产与供应情况，首先选择低成本的材料。正确选材的基本步骤：明确设备生产和使用的环境和腐蚀因素；查阅有关资料（查阅有关手册上的耐蚀性数据和机械性能、物理性能参数）；调查研究实际生产中材料的使用情况；做必要的实验室辅助试验；对材料的使用性能、加工性能、耐用性能和经济价值等方面做出综合评定；为了延长设备的使用年限，要考虑行之有效的防护措施。,END,作业：思考题与习题（第54页）第3题、第4题、第6题、第10题,