§2.1材料设备的腐蚀与防护 ③氢蚀:温度超过200-300℃,压力高于304MPa时,氢将对钢产生显著 作用,使钢剧烈脆化,造成氢蚀。氢蚀包括可逆氢脆和氢蚀两个阶段 在第一阶段是可逆氢脆,氢被钢的表面所吸收,并以原子状态沿晶界向 钢的内部扩散。虽然这些氢原子并未与钢的组分起化学反应,也未改变 其组织,但却降低了钢的韧性,使钢变脆。在一定条件下韧性又可以部 分或全部恢复 第二阶段是氢蚀阶段。在该阶段,侵入并扩散到钢中的氢与不稳定化合 物发生反应 防止:降低含碳量、加合金元素 ④铸铁的肿胀:铸铁的肿胀实际上是一种晶间气体腐蚀。腐蚀性气体沿 晶界、石墨夹杂物和细微裂缝渗入到铸铁内部,发生氧化作用。由于氧 化物的生成,铸铁体积变大,产生肿胀,其强度大大降低 防止:见适量硅(5%10%
§2.1材料设备的腐蚀与防护 ③氢蚀: 温度超过200~300℃，压力高于30.4MPa时，氢将对钢产生显著 作用，使钢剧烈脆化，造成氢蚀。氢蚀包括可逆氢脆和氢蚀两个阶段。 在第一阶段是可逆氢脆，氢被钢的表面所吸收，并以原子状态沿晶界向 钢的内部扩散。虽然这些氢原子并未与钢的组分起化学反应，也未改变 其组织，但却降低了钢的韧性，使钢变脆。在一定条件下韧性又可以部 分或全部恢复。 第二阶段是氢蚀阶段。在该阶段，侵入并扩散到钢中的氢与不稳定化合 物发生反应 防止：降低含碳量、加合金元素 ④铸铁的肿胀：铸铁的肿胀实际上是一种晶间气体腐蚀。腐蚀性气体沿 晶界、石墨夹杂物和细微裂缝渗入到铸铁内部，发生氧化作用。由于氧 化物的生成，铸铁体积变大，产生肿胀，其强度大大降低。 防止：见适量硅（5%—10%）
§2.1材料设备的腐蚀与防护 (3)防止钢铁气体腐蚀的方法 a.合金化:元素Cr、A、S等改善钢铁材料抗氧化性能最有效的合金元素, 与氧的亲和力比铁强,在氧化性介质中首先与氧结合形成极稳定的Cr2O3、 Al2O3、SiO2,这些氧化物结构致密,能够牢固地与金属基体结合,形成 有效的保护层。 b.改善介质:通过设法改善介质成分,可以减轻乃至消除某些特定环境条 件下的腐蚀危害 c.应用保护性覆盖层:利用金属或非金属涂层将金属和气体介质隔离开 来,是防止气体腐蚀的有效途径。实质是抗氧化合金元素的表面合金化。 d耐高温氧化的陶瓷覆盖层:采用热喷涂或等离子喷涂的方法,可以将 耐热氧化物喷涂在金属表面形成耐高温氧化的陶瓷覆盖层,达到抗高温 氧化的目的。 2、金属的电化学腐蚀 金属在电解质介质中所发生的腐蚀,称为电化学腐蚀
§2.1材料设备的腐蚀与防护 （3）防止钢铁气体腐蚀的方法 a. 合金化:元素Cr、Al、Si等改善钢铁材料抗氧化性能最有效的合金元素， 与氧的亲和力比铁强，在氧化性介质中首先与氧结合形成极稳定的Cr2O3、 Al2O3、SiO2，这些氧化物结构致密，能够牢固地与金属基体结合，形成 有效的保护层。 b. 改善介质:通过设法改善介质成分，可以减轻乃至消除某些特定环境条 件下的腐蚀危害。 c. 应用保护性覆盖层：利用金属或非金属涂层将金属和气体介质隔离开 来，是防止气体腐蚀的有效途径。实质是抗氧化合金元素的表面合金化。 d.耐高温氧化的陶瓷覆盖层：采用热喷涂或等离子喷涂的方法，可以将 耐热氧化物喷涂在金属表面形成耐高温氧化的陶瓷覆盖层，达到抗高温 氧化的目的。 2、金属的电化学腐蚀 金属在电解质介质中所发生的腐蚀，称为电化学腐蚀
§2.1材料设备的腐蚀与防护 (1)金属的电化学腐蚀及发生条件 金属的电化学腐蚀原理在本质上与熟知的铜一锌原电池是一样的,这种 引起金属腐蚀的短路原电池,叫做腐蚀原电池。 金属或合金常常是化学成分不均一,含有各种杂质和合金元素 存在组织结构不均一 物理状态不均一 表面氧化(保护)膜不完整 引起金属表面的电极电位不同,在电解质溶液中就形成了腐蚀原电池。 根据化学热力学原理,可以将金属、金属离子及金属氧化物或氢氧化物 在水中的氧化还原电位(E)与溶液的pH值构成电位(E)-pH图,来表示 金属与水的电化学反应和化学反应平衡关系的图式,以此判断金属在水 溶液中的腐蚀倾向、腐蚀产物以及指示防止腐蚀的可能途径。 要避免铁的腐蚀,其状态点就不能落入腐蚀区,可采取以下几种措施 ①将铁的电极电位降至非腐蚀区。这就要对铁施行阴极保护 ②将铁的电极电位升高,进入钝化区。这可使用阳极保护法或在溶液中 添加阳极型缓蚀剂来实现 ③调整溶液pH值范围使pH=8-13,可使铁进入钝化区
§2.1材料设备的腐蚀与防护 （1）金属的电化学腐蚀及发生条件 金属的电化学腐蚀原理在本质上与熟知的铜－锌原电池是一样的，这种 引起金属腐蚀的短路原电池，叫做腐蚀原电池。 金属或合金常常是化学成分不均一，含有各种杂质和合金元素 存在组织结构不均一 物理状态不均一 表面氧化（保护）膜不完整 引起金属表面的电极电位不同，在电解质溶液中就形成了腐蚀原电池。 根据化学热力学原理，可以将金属、金属离子及金属氧化物或氢氧化物 在水中的氧化-还原电位（E）与溶液的pH值构成电位(E)－pH图，来表示 金属与水的电化学反应和化学反应平衡关系的图式，以此判断金属在水 溶液中的腐蚀倾向、腐蚀产物以及指示防止腐蚀的可能途径。 要避免铁的腐蚀，其状态点就不能落入腐蚀区，可采取以下几种措施 ① 将铁的电极电位降至非腐蚀区。这就要对铁施行阴极保护。 ② 将铁的电极电位升高，进入钝化区。这可使用阳极保护法或在溶液中 添加阳极型缓蚀剂来实现。 ③ 调整溶液pH值范围使pH＝8~13，可使铁进入钝化区
§2.1材料设备的腐蚀与防护 (2)极化 极化是指原电池由于电流通过,使其阴极和阳极的电极电位偏离其起始 电位值的现象。电流流过阴极使阴极电位降低的现象,称为阴极极化。 电流流过阳极使阳极电位升高的现象,称为阳极极化。显然,极化减小 了电池两极之间的电位差,导致金属腐蚀速度的降低。通常可以将极化 的机理分为活化极化(电化学极化)、浓差极化和电阻极化。 ①活化极化:当电流通过电极时,因电化学反应迟缓,而造成电极电位 偏离平衡电位的现象称为活化极化或电化学极化。 ②浓差极化:当电流流过电极时,因电极反应物(或反应生成物)输运 迟缓,而造成电极电位偏离平衡电位的现象称为浓差极化。 ③电阻极化:电阻极化是由于在电极表面上生成了具有保护作用的氧化 膜或不溶性的腐蚀产物等引起的
§2.1材料设备的腐蚀与防护 （2）极化 极化是指原电池由于电流通过，使其阴极和阳极的电极电位偏离其起始 电位值的现象。电流流过阴极使阴极电位降低的现象，称为阴极极化。 电流流过阳极使阳极电位升高的现象，称为阳极极化。显然，极化减小 了电池两极之间的电位差，导致金属腐蚀速度的降低。通常可以将极化 的机理分为活化极化（电化学极化）、浓差极化和电阻极化。 ① 活化极化：当电流通过电极时，因电化学反应迟缓，而造成电极电位 偏离平衡电位的现象称为活化极化或电化学极化。 ② 浓差极化：当电流流过电极时，因电极反应物（或反应生成物）输运 迟缓，而造成电极电位偏离平衡电位的现象称为浓差极化。 ③ 电阻极化：电阻极化是由于在电极表面上生成了具有保护作用的氧化 膜或不溶性的腐蚀产物等引起的
§2.1材料设备的腐蚀与防护 (3)钝化 钝化就是金属与介质作用后,失去其化学活性,变得更为稳定的现象。 使金属发生钝化的物质称为钝化剂 ①成相膜理论认为,当金属溶解时,可在金属表面生成一层致密的、覆 盖性良好的固体产物。这些产物作为一个独立的相存在,把金属和溶液 机械地隔离开来,从而使金属的溶解速度大大降低,使金属转入钝态。 ②吸附理论吸附理论认为,引起金属钝化并不一定要形成固相膜,而只 要在金属表面或部分表面上形成氧或含氧粒子的吸附层。这种吸附层改 变了金属/溶液表面的结构,使金属反应的活化能显著升高,故金属同腐 蚀介质的化学反应速度将显著减小
§2.1材料设备的腐蚀与防护 （3）钝化 钝化就是金属与介质作用后，失去其化学活性，变得更为稳定的现象。 使金属发生钝化的物质称为钝化剂。 ① 成相膜理论认为，当金属溶解时，可在金属表面生成一层致密的、覆 盖性良好的固体产物。这些产物作为一个独立的相存在，把金属和溶液 机械地隔离开来，从而使金属的溶解速度大大降低，使金属转入钝态。 ② 吸附理论吸附理论认为，引起金属钝化并不一定要形成固相膜，而只 要在金属表面或部分表面上形成氧或含氧粒子的吸附层。这种吸附层改 变了金属/溶液表面的结构，使金属反应的活化能显著升高，故金属同腐 蚀介质的化学反应速度将显著减小