电化学课程读书报告金属腐蚀与防护

电化学课程读书报告

题 目： 金属腐蚀与防护 班 级： 031121班 姓 名： 张 佳 学 号： 20121003634 指导老师： 杨丽霞

金属腐蚀与防护

一、简述

腐蚀是金属材料失效的三种主要原因之一。由于金属材料总是在一定的介质中使用的，而金属的腐蚀过程在热力学上是一个自发的过程， 所以金属材料的腐蚀破坏是涉及许多生产领域的普遍性的问题。但随着条件不同，腐蚀过程的动力学行为与腐蚀破坏的形式和特征有很大差别， 因而有多种多样的腐蚀破坏。有的腐蚀破坏是在孕育期间没有明显症状情况下突发地发生的， 金属材料迅速地降低强度或破裂，从而引起灾害性的后果。腐蚀过程是在金属表面上发生的过程。由于一般的固体金属表面是不均匀的， 又由于介质条件的多样性和金属材料的力学状态与腐蚀过程之间的交互效应，因而许多腐蚀破坏过程是极为复杂的过程。按照介质条件和金属力学状态， 腐蚀过程大致可以分成三个领域： （1）金属在离子导体介质中的腐蚀

包括在水溶液中的腐蚀、薄层水膜下的腐蚀和熔盐中的腐蚀。这类腐蚀过程按电化学反应的途径进行，称为电化学腐蚀。大多数腐蚀过程是电化学腐蚀过程。其中在薄层熔盐下的腐蚀又称热腐蚀。 （2）高温气体腐蚀

一般认为这类腐蚀过程通过高温气体与金属之间的化学反应进行。但由于生成的腐蚀产物复盖在金属表面上，形成分隔气体介质与金属表面的膜层， 反应粒子必须通过这一膜层才能继续不断地进行反应， 这就涉及固相中的传质问题和腐蚀产物膜层因内应力的积累而破裂的问题。如果按温度条件来划分，也可以将熔盐腐蚀和热腐蚀与高温气体腐蚀合并为高温腐蚀领域。 （3）金属材料在力学因素作用条件下的腐蚀破坏

这类腐蚀破坏的种类也很多, 其中危险性最大、造成事故最多的是所谓“环境敏感断裂” 。即金属材料在静应力或交变应力与腐蚀反应的协同作用下的开裂和脆断问题。这类腐蚀破坏过程的机理一般都比较复杂。

二、防护方法

金属材料的防腐蚀方法很多，主要有改善金属的本质，把被保护金属与腐蚀介质隔开，或对金属进行表面处理，改善腐蚀环境以及电化学保护等。 2.1改善金属的本质

根据不同的用途选择不同的材料组成耐蚀合金，或在金属中添加合金元素，提高其耐蚀性，可以防止或减缓金属的腐蚀。例如，在钢中加入镍制成不锈钢可以增强防腐蚀能力。 2.2形成保护层

在金属表面覆盖各种保护层，把被保护金属气腐蚀性介质隔开，是防止金属腐蚀的有效方法。工业上普遍使用的保护层有非金属保护层和金属保护层两大类，通常采用以下方法形成保护层： 2.2.1金属的磷化处理

钢铁制品去油、除锈后，放入特定组成的磷酸盐溶液中浸泡，即可在金属表面形成一层不溶于水的磷酸盐薄膜，这种过程叫做磷化处理。磷化膜呈暗灰色至黑灰色，厚度一般为5至20微米，在大气中有较好的耐蚀性。膜是微孔结构，对油漆等的吸附能力强，如用作油漆底层，耐腐蚀性可进一步提高。 2.2.2金属的氧化处理

将钢铁制品加到NaOH和NaNO2的混合溶液中，加热处理，其表面即可形成一层厚度约为0.5至1.5微米的蓝色氧化膜(主要成分为Fe3O4)，以达到钢铁防腐蚀的目的，此过程称为发蓝处理，简称发蓝。这种氧化膜具有较大的弹性和润滑性，不影响零件的精度。故精密仪器和光学仪器的部件，弹簧钢、薄钢片、细钢丝等常用发蓝处理。 2.2.3非金属涂层

用塑料(如聚乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯等)喷涂金属表面，比喷漆效果更佳。塑料覆盖层致密光洁。色泽艳丽，兼具防蚀与装饰的双重功能。搪瓷是含SiO2量较高的玻璃瓷釉，有极好的耐腐蚀性能，因此作为耐腐蚀非金属涂层，广泛用于石油化工、医药、仪器等工业部门和日常生活用品中。 2.2.4金属保护层

这是以一种金属镀在被保护的另一种金属制品表面上所形成的保护镀层，前一种金属称为镀层金属。金属镀层的形成，除电镀、化学镀外，还有热浸镀、热喷镀、渗镀、真空镀等方法。

热浸镀是将金属制件浸入熔融的金属中以获得金属涂层的方法，作为浸涂层的金属通常是采用低熔点金属，如锌、锡、铅和铝等。热镀锌主要用于钢管、钢板、钢带和钢丝，应用最广；热镀锡用于薄钢板和食品加工等的贮存容器；热镀铅主要用于化工防蚀和包覆电缆；热镀铝则主要用于钢铁零件的抗高温氧化等。 2.3改善环境

改善环境对减少和防止金属腐蚀有重要作用。例如，减少腐蚀介质的浓度，除去介质中的氧，控制环境温度、湿度等都可以减少和防止金属腐蚀。也可以采用在腐蚀介质中添加能降低腐蚀速率的物质(缓蚀剂)来减少和防止金属腐蚀。

2.4电化学保护法

电化学保护法是根据电化学原理在金属设备上采取措施，使之成为腐蚀电池中的阴极，从而防止或减轻金属腐蚀的方法，主要有以下两种： 2.4.1牺牲阳极保护法

该方法是用电极电势比被保护金属更低的金属或合金做阳极，固定在被保护金属上，形成腐蚀电极，被保护金属作为阴极而得到保护。牺牲阳极一般常用的材料有铝、锌及其合金。此法常用于保护海船外壳、海水中的各种金属设备、构件和防止巨型设备(如贮油罐)以及石油管路的腐蚀。

2.4.2外加电流法

将被保护金属与另一附加电极作为电池的两个极，使被保护的金属作为阴极，在外加直流电的作用下使阴极得到保护。此法主要用于防止土壤、海水及河水中金属设备的腐蚀。

虽然我们不能阻止金属回归至氧化物的趋势，但我们可以通过掌握金属腐蚀的机理，从而合理地选用金属材料或采取一定的防腐蚀方法以延缓金属材料的腐蚀速度，进而延长金属材料的使用寿命，降低因设备、管道等的腐蚀而发生的额外成本，同时对提高劳动生产率也起到了一定的积极作用。

三、金属防护实例

金属腐蚀与防护是一个历史悠久但又充满生机活力的研究领域， 随着我国工业化进程的加快，腐蚀防护已成为关联国计民生#经济建设持续发展的重要技术之一，就我国而言，西气东输、青藏铁路、高速铁路、核电站、海洋采油等重大工程之建设都给腐蚀防护带来新的课题与新的挑战，以西气东输管线防腐蚀为例，该管线既要穿过较强的腐蚀区( 如沼泽区和盐渍土区) ，又要通过高电阻率地方( 砂石区、石方区) ，还要经过大城市和工业基地等土壤腐蚀环境差别巨大的区域，另外，输气管线有多处要穿越河流和公路，这些特殊的环境对腐蚀保护都有专门的要求，由于管输介质先前已经作过处理，其腐蚀性不强，因此可在管道内壁喷涂防腐涂层( 如环氧树脂) 防止内腐蚀，同时减少输送时的摩擦阻力，管道外壁的防护是重点，主要采用外涂防腐涂层与阴极保护相结合的联合保护方

式，并根据不同的区域环境因地制宜地设计不同的保护方案，其中，防腐涂层包括单层结构的环氧粉末涂层和三层结构的聚乙烯防腐层( 底层为熔结环氧粉末、中间层为胶粘剂、外层为聚乙烯)，环氧粉末主要用于环境腐蚀性相对较弱和非石方区等地域，三层结构防腐层主要用于环境腐蚀性强的沼泽、水塘、盐油区以及机械破坏严重的石方区和安全性要求高的人口稠密区等，阴极保护方案根据环境及选择的防腐层，采取外加电流的阴极保护方式，预计全线大约要建50余座阴极保护站，同时在阴极保护电源的选用中注重与遥测系统之相匹配。

四、参考文献

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[2]化学工业部化工机械研究院主编.腐蚀与防护手册.化学工业出版社,1991.10. [3]秦国治.丁良棉.田志明主编.管道防腐蚀技术.化学工业出版社,2003.9. [4]丁丕治主编.化工腐蚀与防护.化学工业出版社,2004.1. [5]曹楚南.金属腐蚀与防护机理的研究.中国科学基金,1990. [6]曹楚南.腐蚀电化学原理.化学工业出版社,2004:41. [7] 马厚义等.金属腐蚀与防护简谈.电化学，2011.8.

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