过程装备腐蚀与防护讲义
过程装备腐蚀与防护
第一章腐蚀电化学基础一、概念及简答1.双电层金属浸入电解质溶液内，其表面的原子与溶液中的极性水分子、电解质离子、氧等相互作用，使界面的金属和溶液侧分别形成带有异性电荷的结构——双电层。
2.电极电位电极反应使电极和溶液界面上建立的双电层电位跃。
3.极化、极化曲线及极化图电池工作过程中，由于电流流动而引起电极电位偏离初始值的现象。
用来表示极化电位与极化电流或极化电流密度之间关系的曲线。
将构成腐蚀电池的阴极和阳极极化曲线绘在同一E-I坐标上得到的图线，简称极化图。
4.超电压腐蚀电池工作时，由于极化作用使阴极电位下降，阳极电位升高。
这个值与各极的平衡电位差值的绝对值称为超电压或过电位。
以η表示。
5.钝化金属表面从活性溶解状态变成非常耐蚀的状态的突变现象称为钝化。
6.去极化反应：发生在阴极上的吸收电子的还原反应。
析氢腐蚀其发生的条件析氢腐蚀定义：指溶液中的氢离子作为去极剂，在阴极上进行阴极反应，使金属持续溶解而被腐蚀。
条件：腐蚀电池中的阳极电位必须低于阴极的析氢电极电位。
7. 耗氧腐蚀其发生的条件腐蚀电池上的阴极反应由溶液内氧分子参与完成，称为吸氧或耗氧反应。
耗氧腐蚀的条件为：腐蚀电池中的阳极初始电位EºM必须低于该溶液中氧的平衡电位Ee,O28.金属腐蚀的热力学条件金属溶解的氧化反应若进行，则金属的实际电位必更正于金属的平衡电极电位。
E>Ee,M 去极化反应若进行，则有金属电极电位必更负于去极剂的氧化还原反应电位。
E<Ee,k 上述条件需同时满足。
9.腐蚀速度的工程表示方法重量法和深度法10.耐蚀性评定及其适用范围第二章局部腐蚀一、概念及简答1、应力腐蚀：在固定拉应力和特定介质的共同作用下所引起的破裂。
应力腐蚀产生的条件(特定材料+)固定拉应力+ 特定腐蚀性介质2、腐蚀疲劳：金属材料在循环应力或脉动应力和腐蚀介质的联合作用下，所引起的腐蚀。
（注意与疲劳断裂的区别）条件：变应力+腐蚀性介质3、磨损腐蚀：腐蚀性流体与金属以较高速度做相对运动而引起金属的腐蚀损坏，简称磨蚀。
过程装备腐蚀与防护课件-第四章
镍在铁的基体中的耐蚀性不是钝化作用，而是使合金的热力学稳定性提高 在氧化性介质和还原性介质中均有效 优势：
与铬配合加入铁中获得不锈钢；
综合了铬镍的优势，耐氧化性介质腐蚀也耐还原性介质腐蚀； 形成奥氏体，具有良好的热加工性、冷变形能力、可焊性、良好的低温韧
性。
不利之处：增加不锈钢的晶间腐蚀倾向
加入Cu, Mg,Mn等使铝强化，提高纯铝的强度
耐蚀铝合金主要有Al-Mn, Al-Mn-Mg, Al-Mg-Si, Al-Mg
4. 2
常用结构材料的耐蚀性能
3、钛及钛合金
氧化性介质；沸水和过热蒸汽；沸腾铬酸、浓硝酸、浓硝酸的 混酸、高温高浓度的硝酸 在中性和弱酸性氯化物溶液中有良好的耐蚀性 在含有少量氧化剂或添加高价重金属离子，或与铂、钯等相接 触，抑制钛的腐蚀（可以促使阳极钝化） 在稀碱溶液中耐蚀 在一定条件下，发生激烈的发火反应； 主要品种有：Ti-Pd, Ti-Ni, Ti-Mo, Ti-Ni-Mo合金 容易发生氢脆情况 应力腐蚀破裂
4. 2
常用结构材料的耐蚀性能
1、依靠钝化获得耐蚀能力的金属
主要有不锈钢、铝及铝合金、钛及钛合金、硅铸铁等
（1）18-8不锈钢（Cr18%, Ni8%-9% ;n=2)
在空气、水、中性溶液和各种氧化性介质中十分稳定
在酸性介质中（氧化性酸或非氧化性酸，以及氧化性
的强弱有关）
不锈钢设备的腐蚀多是局部腐蚀破坏：
（2）铅与铅合金
常用来制作输送硫酸的泵、管和阀等 *不用用于食品和医药中（千万分之一）
4. 2
常用结构材料的耐蚀性能
3、依靠自身热力学稳定而耐蚀的金属：
过程装备腐蚀与防护课件-第五章
5. 2 耐腐蚀的高分子材料
2、硬聚氯乙烯设备结构设计特点 根据PVC材料的特性和具体使用条件确定许用应力 和安全系数
以长期拉伸强度作为计算许用应力的依据
焊缝系数0.85~0.95， 一般取0.6
采用单面或双面加强焊提高焊缝强度、保护焊缝；
焊缝尽可能错开（多块板材）
越不易水解
耐酸性介质水解的能力： 醚键 > 酰胺键或酰亚胺键 > 酯键 > 硅氧键 耐碱性介质水解的能力： 酰胺键或酰亚胺键 > 酯键
5. 1 高分子材料的腐蚀特性和影响因素
3、应力腐蚀开裂 在某些条件下，高分子材料在应力和腐 蚀性质共同作用下，发生类似金属应力腐蚀 破裂的现象，出现裂纹，并不断发展直至脆 断。
5. 2 耐腐蚀的高分子材料
2、硬聚氯乙烯设备结构设计特点 顶盖和筒体结构应采取措施加强刚性，防止变形
5. 2 耐腐蚀的高分子材料
2、硬聚氯乙烯设备结构设计特点 避免焊缝本体和焊缝边线的母材断面的剧烈变化
5. 2 耐腐蚀的高分子材料
2、硬聚氯乙烯设备结构设计特点 考虑到材料的膨胀系数，金属加强构件与塑料设备 之间允许相对自由位移；长管道，加膨胀结
部分结晶的塑料，晶区有应力集中，在晶区与非 晶区的交界处产生裂纹的倾向性就大
应力集中部位，环境应力开裂的可能性大
分子量小、分布窄的高聚物比大分子量的易发生 开裂 在具有中等溶胀能力的醇类、蓖麻油等活性介质 中，材料易发生环境应力开裂
5. 1 高分子材料的腐蚀特性和影响因素
4、老化（耐侯性） 影响高分子材料老化的因素：
第五章 非金属结构材料的耐蚀特性
5.1 高分子材料的腐蚀性和影响因素 5.2 耐腐蚀高分子材料 5.3 耐腐蚀无机非金属材料 5.4 碳-石墨
过程装备腐蚀与防护 教学大纲
过程装备腐蚀与防护Process equipment corrosion and protection【学分】2 【学时】32 【性质】专业基础【实验】0（一）授课对象四年制本科过程装备与控制工程等专业。
（二）课程的性质和地位过程装备腐蚀与防护是一门综合性技术科学，无论是过程装备与控制工程还是油气储运工程、材料科学、能源科学、环境科学等领域，都与腐蚀与防护科学紧密相关。
过程装备腐蚀与防护是过程装备与控制工程专业的一门专业必修课。
本课程安排在工程化学、工程材料、工程热力学课程后进行，通过该课程的学习，使学生掌握腐蚀与防护的基础理论并融会贯通，对促进新技术的发展、节省钢材、延长设备使用寿命、节省大量资金、保证安全生产、减少环境污染有着重大意义。
（三）课程的教学目标本课程教学目标是讲授金属腐蚀的基本原理、防护方法、选材原则和监测技术，了解局部腐蚀的特点和相关的正确设计思路，了解非金属材料的耐蚀性及其结构设计特点，了解金属腐蚀防护使用的现代监测技术和原理，掌握各种工程材料腐蚀和防腐的异同点。
应用基本电化学腐蚀理论，分析常见的化工腐蚀现象并提出防腐途径，为培养本科毕业生提供必要的金属防腐蚀和监测的基本理论和应用知识。
（四）课程相关能力培养1．能够将该课程对应的专业知识用于解决复杂工程问题（G1）；2．能够设计针对复杂工程问题的解决方案，设计满足特定需求的系统、单元（部件）或工艺流程，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素（G3）；3．能够基于科学原理并采用科学方法对复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论（G4）。
（五）教学内容1．绪论（G1，G3）2．金属电化学腐蚀原理（G1）电化学腐蚀原理，腐蚀速度，析氢和耗氧腐蚀，金属的钝化。
重点：电化学腐蚀原理，金属的钝化。
难点：腐蚀速度。
3．影响腐蚀的结构因素（G1，G2，G4）力学因素（SCC、腐蚀疲劳、磨损腐蚀），表面和几何因素（孔蚀、缝隙腐蚀），异种金属组合因素（电偶腐蚀）。
过程装备腐蚀与防护综述
过程装备腐蚀与防护综述第一章金属电化学腐蚀基本原理1. 腐蚀控制通常有两种措施，一是补救性控制，即腐蚀发生后再消除它；二是预防性控制，即事先采取防止腐蚀的措施，避免或延缓腐蚀，尽量减少可能引起的其他有害影响。
2. 腐蚀的定义与分类腐蚀是金属与其周围介质发生化学或电化学作用而产生的破坏。
腐蚀有不同的分类方法。
按照腐蚀机理可以将金属腐蚀分为化学腐蚀与电化学腐蚀两大类。
按照金属破坏的特征，可分为全面腐蚀和局部腐蚀两类。
(1) 全面腐蚀是指腐蚀作用发生在整个金属表面，它可能是均匀的，也可能是不均匀。
(2) 局部腐蚀是指腐蚀集中在金属的局部区域，而其他部分几乎没有腐蚀或腐蚀很轻微。
局部腐蚀有以下几种：①应力腐蚀破裂SSC 在拉应力和腐蚀介质联合作用下，以显著的速率发生和扩展的一种开裂破坏。
②腐蚀疲劳金属在腐蚀介质和交变应力或脉动应力作用下产生的腐蚀。
③磨损腐蚀金属在高数流动的或含固体颗粒的腐蚀介质中，以及摩擦副在腐蚀性质中发生的腐蚀损坏。
④小孔腐蚀腐蚀破坏主要集中在某些活性点上，蚀孔的直径等于或小于蚀孔的深度，严重时可导致设备穿孔。
⑤晶间腐蚀腐蚀沿晶间进行，使晶粒间失去结合力，金属机械强度急剧降低。
破坏前金属外观往往无明显变化。
⑥缝隙腐蚀发生在铆接、螺纹接头、密封垫片等缝隙处的幅度hi。
⑦电偶腐蚀在电解质溶液中，异种金属接触时，电位较正的金属促使电位铰负的金属加速腐蚀的类型。
⑧其他如氢脆、选择性腐蚀、空泡腐蚀、丝状腐蚀等都属于局部腐蚀。
3. 电极电位通常把由电极反应使电极和溶液界面上建立起的双电层电位跃称为电极电位，是一个矢量，其数值由电极本身、电解液浓度、温度等因素决定，包括平衡电极电位和非平衡电极电位。
4. 平衡电极电位当电极反应正逆过程的电荷和物质都处于平衡状态时的电极电位称为平衡电极电位或可逆电位，用E0表示。
以规定为零的标准氢电极电位为分界线，电位比氢的标准电极电位负（低）的金属称为负电性金属，电位比氢的标准电极电位正（高）的金属称为正电性金属。
过程装备腐蚀与防护教学大纲
《过程装备腐蚀与防护》课程教学大纲课程性质：选修课总学时：32课程类型：专业课学分：2课程编号：适用专业：过程装备与控制工程开课教研室：过程装备与控制工程教研室教学大纲说明一、本课程的地位、作用和任务二、本课程的教学基本要求通过本门课程的学习，要求学生能合理地运用所学到的有关腐蚀与护护的知识，解决实际中的问题。
对金属腐蚀理论、基本概念及重要的作用机理要有较清楚的理解，对一般的腐蚀现象能进行初步的分析。
初步掌握化工机械制造中的主要金属材料和非金属材料的耐腐蚀性能、主要的物理、机械性能及应用范围。
在防止腐蚀方面，要求学生了解基本原理、主要应用场合及条件。
三、新大纲改革说明1.学时数为32学时。
2.为了突出本专业的特点，增加了一些典型化工生产装置的腐蚀与防护分析的章节。
教学内容一、本课程的理论教学内容1 绪论1.1了解过程装备防腐蚀的意义及学习本课程的目的1.2熟悉腐蚀的定义和分类2 金属电化学腐蚀基本原理2.1金属电化学腐蚀的原理2.2双电层的形成过程2.3金属电极电位的概念2.4宏观腐蚀电池和微电池的作用原理2.5极化的概念及应用2.6腐蚀速度的评定方法和计算2.7析氢腐蚀和耗氧腐蚀2.8金属的钝化现象及应用3 影响腐蚀的结构因素3.1外力作用下形成的应力腐蚀、腐蚀疲劳和磨损腐蚀 3.2表面状况因素形成的小孔腐蚀、缝隙腐蚀3.3异种金属组合形成的电偶腐蚀3.4焊缝晶间腐蚀4 常用金属材料的耐蚀性4.1金属在某些环境中的腐蚀特点4.2金属耐蚀合金化原理及合金元素对耐蚀性的影响4.3不锈钢、碳钢、铸铁和有色金属的耐蚀原理和耐蚀性5 常用非金属材料的耐蚀性5.1高分子材料的耐蚀性5.2无机非金属材料的耐蚀性5.3不透性石墨的耐蚀性6 防腐蚀方法6.1电化学保护6.2衬里防护6.3防腐结构的设计6.4 一些其他的防腐方法7 典型石化装置的腐蚀与防护分析和应用8 设备的腐蚀监控二、本课程的实践教学内容本课程没有安排实践教学内容。
过程装备腐蚀与防护-第三章-final
选用对接焊接结构、大的曲率半径、采用流型设计等。
2.2 力学因素
③ 降低材料对SCC的敏感性
退火热处理消除残余应力，时效处理改善合金组织（消除晶间 偏析）降低对SCC的敏感性。
④ 其他方法
合理选材，采取阴极保护。
(2) 疲劳腐蚀
疲劳断裂－金属构件在变动负荷作用下，经过一定周期后所发 生的断裂。疲劳腐蚀－由腐蚀介质和变动负荷的联合作用而引 起的断裂破坏。 循环应力以交变的张应力和压应力(拉-压应力交替变化)最为常 见。如海上、矿山的卷扬机牵引钢索、油井钻杆、深井泵轴等。 脉动应力为交变应力和拉伸应力的叠加。如凿岩机所承受的是 脉动应力。
高温氧化的热力学条件
金属不仅在氧气和空气中可以发生高温氧化，在氧化性气体CO2， 水蒸汽，SO2中也可以发生高温氧化。
金属氧化 - 狭义的金属氧化是指金属与环境介质中的氧化合而生 成金属氧化物的过程。反应式如下：
x M O MO 2 x 2
广义的金属氧化就是金属与介质作用失去电子的过程，氧化反 应产物不一定是氧化物，也可以是硫化物、卤化物、氢氧化物或其他 化合物，可以下式表示：
M→M n+ +ne xM + Yx = MxYy
3.1 高温腐蚀
高温氧化倾向的判断 —自由焓准则 ：将金属高温氧化反应 方程式写成 1 M O MO 2 2
当 G<0 ，金属发生氧化，转变为氧化物 MO 。 G 的绝对 值愈大，氧化反应的倾向愈大。当 G=0 ，反应达到平衡。 当 G > 0 ，金属不可能发生氧化；反应向逆方向进行， 氧化物分解。 当PO2>PMO，G<0，金属能够发生氧化，二者差值愈大， 氧化反应倾向愈大。当 PO2=PMO ， G=0 ，反应达到平衡。
过程装备腐蚀与防护-1
第一章 电化学腐蚀基本原理
第一节 电化学腐蚀的趋势
一、金属的电化学腐蚀历程
二、金属与溶液的界面特性——双电层
双电层具有以下特点： (2) 双电层的内层有过剩的电子或阳离子，当系统形成回 路时，电子即可沿导线流入或流出电极；
第一章 电化学腐蚀基本原理
第一节 电化学腐蚀的趋势
一、金属的电化学腐蚀历程
第一章 电化学腐蚀基本原理
第一节 电化学腐蚀的趋势
一、金属的电化学腐蚀历程
二、金属与溶液的界面特性——双电层
三、电极电位
1. 平衡电极电位 2. 非平衡电极电位
当金属浸入不含同种金属离子的溶液中时，电极上同时存在两种 或两种以上不同物质参与的电化学反应，正逆过程的物质始终不可 能达到平衡。因此这种电极电位称为非平衡电极电位。
三、电极电位 四、腐蚀电池
将锌片和铜片浸入稀硫酸溶液中，再用导线把它们联结起来，这 时，由于锌的电位较低，铜的电位较高，它们各自在电极/溶液界面 上建立的电极过程的平衡就遭到破坏，并在两个电极上分别进行以 下的电极反应：
第一章 电化学腐蚀基本原理
第一节 电化学腐蚀的趋势
一、金属的电化学腐蚀历程
二、金属与溶液的界面特性——双电层
三、电极电位 四、腐蚀电池
Zn Zn 2 2e
2H 2e H 2
第一章 电化学腐蚀基本原理
第一节 电化学腐蚀的趋势
一、金属的电化学腐蚀历程
二、金属与溶液的界面特性——双电层
三、电极电位 四、腐蚀电池
如果我们把铜和锌两块金属 直接接触在一起并浸入硫酸中。 也将发生与上述原电池同样的 变化。
第一章 电化学腐蚀基本原理
第一节 电化学腐蚀的趋势
一、金属的电化学腐蚀历程
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关于考试
1.概念及简答题
2.填空或选择题
40分
30分
3.腐蚀事例分析题
30分
20
古人说“书中自有黄金
”通过阅读科技书籍，
培养逻辑思维能力；
通过阅读文学作品，我 培养文学情趣；
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二、设计人员掌握腐蚀知识的必要性 正确的腐蚀控制，可延长设备的寿命，避免事故， 节约维护费用。 在腐蚀控制上，提倡预防性控制，“防患于未然” NO“亡羊补牢”。 设计者在充分考虑实现设备功能的同时，更应考虑 其功能正常实现的影响因素——腐蚀。 设计者掌握腐蚀知识是为了丰富其设计能力。
13
三、腐蚀的定义与分类
9
பைடு நூலகம்
一、腐蚀的危害 1.腐蚀现象几乎涉及国民经济的一切领域 机器设备等在大气中因腐蚀而生锈 船舶及海洋平台受海水及海洋微生物的腐蚀 地下输油、气管线及电缆在土壤中的腐蚀 高温环境下金属的腐蚀 各种溶液对材料的腐蚀 人工器官的腐蚀 2.腐蚀是一个自然的过程
10
3.腐蚀的代价
工业发达国家1984年腐蚀损失
17
建议
通过图书馆、网络查找各种典型腐蚀
事例。要求掌握腐蚀事例的分析方法、明
确腐蚀形式并提出解决方案。
18
学习方法
轻理论重工程、轻讲授重研讨
腐蚀事例分析为主
大作业一次 本学期内，将提供四次左右的机会，由学生主讲。 （自愿组成小组：3~5人，自行分工，注明贡献率） 每小组讲课时，将随机抽取评委10人打分。
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主要包括：
应力腐蚀：拉应力+腐蚀性介质——材料快速开裂。 腐蚀疲劳：交变应力+腐蚀性介质。 磨损腐蚀：腐蚀性介质高速流动或含有固体颗粒；
摩擦副在腐蚀性介质中的腐蚀。
小孔腐蚀：腐蚀集中于某些点，形成深孔至穿孔。 晶间腐蚀：发生于晶间，使晶粒间失去结合力，强 度急剧下降，破坏无征兆。 缝隙腐蚀：铆接、胀接、螺纹连接处等。
主 讲：刘
伟
1
2
3
4
C204下塔漏点
5
6
绪
论
主要内容：研究材料与周围介质作用的规律、腐蚀过程机 理及各种防腐方法。 学习目的：掌握材料腐蚀的过程并找到有效、实用的控制 方法。 学习方法：基本理论分析和腐蚀事例分析相结合。 与其它学科的联系：材料、力学、物理化学、电化学、制
造工艺、设备结构、冶金及生物学等
定义：材料由于环境作用引起的破坏或变质。
环境 化学、电化学 化学—机械 电化学—机械
化学腐蚀
按腐蚀机理
分 类
按破坏特征
电化学腐蚀 均匀腐蚀
局部腐蚀
14
化学腐蚀：金属与非电解质直接发生化学作用而引
起的破坏。属于纯氧化还原反应，有腐
蚀产物。
特点：整个过程无电流产生。 电化学腐蚀：金属与电解质溶液发生电化学作用 而引起的破坏。 特点：腐蚀过程中有电子的移动。 均匀腐蚀：也叫全面腐蚀。腐蚀面积大，危害小。 局部腐蚀：腐蚀集中在局部区域，破坏力极强。
电偶腐蚀：异种金属+电解质溶液。
选择性腐蚀：优先腐蚀材料中某种重要元素而破坏。
16
M.G.方坦纳认为，腐蚀分为湿腐蚀和干腐蚀更合
理。有液体存在产生的腐蚀是湿腐蚀，通常包括水溶
液和电解质，如水对钢的腐蚀。环境中无液相或在露
点以上时产生的腐蚀是干腐蚀，腐蚀剂通常是蒸汽和 气体，并伴有高温，如炉气对钢的腐蚀（裂解炉）。
国别 美国
腐蚀损失
占国民经济生产总值%
750亿美元
100亿英镑 1150亿法郎 160亿美元
4
3.5 1.5 1.8
英国
法国 日本
11
下面从几个方面说明： 外观 生锈影响物体的外观美，如：汽车、设备 维修和操作费用 腐蚀设备的维修和操作费用可观 停车 非正常停车是工厂最忌讳的，往往不可避免 产品的污染 产品质量至关重要，直接影响其价值， 尤其是制造透明塑料、食品及药品等。 安全和可靠性 尤其对于处理易燃、易爆、有毒气 体及各种酸类。
参考书目：曹楚南.《腐蚀电化学》 梁成浩.《腐蚀电化学概论》 专业研究简介
7
国内主要专业杂志
《中国腐蚀与防护学报》 《腐蚀与防护》 《腐蚀科学与防护技术》 《材料保护》 《表面技术》 《全面腐蚀控制》 《石油化工设备腐蚀与防护》
8
国外主要专业杂志 • Corrosion • Material Performance National Association of Corrosion Engineers NACE（美国腐蚀工程师协会） • Corrosion Science • British Corrosion Journal