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阴极保护工程师培训教材(一)腐蚀与防护基本知识
来源:公司博客    发布时间:2011-10-10     

第一章 腐蚀与防护基本知识

一、金属腐蚀的定义

金属材料是应用广泛的工程材料,但在使用过程中,它们将受到不同形式的直接的或间接的破坏。其中最常见的破坏形式是断裂、磨损和腐蚀。这三种主要的的破坏形式已分别发展成为三个独立的边缘性学科。狭义上的金属腐蚀是指化学腐蚀或电化学腐蚀,即金属与周围环境(介质)之间发生化学或电化学作用而引起的破坏或变质。就是说,金属腐蚀发生在金属与介质间的界面上。由于金属介质间发生化学或电化学多相反应,使金属转变为氧化(离子)状态,而失去使用功能。广义上来说,材料破坏物理过程或物理与化学的协同的过程都可以看作腐蚀,如应力腐蚀及磨蚀。

按照国际标准ISO8044,基本腐蚀概念的定义为:

金属和其所处环境发生物理化学作用,导致金属性能的改变,并常使金属功能、环境或制作产品的工艺系统遭到破坏。

这种定义方法是按广义上的概念来定义的。

本文所提及的金属的保护电位、自然电位,腐蚀电位等,除特殊指明外,均指相对铜/硫酸铜参比电极。

二、金属腐蚀的热力学趋势

金属腐蚀是冶金过程的逆过程

判断金属腐蚀的热力学趋势可以从反应自由能变化以及电位-pH图来确定。

e-H2O体系的理论电位-pH图

三、两种主要的金属腐蚀形式

3.1 化学腐蚀:

由于金属表面与环境介质发生化学作用而引起的腐蚀.它的特点是在化学作用过程中没有腐蚀电流产生。金属在干燥的气体介质中和在不导电的液体介质中发生的腐蚀,都属于化学腐蚀。化学腐蚀的基本反应是:

2mMe + nO2 → 2MemOn

3.2?电化学腐蚀:

金属的电化学腐蚀是指金属表面与离子导电的介质因发生电化学作用而产生的破坏。任何一种按电化学机理进行的腐蚀反应至少包含有一个阳极反应和一个阴极反应,并以流过金属内部的电子流和介质中的离子流联系在一起。与化学腐蚀不同,电化学腐蚀的特点在于它的腐蚀历程可分为两个相对独立并且可同时进行的过程.

阳极过程:Me → Men++ ne

阴极过程:Ox + ne → Red

总反应:Me + Ox → Men+ + Red

大气腐蚀、海水腐蚀、土壤腐蚀、油气开采过程的腐蚀等都属于电化学腐蚀.

四、腐蚀速度的表示方法

金属遭受腐蚀后,其重量、厚度、机械性能、组织结构及电极过程等都会发生变化。这些物理和力学性能的变化率可用来表示金属腐蚀的程度。在均匀腐蚀情况下通常采用重量指标、深度指标和电流指标,并以平均腐蚀率的形式表示之。

金属腐蚀速度的重量指标

这种指标就是把金属因腐蚀而发生的重量变化,换算成相当于单位金属表面积于单位时间内的重量变化的数值。所谓重量的变化,在失重时是指腐蚀前的重量与清除了腐蚀产物后的重量之问的差值.

V=(Wo – W1)/(S×t) 克/米2·小时

式中V - 腐蚀速度,克/米2·小时;

Wo - 金属的初始重量,克;

W1——清除了腐蚀产物后金属的重量,克;

S——金属的面积,米2;

t——腐蚀进行的时间,小时。

金属腐蚀速度的深度指标

此指标就是把金属的厚度因腐蚀而减少的量,以线量单位表示,并换算成为相当于单位时间的数值。在衡量密度不同的各种金属的腐蚀程度时,此种指标极为方便。可按下列公式将腐蚀的失重指标换算为腐蚀的深度指标:

Vt = 〔(v×24×365)/(1002×ρ)〕×10 毫米/年

式中:VL - 腐蚀的深度指标,毫米/年,

ρ - 金属的密度,克/厘米3。

腐蚀的重量指标和深度指标对于均匀的电化学腐蚀和化学腐蚀都可采用。除上述单位外,在腐蚀文献上尚有以mdd(毫克/分米2·天),ipy(英寸/年)和mpy(密耳/年)作为重量指标和深度指标。这些单位之间可以相互换算。下表列出了一些常用腐蚀速度单位的换算因子。

五、防腐蚀的重要意义

金属腐蚀广泛的存在于我们的生活中,国外统计表明,每年由于腐蚀而报废的金属材料,约相当于金属产量的20~40%,全世界每年因腐蚀而损耗的金属达1亿吨以上,金属腐蚀直接和间接地造成巨大的经济损失,据有关国家统计每年由于腐蚀而造成的经济损失,美国为国民经济总产值的4.2%;英国为国民经济总产值的3.5%;日本为国民经济总值1.8%。

通过金属的防护,可以将腐蚀速度控制到一定的范围。但腐蚀的发生是不可能完全控制的,据不完全的统计,全世界所有发生的腐蚀行为,只有1/3左右的腐蚀可以得到较好的控制。

六、防腐蚀工程

常见的金属的腐蚀与防护方法主要通过以下几种方法:

1、正确选材和设计:不锈钢,更合理的结构设计

2、改善腐蚀环境:缓蚀剂,

3、将金属与腐蚀环境隔离:涂层,镀层

4、电化学保护 :阴极保护和阳极保护。

六十年代初,我国开始研究阴极保护方法,六十年代末期在船舶,闸门等钢铁构筑物上得到应用。

我国埋地油气管道的阴极保护始于1958年,六十年代在新疆、大庆、四川等油气管道上推广应用,目前,全国主要油气管道已全部安装了阴极保护系统,收到明显的效果。

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