第七章 化工設(shè)備的腐蝕及防腐措施

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Nanjing University of Technology,《食品機(jī)械基礎(chǔ)》第二篇 化工設(shè)備材料,授課教師：仲兆祥,第七章 化工設(shè)備的腐蝕及防腐措施,,金屬的腐蝕,1,,2,晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕,4,金屬設(shè)備的防腐措施,,,3,金屬腐蝕破壞的形式,,在外形、色澤以及機(jī)械性能等方面都發(fā)生一定的變化,腐蝕的危害,直接經(jīng)濟(jì)損失：更換設(shè)備及構(gòu)件；,間接經(jīng)濟(jì)損失：設(shè)備停產(chǎn)、腐蝕泄露；,1.巨大的經(jīng)濟(jì)損失,大量優(yōu)質(zhì)原料泄露 大量的金屬需要回?zé)?2.資源和能源的嚴(yán)重浪費(fèi),3.引發(fā)災(zāi)難事故,4.污染人類生存環(huán)境,據(jù)統(tǒng)計，全世界現(xiàn)存的鋼鐵及金屬設(shè)備大約每年腐蝕率為10%，全世界每年因腐蝕損失約高于7000億美元。世界各發(fā)達(dá)國家每年因金屬腐蝕而造成的經(jīng)濟(jì)損失約占其國民生產(chǎn)總值3.5％～4.2％，超過每年各項大災(zāi)（火災(zāi)、風(fēng)災(zāi)及地震等）損失的總和。有人甚至估計每年全世界腐蝕報廢和損耗的金屬約為1億噸！所以研究金屬腐蝕和防護(hù)具有重要意義.,金屬腐蝕的定義: 金屬材料與環(huán)境相互作用,在界面發(fā)生的化學(xué),電化學(xué)和（或）生化反應(yīng)而被破壞的現(xiàn)象,環(huán)境：大氣，土壤，水體，化學(xué)介質(zhì),7.1 金屬的腐蝕,金屬腐蝕的評定方法： 1）質(zhì)量變化評定法 ——試驗測定，單位表面、單位時間腐蝕引起的質(zhì)量變化量。 2）腐蝕深度評定法 ——用每年金屬厚度的減少量表示腐蝕速度。,,化學(xué)腐蝕,——金屬遇到干燥氣體或非電解質(zhì)溶液發(fā)生的腐蝕。 特點(diǎn)：1）腐蝕產(chǎn)物在金屬表面； 2）腐蝕過程中無電流產(chǎn)生。 腐蝕產(chǎn)物特性： 1）致密而穩(wěn)定，與金屬結(jié)合牢固——鈍化膜——鈍化作用； 2）不穩(wěn)定，與金屬結(jié)合不牢固——脫落——活化作用。,（1）金屬的高溫氧化及脫碳,——金屬在高溫下的氣體腐蝕。,解決方法：冶煉時加入鉻，硅或鋁 ——不起皮鋼,脫碳反應(yīng)： Fe3C+O2=3Fe+CO2 Fe3C+CO2=3Fe+CO Fe3C+H2O=3Fe+CO+H2,溫度＞700℃時——脫碳作用。,,力學(xué)性能下降，降低了表面硬度與抗疲勞強(qiáng)度,（2）氫腐蝕,鐵碳合金發(fā)生氫腐蝕的開始溫度和壓力：,第一階段：氫脆(物理階段) ——以原子狀態(tài)侵入鋼材內(nèi)部，聚集，使鋼變脆。與氫在鋼中的溶解度成正比。,第二階段：氫侵蝕(化學(xué)階段),——發(fā)生化學(xué)反應(yīng)： Fe3C+2H2=3Fe+CH4,,危害：1）甲烷在晶界聚集，成為裂紋源； 2）甲烷在鋼材表面鼓泡，降低力學(xué)性能； 3）滲碳體還原為鐵素體，體積減小，產(chǎn)生組織應(yīng)力，促進(jìn)裂紋擴(kuò)展。又提供氫和甲烷聚集條件，加重氫侵蝕——鋼材組織成為網(wǎng)格。,解決方法：降低含碳量，使其沒有Fe3C析出；鋼中加入合金元素，形成穩(wěn)定的碳化物，不易與氫作用。,電化學(xué)腐蝕,——金屬與電解液接觸發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而引起的破壞。,三個環(huán)節(jié)：,發(fā)生電化學(xué)腐蝕必備條件：,1）同一金屬上有不同電位的部分之間存在電位差，或不同金屬之間存在電位差； 2）陽極和陰極互相連接； 3）陽極和陰極同處在連通的電解液中。,HCl,答案,真相永遠(yuǎn)只有一個：,7.2 晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕,---均屬于電化學(xué)腐蝕。 1）晶間腐蝕 腐蝕性介質(zhì)沿晶粒間滲入金屬深處，腐蝕破壞金屬晶粒間的結(jié)合力，使之強(qiáng)度和塑性完全喪失。內(nèi)部瓦解作用。 不銹鋼有晶間腐蝕可能： 在450~850 ℃之間，生成(Cr·Fe)23C6，沿晶界析出，晶界成為貧鉻帶。在電化學(xué)行為中，貧鉻帶成為陽極，晶粒成為陰極，形成微電池。,解決辦法： 1）鋼中加入Ti和Nb元素，固定碳； 2）減少不銹鋼中的碳含量。,2）應(yīng)力腐蝕,亦稱腐蝕開裂——金屬在腐蝕性介質(zhì)和拉應(yīng)力共同作用下產(chǎn)生的破壞形式。 腐蝕斷裂過程分三個階段： 1）孕育階段——機(jī)械裂紋。 2）裂紋擴(kuò)展——裂紋尖端為高度應(yīng)力 集中區(qū)，出現(xiàn)微電池。 3）破壞階段。,7.3 金屬腐蝕破壞的形式,,危險性較小， 壁厚有保證即可。,,,,,危險性較大， 隱蔽； 穿孔泄漏； 局部應(yīng)力過大。,7.4 金屬設(shè)備的防腐措施,1.襯覆保護(hù)層 1）金屬保護(hù)層——電鍍，噴鍍，襯里等。 2）非金屬保護(hù)層 非金屬襯里——瓷磚，石墨板，水玻璃膠泥； 防腐涂料——防腐漆，環(huán)氧樹脂等。 2.電化學(xué)保護(hù) 1）陰極保護(hù)——犧牲陽極保護(hù)。,,,2）陽極保護(hù)——被保護(hù)設(shè)備接直流電源陽極，生成“鈍化膜”。,3.添加緩蝕劑,——腐蝕性介質(zhì)中加入少量緩蝕劑，降低或停止腐蝕作用。 注意！ 1）不影響產(chǎn)品（介質(zhì)）質(zhì)量； 2）符合性； 3）種類和用量要經(jīng)試驗確定。,作業(yè)： P158，第一題（任選一組）,