防护方法课件

第十二章第十二章 防护方法防护方法 电化学保护电化学保护控制环境方法控制环境方法覆盖层保护覆盖层保护电化学保护电化学保护保护原理及保护参数保护原理及保护参数电化学保护中的辅助电极系统电化学保护中的辅助电极系统牺牲阳极法阴极保护牺牲阳极法阴极保护直流电源和控制方式直流电源和控制方式阴极保护和阳极保护的比较阴极保护和阳极保护的比较电化学保护应用实例电化学保护应用实例NEXT 控制环境方法控制环境方法缓蚀剂缓蚀剂除去环境中的腐蚀性物质除去环境中的腐蚀性物质NEXT覆盖层保护覆盖层保护覆盖层保护概述覆盖层保护概述金属覆盖层金属覆盖层化学转化膜化学转化膜非金属覆盖层非金属覆盖层金属表面清洁处理金属表面清洁处理BACK阴极保护效应阴极保护效应金金属属电电解解质质溶溶解解腐腐蚀蚀体体系系受受到到阴阴极极极极化化时时，电电位位负负移移，金金属属阳阳极极氧氧化化反反应应过过电电位位a减减小小，反反应应速速度度减减小小，这种金属腐蚀速度减小的现象，称为这种金属腐蚀速度减小的现象，称为阴极保护效应阴极保护效应。阴极保护阴极保护利利用用阴阴极极保保护护效效应应减减轻轻金金属属设设备备腐腐蚀蚀的的防防护护方方法法叫叫做做阴极保护阴极保护。阴极阴极保护保护外加电流阴极保护外加电流阴极保护示意图示意图Icor=Ia=|Ic|阳极区阳极区阴极区阴极区 腐蚀金属腐蚀金属阴阴极极阳阳极极IcorIaIc腐蚀电池腐蚀电池外加电流阴极保护外加电流阴极保护 I直流电源直流电源辅助辅助阳极阳极电流关系电流关系:|Ic|=Ia +|I-|阴阴极极阳阳极极辅助辅助阳极阳极I I-IcIaIaI-EEcorEeaLg icor Lg iprlgi活化极化控制活化极化控制腐蚀体系腐蚀体系EEcorEeaLgicorLgiprlgiEe(H2/H)|ic|ia氧扩散控制氧扩散控制腐蚀体系腐蚀体系两种腐蚀体系两种腐蚀体系的保护电流比较的保护电流比较阴极保护的原理阴极保护的原理 由由外外电电路路向向金金属属通通入入电电子子，以以供供去去极极化化剂剂还还原原反反应应所所需需，从从而而使使金金属属氧氧化化反反应应受受到到抑抑制制。当当金金属属氧氧化化反反应应速速度度降低到零时，金属表面只发生去极化剂阴极反应。降低到零时，金属表面只发生去极化剂阴极反应。阴极保护的效果用阴极保护的效果用保护度保护度表示：表示：阴极阴极保护保护保护参数保护参数保保护护电电位位Epr：阴阴极极保保护护中中所所取取的的极极化化电电位位。要要使使金金属属的的腐腐蚀蚀速速度度降降低低到到零零，达达到到“完完全全保保护护”(=100%)=100%)，必须取阳极反应平衡电位作为保护电位（必须取阳极反应平衡电位作为保护电位（Epr=Eea）。）。(最最小小)保保护护电电流流密密度度ipr：与与保保护护电电位位对对应应的的外外加加极极化化电流密度叫做保护电流密度。电流密度叫做保护电流密度。保护电位是基本的控制指标保护电位是基本的控制指标（在两个保护参数中）在两个保护参数中）。阴极阴极保护保护阴极保护适合的体系阴极保护适合的体系理理论论上上，任任何何体体系系都都可可以以。但但在在工工程程上上还还要要求求保保护护电电流流密密度度比比较较小小（在在经经济济上上才才合合算算）。阴阴极极保保护护的的经经济济指指标标，用保护效益用保护效益 Z 来衡量。来衡量。腐腐蚀蚀体体系系的的阴阴极极极极化化率率大大，阳阳极极极极化化率率小小(即即阴阴极极极极化化曲曲线线陡陡而而阳阳极极极极化化曲曲线线平平)，则则随随着着电电位位负负移移，金金属属腐腐蚀蚀速速度减小快，而保护电流密度增加慢，保护效益也就较大。度减小快，而保护电流密度增加慢，保护效益也就较大。阴极阴极保护保护 阴阴极极保保护护的的腐腐蚀蚀体体系系包包括括：土土壤壤、海海水水、河河水水等等环境中的环境中的碳钢管道、构筑物、设备碳钢管道、构筑物、设备。确定保护电位时应考虑两个方面的因素：确定保护电位时应考虑两个方面的因素：第一，第一，Epr值（越负越好）；第二，值（越负越好）；第二，析氢析氢反应的影响。反应的影响。腐腐蚀蚀体体系系是是否否适适宜宜采采用用阴阴极极保保护护：测测量量阴阴极极极极化化曲曲线线，确确定定保保护护电电位位及及相相应应的的保保护护电电流流密密度度。再再计计算算保保护护度，确定是否适宜采用阴极保护度，确定是否适宜采用阴极保护。阴极阴极保护保护阴极极化曲线阴极极化曲线（碳钢在联碱盐析结晶器溶液中）（碳钢在联碱盐析结晶器溶液中）电电位位(mv.scemv.sce)1000 900800 1 2 3 4 5 6 7 8 9电流密度电流密度(A/mA/m)1:静态静态2:微搅动微搅动溶液成分：溶液成分：Fnh356 滴度滴度CnH3 42.5 滴度滴度Cl 113滴度滴度Na+70.5 滴度滴度0.3180.55保护参数保护参数（碳钢在联碱盐析结晶器溶液中）（碳钢在联碱盐析结晶器溶液中）保护电位保护电位（nv/scenv/sce)650 800 95010001050 保护电流保护电流密度密度(A/mA/m)00.280.3180.551.273.2腐蚀速度腐蚀速度(mm/y)mm/y)1.084 0.207 0.0404 0.0271 0.01700.0165保护度保护度(%)(%)080.996.397.598.498.5析氢情况析氢情况少量氢气泡少量氢气泡大量析氢大量析氢试验时间：试验时间：144小时小时溶液成分：溶液成分：FnH3 64 滴度；CNH3 28.8 滴度；Cl 100滴度。试验温度：常温引自电化学保护在化肥生产中的应用电化学保护在化肥生产中的应用P74 金属或合金金属或合金参参 比比 电电 极极Cu/Cu/饱和饱和CuSOCuSO4 4Ag/Ag/AgClAgCl/海水海水Ag/Ag/AgClAgCl/饱和饱和KClKClZn/Zn/洁净海水洁净海水铁与铁与钢钢 含氧环境含氧环境 缺氧环境缺氧环境-0.85-0.85-0.95-0.95-0.80-0.80-0.90-0.90-0.75-0.75-0.85-0.85+0.25+0.25+0.15+0.15 铅铅-0.6-0.6-0.55-0.55-0.5-0.5+0.5+0.5 铜合金铜合金-0.5-0.5-0.650.65-0.45-0.45-0.60.6-0.4-0.4-0.550.55+0.6+0.45+0.6+0.45铝铝正极限值正极限值负极限值负极限值-0.95-0.95-1.2-1.2-0.90-0.90-1.15-1.15-0.85-0.85-1.1-1.1+0.15+0.15-0.1-0.1注：（注：（1 1）比表数据取自）比表数据取自19731973年年8 8月英国标准研究所制定的阴极保护规范；月英国标准研究所制定的阴极保护规范；（2 2）海水指洁净，并未稀释的海水；）海水指洁净，并未稀释的海水；（3 3）铝的阴极保护）铝的阴极保护,电位不能太负电位不能太负,否则会加速腐蚀否则会加速腐蚀,产生负保护效应。产生负保护效应。一些金属的一些金属的保护电位保护电位(单位：单位：V)环境环境条件条件Ipr(mA/m)环境环境条件条件Ipr(mA/m)稀硫酸稀硫酸海水海水淡水淡水高温淡水高温淡水高温淡水高温淡水室温室温流动流动流动流动氧饱和氧饱和脱气脱气1201506018040中性土壤中性土壤中性土壤中性土壤中性土壤中性土壤混凝土混凝土混凝土混凝土细菌繁殖细菌繁殖通气通气不通气不通气含氯化物含氯化物无氯化物无氯化物40040451保护电流密度保护电流密度（钢铁）（钢铁）金属防蚀技术便览金属防蚀技术便览两种阴极保护法两种阴极保护法 外外加加电电流流阴阴极极保保护护：所所需需保保护护电电流流是是由由直直流流电源电源(如蓄电池、直流发电机、整流器等如蓄电池、直流发电机、整流器等)提供的；提供的；牺牺牲牲阳阳极极保保护护：所所需需保保护护电电流流是是由由牺牺牲牲阳阳极极的溶解所提供的。的溶解所提供的。（牺牺牲牲阳阳极极材材料料都都是是活活泼泼的的有有色色金金属属如如锌锌、铝铝、镁镁。牺牺牲牲阳阳极极的的电电位位要要足足够够负负，阳极极化率要小，特别是表面不能生成保护性的腐蚀产物膜，阳极溶解要均匀。）阳极极化率要小，特别是表面不能生成保护性的腐蚀产物膜，阳极溶解要均匀。）阴极阴极保护保护两种阴极保护两种阴极保护示意图示意图外加电流保护法外加电流保护法箭头表示电流方向箭头表示电流方向牺牲阳极保护法牺牲阳极保护法+-+-直流电源直流电源辅助辅助阳极阳极腐腐蚀蚀介介质质被保护设备被保护设备埋地管道埋地管道牺牲阳极牺牲阳极地面地面接线盒接线盒 两种阴极保护的比较两种阴极保护的比较牺牲阳极保护法牺牲阳极保护法安装简单，不需要直流电源，安装简单，不需要直流电源，对周围对周围设备的干扰小设备的干扰小。但牺牲阳极消耗大，难以调节在最佳保护。但牺牲阳极消耗大，难以调节在最佳保护电位，且提供的电流较小。电位，且提供的电流较小。外加电流阴极保护法外加电流阴极保护法不消耗有色金属，提供较大的保不消耗有色金属，提供较大的保护电流，易于监测和控制，但需要直流电源，经常对保护护电流，易于监测和控制，但需要直流电源，经常对保护系统进行检查和管理，由于系统进行检查和管理，由于电流流过的范围宽，对周围其电流流过的范围宽，对周围其它金属设备产生杂散电流腐蚀它金属设备产生杂散电流腐蚀。阴极阴极保护保护阳极保护原理阳极保护原理 阳极保护：阳极保护：对具有对具有活态活态钝态转变钝态转变而不能自钝化的腐而不能自钝化的腐蚀体系，通过外加阳极极化电流，使金属的蚀体系，通过外加阳极极化电流，使金属的电位正移到稳电位正移到稳定钝化区定钝化区内，金属的腐蚀速度就会大幅度降低，这种防护内，金属的腐蚀速度就会大幅度降低，这种防护方法称为阳极保护。方法称为阳极保护。阳极保护的实现必须具备两个条件：阳极保护的实现必须具备两个条件：第一、腐蚀体系的阳极极化曲线上存在钝化区。第一、腐蚀体系的阳极极化曲线上存在钝化区。第二、阳极极化时金属的电位要正移到钝化区内，第二、阳极极化时金属的电位要正移到钝化区内，否则金属的腐蚀速度反而会增大否则金属的腐蚀速度反而会增大。阳极保护阳极保护阳极保护的腐蚀体系的阳极保护的腐蚀体系的阳极极化曲线及阳极极化曲线及保护参数保护参数 EEtpEpp i维维 i致致 i保护参数保护参数致致钝钝电电流流密密度度i i致致：使使金金属属钝钝化化所所需需的的外外加加阳阳极极极极化化电电流密度流密度。维维钝钝电电流流密密度度i i维维：钝钝化化区区所所对对应应的的阳阳极极极极化化电电流流密密度度。i维维用用于于维维持持金金属属的的钝钝态态，在在阳阳极极保保护护中中反反映映日日常常的的电电耗耗和和钝钝化化后后金金属属的的腐腐蚀蚀速速度度。i i维维 越越小小，阳阳极极保保护护的的效效果果越越好好。维维钝钝区区电电位位范范围围E EppppE Etptp：反反映映金金属属钝钝态态的的稳稳定定程程度度，钝钝化化区电位范围越宽，金属钝化后不容易活化或过钝化。区电位范围越宽，金属钝化后不容易活化或过钝化。阳极保护阳极保护环境环境条件条件Ipr(mA/m)环境环境条件条件Ipr(mA/m)稀硫酸稀硫酸海水海水淡水淡水高温淡水高温淡水高温淡水高温淡水室温室温流动流动流动流动氧饱和氧饱和脱气脱气1201506018040中性土壤中性土壤中性土壤中性土壤中性土壤中性土壤混凝土混凝土混凝土混凝土细菌繁殖细菌繁殖通气通气不通气不通气含氯化物含氯化物无氯化物无氯化物40040451钢铁的（阴极保护）保护电流密度钢铁的（阴极保护）保护电流密度几个腐蚀体系的阳极保护参数几个腐蚀体系的阳极保护参数金属金属溶液溶液温度温度()I致致(A/m)I维维(A/m)EppEtp(v.sce)碳钢碳钢碳钢碳钢碳钢碳钢不锈钢不锈钢50%H2SO4碳铵生产碳化液碳铵生产碳化液25%NH4OH67%H2SO42740室温室温242325300左右左右2.656310.51Eq=0，则则金金属属表表面面带带过过剩剩正正电电荷荷；EcorEq=0，则则带带过过剩剩负负电电荷荷。为为了了促促进进物物理理吸吸附附，可可采采取取改改变变金金属属表表面面带带电电状态的办法。如添加状态的办法。如添加 Cl。化化学学吸吸附附是是指指缓缓蚀蚀剂剂分分子子中中极极性性基基团团中中心心原原子子的的未未共共用用电子对和金属形成配价键而引起吸附。电子对和金属形成配价键而引起吸附。缓蚀剂缓蚀剂电极系统的电极系统的零电荷电位零电荷电位（伏，（伏，SHE，室温），室温）电极电极 材料材料 电解质溶液电解质溶液零电荷零电荷 电位电位 电极电极 材料材料电解质溶液电解质溶液零电荷零电荷电位电位AgC(石墨石墨)C(活性活性)CdCoCrCuFeGa0.1NKO30.01N Na2SO40.05N NaCl1NH2SO4+1NNa2SO40.001 N KCl0.1NH2SO4+0.02NNa2SO40.1N NaOH0.02 N Na2SO40.1N H2SO4+0.002NNa2SO40.1NHCl+INKCl 0.050.700.070.00.20.900.330.450.020.290.60HgNiPbPboPt(光亮)Pt(铂墨)TeTlTl(Hg)zn0.01N NaF0.001N HCl0.001N KCl0.01N HClO40.1NH2SO4+1NNa2SO40.01NH2SO4+1NNa2SO41NH2SO40.001N KCl1NNa2SO41NNa2SO40.1920.060.691.800.270.41.00.610.800.650.63缓蚀机理主要有两种类型缓蚀机理主要有两种类型几几何何复复盖盖效效应应 ：指指吸吸附附膜膜将将金金属属表表面面与与酸酸溶溶液液隔隔离离开开，在在覆覆盖盖了了缓缓蚀蚀剂剂吸吸附附膜膜的的金金属属表表面面部部分分，电电极极反反应应不不能进行；而未覆盖表面部分电极反应按原来的历程进行。能进行；而未覆盖表面部分电极反应按原来的历程进行。负负催催化化效效应应：指指缓缓蚀蚀剂剂覆覆盖盖了了金金属属表表面面的的活活性性位位置置，使电极反应的活化能位垒升高，电极反应速度降低。使电极反应的活化能位垒升高，电极反应速度降低。缓蚀剂缓蚀剂99.9%Fe丝在丝在6N HCl(30)中的极化曲线中的极化曲线（根据（根据Hackermall等等,转引自转引自Corrosion luhibitorsP15）10 10 10 10 10 10 电流密度电流密度(A/cm)200200300300400400500500600600700700800800未加缓蚀剂未加缓蚀剂加加1壬撑亚胺壬撑亚胺电电位位(5)气相缓蚀剂气相缓蚀剂(VPI)气气相相缓缓蚀蚀剂剂主主要要用用于于减减轻轻金金属属设设备备和和部部件件的的大大气气腐腐蚀蚀。其其作作用用机机理理是是汽汽化化以以后后，和和空空气气中中的的湿湿气气一一起起凝凝结结在金属表面，形成液膜。在金属表面，形成液膜。为为了了使使气气相相缓缓蚀蚀剂剂能能有有效效发发挥挥作作用用，使使用用空空间间应应当当是是封封闭闭的的，如如包包装装箱箱、仓仓库库。气气相相缓缓蚀蚀剂剂应应当当有有比比较较大大的蒸汽压，容易挥发充满金属设备所在空间。的蒸汽压，容易挥发充满金属设备所在空间。缓蚀剂缓蚀剂缓蚀剂的协同效应缓蚀剂的协同效应几几种种物物质质分分别别单单独独加加入入介介质质中中时时效效果果不不大大，而而将将它它们们按按某某种种配配方方复复合合加加入入，则则可可能能产产生生很很高高的的缓缓蚀蚀效效率率。这这种种现现象象称称为为缓缓蚀蚀剂剂的的协协同同效效应应(或或协协同同作作用用)。相相反反，复复合合加加入入时时缓缓蚀蚀效效果果反反而而降降低低，称称为为负负协协同同效效应应。协协同同效效应应不不是是简单的加和，而是相互促进。简单的加和，而是相互促进。利利用用缓缓蚀蚀剂剂的的协协同同效效应应已已经经开开发发出出许许多多高高效效的的复复合合缓缓蚀剂，今后仍然是缓蚀剂发展的方向之一。蚀剂，今后仍然是缓蚀剂发展的方向之一。缓蚀剂缓蚀剂试验条件：钢，氧饱和循环冷却水试验条件：钢，氧饱和循环冷却水(ph=6.5,35)，5天，天，未加缓蚀剂时腐蚀速度未加缓蚀剂时腐蚀速度189mdd根据根据Hatch,引自引自Corrosion Inhibitors P138100 50 0锌盐锌盐%0 50 100150100 50 0重铬酸钠重铬酸钠失失重重腐腐蚀蚀速速度度 mdd重重铬铬酸酸钠钠和和锌锌盐盐的的比比例例对对复复合合缓缓蚀蚀剂剂缓缓蚀蚀效效果果的的影影响响缓蚀剂应用的几个问题缓蚀剂应用的几个问题 (1)要根据腐蚀体系的具体情况选择有效的缓蚀剂。要根据腐蚀体系的具体情况选择有效的缓蚀剂。(2)通过试验确定缓蚀剂的最佳投效剂量和使用条件。通过试验确定缓蚀剂的最佳投效剂量和使用条件。(3)缓蚀剂对生产过程可能不利影响如：起泡，形成乳缓蚀剂对生产过程可能不利影响如：起泡，形成乳 状液；使锈皮疏松脱落而导致管线阻塞；造成新腐状液；使锈皮疏松脱落而导致管线阻塞；造成新腐 蚀问题；结垢而影响传热等蚀问题；结垢而影响传热等。缓蚀剂缓蚀剂溶液：溶液：7.5 g/l Nacl；试样面积：；试样面积：50cm；时间：21昼夜昼夜根据根据Patterson等，引用等，引用金属的金属的缓蚀剂 P113NaNO2 浓度浓度(克克/100亳升亳升)2001501005000.05 0.15 0.25 0.35151530重重 量量损损失失 mg亚亚硝硝酸酸钠钠浓浓度度对对碳碳钢钢在在氯氯化化钠钠溶溶液液中中腐腐蚀蚀速速度度的的影影响响缓蚀剂缓蚀剂浓度浓度对碳钢腐蚀速度的影响对碳钢腐蚀速度的影响碳钢碳钢5MHCl硫化二乙二醇浓（硫化二乙二醇浓（mM/L）110100100020155432 21 10 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 若丁浓度（若丁浓度（g/L)碳钢碳钢20%H2SO4室温室温腐腐 蚀蚀速速 度度g/m2h (4)缓蚀剂对设备材质是否会造成损害。缓蚀剂对设备材质是否会造成损害。(5)缓蚀剂的毒性和环境污染是一个重要问题。缓蚀剂的毒性和环境污染是一个重要问题。(6)在生产系统中缓蚀剂的流失是造成失效的常见原因。在生产系统中缓蚀剂的流失是造成失效的常见原因。(7)进行缓蚀剂保护效果的经济评价。开发高效而价廉的进行缓蚀剂保护效果的经济评价。开发高效而价廉的 缓蚀剂品种。缓蚀剂品种。(8)为了保证缓蚀剂使用有效而经济，应对保护效果进行为了保证缓蚀剂使用有效而经济，应对保护效果进行 监测，避免缓蚀剂浓度不足达不到保护效果，或者缓监测，避免缓蚀剂浓度不足达不到保护效果，或者缓 蚀剂加入过多造成浪费。蚀剂加入过多造成浪费。缓蚀剂缓蚀剂缓蚀剂应用实例缓蚀剂应用实例(1)酸洗酸洗 酸酸洗洗除除锈锈和和除除垢垢是是一一种种常常用用的的金金属属表表面面清清净净处处理理，其其原原理理是是利利用用酸酸溶溶液液对对金金属属表表面面锈锈层层和和垢垢层层的的溶溶解解能能力力，以及析氢所产生的机械剥离作用。以及析氢所产生的机械剥离作用。良良好好的的酸酸洗洗液液应应满满足足以以下下要要求求：除除锈锈(或或除除垢垢)速速度度快快；对对基基体体金金属属腐腐蚀蚀小小。酸酸洗洗液液需需加加入入高高效效缓缓蚀蚀剂剂；抑抑制酸雾能力强；不会对金属材料机械性能造成不利影响。制酸雾能力强；不会对金属材料机械性能造成不利影响。缓蚀剂缓蚀剂缓蚀剂缓蚀剂温度温度 蒸汽压蒸汽压(Pa)Pa)亚硝酸二环已胺亚硝酸二环已胺101032320.003990.003990.05320.0532亚硝酸二民丙胺亚硝酸二民丙胺15.615.625250.4820.4820.8260.826碳酸环已胺碳酸环已胺2525282853.253.2266266三种所相缓蚀剂的蒸汽压三种所相缓蚀剂的蒸汽压名称名称主要成分主要成分天津若丁天津若丁(新）新）二邻甲苯硫脲，食盐，淀粉，平平加二邻甲苯硫脲，食盐，淀粉，平平加沈沈D苯胺，甲醛缩合物苯胺，甲醛缩合物工读工读3苯胺，乌格托品缩合物苯胺，乌格托品缩合物兰兰4A油酸，苯胺，乌格托品缩合物油酸，苯胺，乌格托品缩合物兰兰5苯胺，乌格托品，硫氰化钾苯胺，乌格托品，硫氰化钾7701苄基吡啶釜残，季铵盐苄基吡啶釜残，季铵盐7801苯胺，乌格托品，苯已酮苯胺，乌格托品，苯已酮BH2咪唑啉类咪唑啉类IMC4季铵盐类季铵盐类川天川天12苯胺环已酮，甲醛，炔醇苯胺环已酮，甲醛，炔醇8601CT烷基吡啶苄基委铵盐，平平加烷基吡啶苄基委铵盐，平平加部分国产部分国产酸洗缓蚀剂酸洗缓蚀剂(2)石油工业为了提高油、气产量，需要采用酸化工艺。石油工业为了提高油、气产量，需要采用酸化工艺。例如，在高温井中用例如，在高温井中用15 20%盐酸进行酸化压裂施工，盐酸进行酸化压裂施工，缓蚀剂的保护性能是关键。缓蚀剂的保护性能是关键。(3)循环冷却水循环冷却水；(4)汽车冷却系统；汽车冷却系统；(5)机器、设备、部件防锈；机器、设备、部件防锈；(6)化学工业中的应用化学工业中的应用(如合成氨的脱碳系统如合成氨的脱碳系统,尿素合成塔尿素合成塔)。缓蚀剂缓蚀剂BACK覆盖层保护的特点覆盖层保护的特点(1)基底材料和覆层材料组成复合材料基底材料和覆层材料组成复合材料，可以充分发，可以充分发挥基底材料和覆层材料的优点，满足耐蚀性，物理、机挥基底材料和覆层材料的优点，满足耐蚀性，物理、机械和加工性能，以及经济指标多方面的需要。械和加工性能，以及经济指标多方面的需要。(2)覆盖层的保护效果和使用寿命取决于覆盖层的保护效果和使用寿命取决于：覆层材料的耐蚀性覆层材料的耐蚀性、强度、塑性和耐磨性。、强度、塑性和耐磨性。覆盖层保护覆盖层保护 覆层的均匀性、孔隙和缺陷；覆层的均匀性、孔隙和缺陷；覆层与基体金属的结合力。覆层与基体金属的结合力。复层材料的耐蚀性不难通过合理选材来解决。使复层材料的耐蚀性不难通过合理选材来解决。使复盖层保护达不到要求保护效果的主要原因是覆盖层复盖层保护达不到要求保护效果的主要原因是覆盖层不连续，缺陷多，以及与基体结合差。不连续，缺陷多，以及与基体结合差。覆盖层保护覆盖层保护 金属覆盖层金属覆盖层金属镀层金属镀层 金属衬里金属衬里双金属复合板双金属复合板电镀电镀喷涂喷涂渗镀渗镀热浸热浸化学镀化学镀复盖层主要种类复盖层主要种类覆盖层保护覆盖层保护化学转化膜化学转化膜阳极氧化阳极氧化化学氧化化学氧化磷酸盐处理，草酸盐处理磷酸盐处理，草酸盐处理铬酸盐处理铬酸盐处理 非金属覆盖层非金属覆盖层 油漆涂料油漆涂料塑料涂覆塑料涂覆搪瓷搪瓷钢衬玻璃钢衬玻璃非金属材料衬里非金属材料衬里暂时性防锈层暂时性防锈层选择覆盖层时应当考虑选择覆盖层时应当考虑:(1)(1)覆覆层材料层材料 在使用环境中是否有良好耐蚀性；在使用环境中是否有良好耐蚀性；和基底材料是否相容；和基底材料是否相容；能否使设备的功能不受影响能否使设备的功能不受影响(如传热、导电等需要能否保持如传热、导电等需要能否保持)。(2)(2)覆盖层种类的选择覆盖层种类的选择 (3)(3)经济上是否合理经济上是否合理 覆盖层保护覆盖层保护BACK阳极性覆层阳极性覆层 在使用环境中，在使用环境中，覆层材料的电位比基体金属覆层材料的电位比基体金属的电位负，比如铁表面上用锌作覆层的电位负，比如铁表面上用锌作覆层。在覆层缺。在覆层缺陷处形成的腐蚀电池中，覆层是阳极，能够对基陷处形成的腐蚀电池中，覆层是阳极，能够对基体金属起到阴极保护作用。阳极性覆层常用作防体金属起到阴极保护作用。阳极性覆层常用作防护性覆层。护性覆层。金属覆盖层金属覆盖层 阳极性覆盖层阳极性覆盖层 电解质溶液电解质溶液 锌锌 钢钢 锌腐蚀锌腐蚀 阴极性覆层阴极性覆层在使用环境中，在使用环境中，覆层材料的电位比基体金属覆层材料的电位比基体金属的电位正，如铁表面上覆盖铬、镍的电位正，如铁表面上覆盖铬、镍。如果覆盖层存在缺陷，将加速基体金属的腐如果覆盖层存在缺陷，将加速基体金属的腐蚀。因此阴极性覆层必须足够完整、无孔隙，才蚀。因此阴极性覆层必须足够完整、无孔隙，才能起机械隔离作用。能起机械隔离作用。金属覆盖层金属覆盖层 钢腐蚀钢腐蚀 电解质溶液电解质溶液 铬铬 钢钢 阴极性覆盖层 金属复盖层简介金属复盖层简介 (1)(1)电镀电镀 电电镀镀的的优优点点：镀镀层层金金属属纯纯度度高高，分分布布均均匀匀，与与基基体体金金属属结结合合牢牢固固。镀镀层层具具有有较较高高硬硬度度和和耐耐磨磨性性能能。为为获获得得同同样样保保护护效效果果所所需需要要的的覆覆层层金金属属最最少少。镀镀层层厚厚度度容容易易控控制制，一一般般在在常常温温下下进进行行，电电镀镀适适应应范范围围很很宽宽（从从正正电电性性到到负负电电性金属，低熔点到高熔点金属，高纯金属到合金）。性金属，低熔点到高熔点金属，高纯金属到合金）。金属覆盖层金属覆盖层 阳极阳极(Zn)阳极反应：阳极反应：Zn=Zn2+2e 阴极阴极(工件工件)阴极反应：阴极反应：Zn2+2e=Zn 直流电源直流电源-+含含Zn2+电镀液电镀液 电镀锌原理电镀锌原理 (2)(2)喷涂喷涂(喷镀喷镀)优点：优点：镀层厚度不受限制，对修复较长工件特别有镀层厚度不受限制，对修复较长工件特别有利。喷涂工艺和设备比较简单，移动方便，不管设备和利。喷涂工艺和设备比较简单，移动方便，不管设备和部件的形状和尺寸，都可按需要得到良好的喷涂层。部件的形状和尺寸，都可按需要得到良好的喷涂层。缺点：缺点：涂层结构不强，不能形成合金或焊住。质点涂层结构不强，不能形成合金或焊住。质点的重迭堆砌使喷涂层存在很大孔隙率。的重迭堆砌使喷涂层存在很大孔隙率。金属覆盖层金属覆盖层空气压缩机空气压缩机乙乙 炔炔发生器发生器水封水封防回防回火器火器氧气瓶氧气瓶控制台控制台喷枪喷枪金属丝架金属丝架干燥净化器干燥净化器贮罐贮罐油油 水分离器水分离器气喷涂气喷涂工艺流程简图工艺流程简图喷枪喷枪金属丝金属丝控制台控制台干干 燥燥净化器净化器贮罐贮罐 油油 水水分离器分离器空压机空压机电源电源空气空气直直 流流电焊机电焊机电喷电喷工艺流程简图工艺流程简图ab c cb火焰火焰金属丝金属丝燃料气和氧进口燃料气和氧进口压缩空气进口压缩空气进口 火焰喷涂火焰喷涂电弧电弧金属丝金属丝压缩空气进口压缩空气进口电弧喷涂电弧喷涂阳极阳极b a阴极阴极粉末材料进口粉末材料进口工作气体进口工作气体进口等离子弧喷涂等离子弧喷涂三种热喷涂三种热喷涂原理及喷枪结构示意原理及喷枪结构示意(3)(3)渗镀渗镀渗镀层和基体金属之间是通过形成渗镀层和基体金属之间是通过形成合金结合合金结合起来起来(冶金冶金结合结合)，因此不会因热膨胀剧烈机械变形等原因而脱落。经，因此不会因热膨胀剧烈机械变形等原因而脱落。经过渗镀处理的部件，其过渗镀处理的部件，其尺寸几乎没有改变尺寸几乎没有改变。常用渗镀金属。常用渗镀金属有铝、铬，及非金属有硅、硼。钢铁经过渗铝、硅、铬，有铝、铬，及非金属有硅、硼。钢铁经过渗铝、硅、铬，以及二元或三元共渗，抗高温氧化和高温气体腐蚀的能力以及二元或三元共渗，抗高温氧化和高温气体腐蚀的能力大大提高。大大提高。将电镀层，喷涂层，热浸层进行加热扩散，得将电镀层，喷涂层，热浸层进行加热扩散，得到渗镀层，是渗镀工艺发展方向之一。到渗镀层，是渗镀工艺发展方向之一。金属覆盖层金属覆盖层喷铝层喷铝层(左左)和扩散和扩散渗铝层渗铝层(右右)剖面示意剖面示意 喷铝层喷铝层 基体基体 金属金属Al2O3保护膜保护膜 基体基体 金属金属 铝铁化合物铝铁化合物 (4)(4)热浸热浸将将工工件件浸浸入入熔熔融融的的液液态态镀镀层层金金属属中中，经经短短时时间间取取出出，便便形形成成金金属属覆覆层层。这这种种施施工工方方法法最最古古老老，简简单单，但但难难以以控控制覆层厚度，操作时金属损耗也大。制覆层厚度，操作时金属损耗也大。使使用用热热浸浸法法的的条条件件：基基体体金金属属与与覆覆层层金金属属之之间间能能生生成成化化合合物物或或固固溶溶体体，才才能能具具有有强强的的结结合合力力且且不不起起皮皮脱脱落落。常常用于钢铁管、板、带、丝的镀锌、锡、铝、铅锡合金等。用于钢铁管、板、带、丝的镀锌、锡、铝、铅锡合金等。金属覆盖层金属覆盖层(5)(5)化学镀化学镀化化学学镀镀镍镍层层与与电电镀镀硬硬铬铬层层相相比比，硬硬度度和和耐耐磨磨性性能能相相近近，但但化化学学镀镀不不需需要要电电源源，无无脆脆性性和和网网状状裂裂纹纹，且且比比电电镀镀镍镍层层孔隙率低，化学稳定性高。孔隙率低，化学稳定性高。近近年年来来又又开开发发了了脉脉冲冲化化学学镀镀，进进行行化化学学镀镀时时迭迭加加脉脉冲冲电电流流，可可使使镀镀层层更更致致密密，更更光光亮亮，组组织织均均匀匀，结结合合牢牢固固，较薄镀层就能达到较厚的普通化学镀层相同的技术指标。较薄镀层就能达到较厚的普通化学镀层相同的技术指标。金属覆盖层金属覆盖层(6)PVD(物理气相沉积物理气相沉积)（真空镀）真空镀）真真空空蒸蒸镀镀，用用电电加加热热使使镀镀层层金金属属挥挥发发,蒸蒸汽汽以以原原子子或或分分子子形形式式沉沉积积于于被被镀镀工工件件上上，形形成成很很薄薄的的覆覆膜膜(50100nm)。阴阴极极溅溅射射利利用用高高能能离离子子或或中中性性原原子子来来轰轰击击金金属属，使使金金属原子飞出，沉积在基体材料表面形成保护膜。属原子飞出，沉积在基体材料表面形成保护膜。离离子子镀镀是是在在高高真真空空中中使使蒸蒸发发出出来来的的镀镀层层原原子子离离子子化化，在电场作用下沉积于工件表面形成保护膜。在电场作用下沉积于工件表面形成保护膜。金属覆盖层金属覆盖层1 5kV 真空蒸镀真空蒸镀真空度真空度5 104托托离子镀离子镀真空度真空度1 5 104托托阴极溅射阴极溅射真空度真空度103 102托托 三种真空镀三种真空镀原理图原理图基板加热器基板加热器基基板板基基板板基基板板 1 5kV(7)(7)金属衬里金属衬里在在碳碳钢钢或或低低合合金金钢钢设设备备内内部部衬衬上上耐耐蚀蚀金金属属薄薄板板，既既可可满满足足设设备备耐耐蚀蚀性性能能，又又可可节节省省耐耐蚀蚀金金属属材材料料，克克服服衬衬层层金金属强度不足，常用衬里金属有不锈钢、铝、铅、钛。属强度不足，常用衬里金属有不锈钢、铝、铅、钛。局局部部固固定定法法包包括括焊焊接接(塞塞孔孔焊焊，条条焊焊，熔熔透透焊焊等等)和和局局部部爆爆炸炸。整整体体松松衬衬法法是是将将衬衬里里壳壳体体焊焊接接好好，然然后后放放入入外外壳壳内内。其其缺缺点点是是外外壳壳和和衬衬里里层层之之间间存存在在间间隙隙，影影响响承承压压和和传传热热（在整体衬里后进行热膨胀或爆炸，可以清除壳体与衬里层的间隙）（在整体衬里后进行热膨胀或爆炸，可以清除壳体与衬里层的间隙）。金属覆盖层金属覆盖层覆层基材覆层基材对接焊对接焊加盖板加盖板搭接焊搭接焊 衬里层焊接衬里层焊接的两种形式的两种形式 铝板铝板 外壳外壳橡皮板橡皮板炸药炸药封封头头爆爆炸炸衬衬铝铝 (8)(8)双金属复合板双金属复合板将将两两种种不不同同金金属属板板材材迭迭合合，制制成成复复合合板板。碳碳钢钢(或或低低合合金金钢钢)不不锈锈钢钢复复合合板板主主要要用用热热轧轧法法制制造造，覆覆层层不不锈锈钢钢板板厚厚度度通通常常为为1.5 3.5 毫毫米米，是是复复合合板板厚厚度度的的1520%，能大大节省不锈钢。，能大大节省不锈钢。碳碳钢钢钛钛复复合合板板主主要要用用爆爆炸炸复复合合。覆覆层层厚厚度度通通常常为为2 3毫米。毫米。金属覆盖层金属覆盖层覆层金属和覆盖方法的选择覆层金属和覆盖方法的选择覆覆层层金金属属的的选选择择：主主要要考考虑虑在在使使用用的的环环境境中中的的耐耐蚀蚀性性。其其次次应应考考虑虑覆覆层层金金属属与与基基体体金金属属的的电电偶偶关关系系，以以及及设设备备对对覆层金属提出的物理，机械性能方面的要求。覆层金属提出的物理，机械性能方面的要求。覆覆盖盖方方法法的的选选择择：主主要要考考虑虑需需要要的的覆覆层层厚厚度度，对对覆覆层层孔隙率孔隙率的要求，以及的要求，以及覆层施工覆层施工能否适应设备的结构和尺寸。能否适应设备的结构和尺寸。金属覆盖层金属覆盖层BACK非金属覆盖层分类非金属覆盖层分类非金属覆盖层非金属覆盖层BACK 非金属覆盖层非金属覆盖层 油漆涂料油漆涂料塑料涂覆塑料涂覆搪瓷搪瓷钢衬玻璃钢衬玻璃非金属材料衬里非金属材料衬里暂时性防锈层暂时性防锈层化学转化膜化学转化膜将将金金属属部部件件置置于于选选定定的的介介质质条条件件中中，使使表表层层金金属属和和介介质质中中的的阴阴离离子子反反应应，生生成成附附着着牢牢固固的的稳稳定定化化合合物物。这这样样得得到的保护性覆盖层叫做化学转化膜。到的保护性覆盖层叫做化学转化膜。通式通式：mM +nAZ=MmAn+nze形成化学转化膜的方法形成化学转化膜的方法电电化化学学方方法法，称称为为阳阳极极氧氧化化或或阳阳极极化化；化化学学方方法法，包包括化学氧化、磷酸盐处理、铬酸盐处理、草酸盐处理等。括化学氧化、磷酸盐处理、铬酸盐处理、草酸盐处理等。化学转化膜化学转化膜铝的阳极铝的阳极(氧氧)化化铝铝是是易易钝钝化化金金属属，但但天天然然氧氧化化物物膜膜只只有有0.020.14微微米米厚厚，经经阳阳极极化化处处理理可可使使氧氧化化膜膜增增厚厚至至2030微微米米，这这层层氧氧化膜与基体金属结合十分牢固，具有很好的保护性能。化膜与基体金属结合十分牢固，具有很好的保护性能。铝铝阳阳极极化化生生成成的的氧氧化化膜膜包包括括密密膜膜层层和和孔孔膜膜层层。密密膜膜层层(阻阻挡挡层层)厚厚度度很很小小，孔孔膜膜层层存存在在大大量量孔孔隙隙，因因此此可可着着色色处处理，获得装饰性外观。着色方法：染料着色和电解着色。理，获得装饰性外观。着色方法：染料着色和电解着色。化学转化膜化学转化膜水合氧化铝水合氧化铝 未封闭未封闭 已封闭已封闭铝的阳极化膜结构示意铝的阳极化膜结构示意 孔膜层孔膜层 密膜层密膜层 铝铝膜孔膜孔封闭处理封闭处理着着色色或或不不着着色色的的阳阳极极化化膜膜都都需需要要进进行行封封闭闭，使孔闭合以提高膜的保护性能和保持着色效果。使孔闭合以提高膜的保护性能和保持着色效果。封封闭闭方方法法：蒸蒸汽汽封封闭闭、热热水水封封闭闭(90100 C)，镍盐和钴盐溶液封闭、重铬酸盐溶液封闭等。镍盐和钴盐溶液封闭、重铬酸盐溶液封闭等。化学转化膜化学转化膜钢铁的化学氧化钢铁的化学氧化将将钢钢铁铁部部件件放放入入选选定定的的溶溶液液中中，发发生生化化学学反反应应，生生成成一一层层致致密密的的氧氧化化物物膜膜，这这种种方方法法在在工工厂厂中中叫叫做做“发发兰兰”或或“煮黑煮黑”。钢铁的化学氧化有钢铁的化学氧化有碱性法碱性法和和酸性法酸性法。碱性氧化法的优点：不会造成钢件氢脆问题。碱性氧化法的优点：不会造成钢件氢脆问题。碱性氧化法的缺点：高温浓碱溶液产生刺激性气味使碱性氧化法的缺点：高温浓碱溶液产生刺激性气味使 工作环境恶劣，高温加热消耗能源。工作环境恶劣，高温加热消耗能源。化学转化膜化学转化膜铬酸盐处理铬酸盐处理将将金金属属浸浸入入以以铬铬酸酸盐盐溶溶液液中中，使使金金属属表表面面生生成成铬铬酸酸盐盐转转化化膜膜，叫叫做做铬铬酸酸盐盐处处理理。主主要要可可以以应应用于锌、镉、铝、镁、银、铜等金属或镀层。用于锌、镉、铝、镁、银、铜等金属或镀层。锌锌镀镀层层经经铬铬酸酸盐盐处处理理后后耐耐蚀蚀性性大大大大提提高高，对对基基底底钢钢材材的的保保护护性性能能大大大大增增强强。锌锌镀镀层层铬铬酸酸盐盐处处理理在电镀文献中在电镀文献中称为称为“钝化钝化”。化学转化膜化学转化膜 磷化磷化将将金金属属浸浸入入磷磷酸酸盐盐的的稀稀溶溶液液中中进进行行处处理理，使使金金属属表表面面上上生生成成一一层层不不溶溶性性的的，附附着着良良好好的的磷磷酸酸盐盐膜膜，叫叫做做磷磷酸酸盐盐处理处理。磷磷化化处处理理的的目目的的：磷磷酸酸盐盐膜膜对对涂涂料料有有良良好好的的吸吸附附能能力力，可可以以增增强强涂涂料料与与金金属属的的结结合合力力。磷磷化化打打底底。钢钢材材经经磷磷化化处处理理后后进进行行冷冷变变形形加加工工更更容容易易进进行行，摩摩擦擦件件进进行行磷磷化化处处理理可可以以降低表面磨耗降低表面磨耗。化学转化膜化学转化膜两类钢铁磷化处理两类钢铁磷化处理一一类类使使用用碱碱金金属属的的磷磷酸酸二二氢氢盐盐，并并加加入入适适量量的的加加速速剂剂和和添添加加剂剂。钢钢铁铁表表面面上上形形成成由由基基底底金金属属自自身身转转化化生生成成的的磷磷酸酸盐盐和和氧氧化化物物组组成成的的膜膜。这这属属于于真真正正的的化化学学转转化化膜膜，称称为为转化型磷酸盐膜转化型磷酸盐膜。另另一一类类使使用用含含游游离离磷磷酸酸和和加加速速剂剂的的重重金金属属(锌锌、锰锰、铁铁)磷磷酸酸二二氢氢盐盐溶溶液液，钢钢铁铁表表面面上上得得到到的的是是由由重重金金属属的的磷磷酸一氢盐或正磷酸盐组成的膜。可称之为酸一氢盐或正磷酸盐组成的膜。可称之为假转化膜。假转化膜。化学转化膜化学转化膜转化型磷化溶液转化型磷化溶液组成及工作条件组成及工作条件序号1234组成(g/L)草酸552020磷酸10或1510草酸钠4444磷酸二氢钠10101010氯酸钠512硝酸钠512亚硝酸钠0.60.6工作条件温度(C)2020或502020或50时间(min)5555普通法普通法假转化型磷化假转化型磷化的两种溶液配方和工作条件的两种溶液配方和工作条件 溶液组成溶液组成(g/L)操操 作作 条条 件件浓浓 度度温度温度(C)时间时间(min)P2O5：600 620Zn：162 168Cu：0.04 40点点95 98 45P2O5：394Mn：90Cu：0.04 30点点95 9840 90BACK金金属属设设备备在在进进行行覆覆盖盖层层保保护护的的施施工工之之前前，表表面面必必须须进进行行预预处处理理，以以保保证证覆覆盖盖层层的的完完整整、均均匀匀、与与基基体体结结合合牢牢固固。表面清净处理的目的和要求表面清净处理的目的和要求(1)除尽金属表面氧化皮、锈层、油污及其他附着物。除尽金属表面氧化皮、锈层、油污及其他附着物。(2)金属表面应显示出均匀一致的金属本色金属表面应显示出均匀一致的金属本色,粗糙程度。粗糙程度。金属表面清净处理金属表面清净处理表面清净处理方法表面清净处理方法（1 1）除油）除油除除油油的的方方法法：有有机机溶溶剂剂除除油油，碱碱溶溶液液除除油油，电电化化学学除除油，水基清洗剂除油。油，水基清洗剂除油。有有机机溶溶剂剂除除油油：利利用用有有机机溶溶剂剂(汽汽油油、甲甲苯苯、三三氯氯乙乙烯烯等等)溶溶解解油油脂脂的的能能力力除除去去设设备备或或部部件件表表面面油油污污。有有机机溶溶剂除油速度快，但不彻底。剂除油速度快，但不彻底。金属表面清净处理金属表面清净处理化学除油：化学除油：在碱溶液中利用乳化作用和皂化作用除在碱溶液中利用乳化作用和皂化作用除去金属表面油污。去金属表面油污。电化学除油：电化学除油：溶液组成和化学除油大体相同，但碱溶液组成和化学除油大体相同，但碱含量较低，工件作为阴极或阳极，通以极化电流。含量较低，工件作为阴极或阳极，通以极化电流。水基清洗剂除油：水基清洗剂除油：水基清洗剂以水为溶剂，主要成水基清洗剂以水为溶剂，主要成分是表面活性剂，再配助洗剂、缓蚀剂，稳定剂等辅助分是表面活性剂，再配助洗剂、缓蚀剂，稳定剂等辅助成分。成分。水基清洗剂种类多，清除油污效果好，节约能源。水基清洗剂种类多，清除油污效果好，节约能源。金属表面清净处理金属表面清净处理钢铁工件钢铁工件化学除油化学除油的一种配方及工艺条件的一种配方及工艺条件配方及工艺条件配方及工艺条件指指 标标NaOH(g/L)30 40Na2CO3(g/L)30 40Na3PO4 12H2O(g/L)30 40Na2SiO3(g/L)5OP乳化剂乳化剂(g/L)1 2温度温度()80 90时间时间洗净为止洗净为止 (2)(2)除锈除锈除除锈锈的的方方法法：手手工工和和动动力力工工具具除除锈锈，喷喷射射或或抛抛射射除除锈锈，化学除锈化学除锈(酸洗酸洗)，火焰除锈，火焰除锈手手工工除除锈锈：采采用用钢钢丝丝刷刷、铲铲刀刀、废废砂砂轮轮、砂砂布布用用手手工工方方式式除除去去金金属属表表面面锈锈层层和和氧氧化化皮皮，一一般般用用在在工工件件和和设设备备表表面积小，或不能使用其它除锈方法的场合面积小，或不能使用其它除锈方法的场合 。喷射和抛射除锈喷射和抛射除锈：除锈效果好除锈效果好,使基体露出金属本色。使基体露出金属本色。金属表面清净处理金属表面清净处理化化学学除除锈锈：利利用用酸酸溶溶液液具具有有溶溶解解金金属属氧氧化化物物的的能能力力来来除除去去金金属属表表面面锈锈层层和和氧氧化化皮皮。反反应应时时放放出出的的氢氢气气对对氧氧化化皮皮还还产产生生机机械械剥剥离离作作用用。常常用用酸酸有有盐盐酸酸、硫硫酸酸、硝硝酸酸、氢氢氟酸以及某些有机酸。酸洗液中需加入高效缓蚀剂氟酸以及某些有机酸。酸洗液中需加入高效缓蚀剂。火焰除锈：火焰除锈：用喷灯火焰清除金属表面污物。用喷灯火焰清除金属表面污物。金属表面清净处理金属表面清净处理BACK