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陰極保護工程師培訓教材(一)腐蝕與防護基本知識
來源:公司博客    發布時間:2011-10-10     

第一章 腐蝕與防護基本知識

一、金屬腐蝕的定義

金屬材料是應用廣泛的工程材料,但在使用過程中,它們將受到不同形式的直接的或間接的破壞。其中最常見的破壞形式是斷裂、磨損和腐蝕。這三種主要的的破壞形式已分別發展成為三個獨立的邊緣性學科。狹義上的金屬腐蝕是指化學腐蝕或電化學腐蝕,即金屬與周圍環境(介質)之間發生化學或電化學作用而引起的破壞或變質。就是說,金屬腐蝕發生在金屬與介質間的界面上。由于金屬介質間發生化學或電化學多相反應,使金屬轉變為氧化(離子)狀態,而失去使用功能。廣義上來說,材料破壞物理過程或物理與化學的協同的過程都可以看作腐蝕,如應力腐蝕及磨蝕。

按照國際標準ISO8044,基本腐蝕概念的定義為:

金屬和其所處環境發生物理化學作用,導致金屬性能的改變,并常使金屬功能、環境或制作產品的工藝系統遭到破壞。

這種定義方法是按廣義上的概念來定義的。

本文所提及的金屬的保護電位、自然電位,腐蝕電位等,除特殊指明外,均指相對銅/硫酸銅參比電極。

二、金屬腐蝕的熱力學趨勢

金屬腐蝕是冶金過程的逆過程

判斷金屬腐蝕的熱力學趨勢可以從反應自由能變化以及電位-pH圖來確定。

e-H2O體系的理論電位-pH圖

三、兩種主要的金屬腐蝕形式

3.1 化學腐蝕:

由于金屬表面與環境介質發生化學作用而引起的腐蝕.它的特點是在化學作用過程中沒有腐蝕電流產生。金屬在干燥的氣體介質中和在不導電的液體介質中發生的腐蝕,都屬于化學腐蝕。化學腐蝕的基本反應是:

2mMe + nO2 → 2MemOn

3.2?電化學腐蝕:

金屬的電化學腐蝕是指金屬表面與離子導電的介質因發生電化學作用而產生的破壞。任何一種按電化學機理進行的腐蝕反應至少包含有一個陽極反應和一個陰極反應,并以流過金屬內部的電子流和介質中的離子流聯系在一起。與化學腐蝕不同,電化學腐蝕的特點在于它的腐蝕歷程可分為兩個相對獨立并且可同時進行的過程.

陽極過程:Me → Men++ ne

陰極過程:Ox + ne → Red

總反應:Me + Ox → Men+ + Red

大氣腐蝕、海水腐蝕、土壤腐蝕、油氣開采過程的腐蝕等都屬于電化學腐蝕.

四、腐蝕速度的表示方法

金屬遭受腐蝕后,其重量、厚度、機械性能、組織結構及電極過程等都會發生變化。這些物理和力學性能的變化率可用來表示金屬腐蝕的程度。在均勻腐蝕情況下通常采用重量指標、深度指標和電流指標,并以平均腐蝕率的形式表示之。

金屬腐蝕速度的重量指標

這種指標就是把金屬因腐蝕而發生的重量變化,換算成相當于單位金屬表面積于單位時間內的重量變化的數值。所謂重量的變化,在失重時是指腐蝕前的重量與清除了腐蝕產物后的重量之問的差值.

V=(Wo – W1)/(S×t) 克/米2·小時

式中V - 腐蝕速度,克/米2·小時;

Wo - 金屬的初始重量,克;

W1——清除了腐蝕產物后金屬的重量,克;

S——金屬的面積,米2;

t——腐蝕進行的時間,小時。

金屬腐蝕速度的深度指標

此指標就是把金屬的厚度因腐蝕而減少的量,以線量單位表示,并換算成為相當于單位時間的數值。在衡量密度不同的各種金屬的腐蝕程度時,此種指標極為方便。可按下列公式將腐蝕的失重指標換算為腐蝕的深度指標:

Vt = 〔(v×24×365)/(1002×ρ)〕×10 毫米/年

式中:VL - 腐蝕的深度指標,毫米/年,

ρ - 金屬的密度,克/厘米3。

腐蝕的重量指標和深度指標對于均勻的電化學腐蝕和化學腐蝕都可采用。除上述單位外,在腐蝕文獻上尚有以mdd(毫克/分米2·天),ipy(英寸/年)和mpy(密耳/年)作為重量指標和深度指標。這些單位之間可以相互換算。下表列出了一些常用腐蝕速度單位的換算因子。

五、防腐蝕的重要意義

金屬腐蝕廣泛的存在于我們的生活中,國外統計表明,每年由于腐蝕而報廢的金屬材料,約相當于金屬產量的20~40%,全世界每年因腐蝕而損耗的金屬達1億噸以上,金屬腐蝕直接和間接地造成巨大的經濟損失,據有關國家統計每年由于腐蝕而造成的經濟損失,美國為國民經濟總產值的4.2%;英國為國民經濟總產值的3.5%;日本為國民經濟總值1.8%。

通過金屬的防護,可以將腐蝕速度控制到一定的范圍。但腐蝕的發生是不可能完全控制的,據不完全的統計,全世界所有發生的腐蝕行為,只有1/3左右的腐蝕可以得到較好的控制。

六、防腐蝕工程

常見的金屬的腐蝕與防護方法主要通過以下幾種方法:

1、正確選材和設計:不銹鋼,更合理的結構設計

2、改善腐蝕環境:緩蝕劑,

3、將金屬與腐蝕環境隔離:涂層,鍍層

4、電化學保護 :陰極保護和陽極保護。

六十年代初,我國開始研究陰極保護方法,六十年代末期在船舶,閘門等鋼鐵構筑物上得到應用。

我國埋地油氣管道的陰極保護始于1958年,六十年代在新疆、大慶、四川等油氣管道上推廣應用,目前,全國主要油氣管道已全部安裝了陰極保護系統,收到明顯的效果。

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