1.金属腐蚀与控制-新疆(5)

影响应力腐蚀破裂的重要变量是温度、溶液成分、金属成分、应力和金属结构。

裂纹方向一般与作用力垂直。

对应力的要求：须为拉应力并有足够大，应力的来源可有外加的、残余的、热或焊接应力。许多应力腐蚀破裂的例子并未发现外加应力，焊接的钢内有接近屈服点的残余应力。

应力腐蚀破裂和多数化学反应一样，随温度上升而加速。

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第三章 防止腐蚀的途径

研究腐蚀的目的是控制腐蚀，控制腐蚀的目的是安全生产、保护环境和提高经济效益。 第一节 选材

工程中选择一种材料取决于多种因素，虽然我们主要关心的是各种材料的耐蚀性，但最后的选择却常常决定于耐蚀性以外的因素，在大多数要求高耐蚀的工程中，最重要的因素是材料的成本和耐蚀性，同时还要考虑加工性能，包括成型、焊接和其它机械作业的难易。很多高耐蚀材料如金、铂和一些高温合金不是到处都用，因为不易得到；玻璃也很耐蚀，但加工性能、强度又存在问题。选择材料通常要考虑的因素：耐蚀性、成本、外观、加工性能、强度、供应及时。

1、金属和合金 防止腐蚀最常用的办法是针对特定腐蚀环境选择合适的金属或合金。在选择合金时，有几种金属——腐蚀介质的较好组合，耐蚀性好且成本较低。例如：

不锈钢——硝酸 镍和镍合金——碱 蒙耐儿——氢氟酸 哈氏合金——热盐酸 铅——稀硫酸

铝——非污染大气暴露 锡——蒸馏水

钛——热的强氧化性溶液 钢——浓硫酸 钽——最耐蚀

不锈钢：不锈钢应用广泛主要是因为它的耐蚀性，铬是主要合金元素，含量不得低于11%。铬及其合金能够钝化，在很多环境中具有优良的耐蚀性。

铝和铝合金：铝是活性金属，但它能产生一层氧化铝膜，使它在很多环境中

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得到保护。这层膜在中性和多种酸性溶液中十分稳定，但是受碱侵蚀。纯铝很软，一般需制成合金和进行热处理，可以获得范围较宽的机械性能。

镁和镁合金： 镁是耐蚀性最低的材料之一，因而用作阴极保护中的牺牲阳极。它相对于大多数金属和合金一般都为阳极，因而必须使之互相绝缘。 铜和铜合金：铜和多数其它金属不同之处是它兼有良好耐蚀性、高电导率和热导率、成型性能、加工性能和强度，只有高温下例外。铜对城市、海洋、工业大气和水有良好的耐蚀性。铜在腐蚀过程中通常不析氢。因此，除非有氧存在或其他氧化剂（如HNO3）存在，否则它不受酸的腐蚀。例如，铜和硫酸间的反应在热力学上是不可能的，但有氧存在时就会发生腐蚀，产物为硫酸铜和水。铜和铜合金的阴极反应主要是氧还原为氢氧根离子。在高温（300～400℃）强还原性条件下，铜常常优于不锈钢和不锈合金。

黄铜（CU—Zn）

青铜（CU中加入Sn,AL或Si） 2、金属纯度

纯金属的耐蚀性一般比含有杂质或少量它种元素的金属更好。但是纯金属价格较贵，且比较软，强度低。机械性能一般不能满足工程要求。 第二节：改变环境

1、改变介质状态 改变介质状态为减轻腐蚀提供了多种途径。通常采用改变介质状态的典型方法有：（1）降低温度，（2）降低流速，（3）除去氧或氧化剂，（4）改变浓度。在许多情况下这类改变可以显著减轻腐蚀，但是实施起来必须小心。这类改变产生的效果随特定体系而不同。

降低温度 这样往往会引起腐蚀率显著下降。但有些情况下温度变化对腐蚀率没有影响；有些情况温度增高反而使腐蚀率下降。这个现象发生在加热至沸腾的淡水或盐水中，因为氧浓度随温度上升而下降，所以，沸腾的海水比不到沸点的热海水（65℃左右）的腐蚀性要低。

降低流速 这是控制腐蚀的一种现实方法，因为流速高往往会增加腐蚀，（对于能钝化的金属和合金，如不锈钢，一般在流动介质内的耐蚀性比在静止介质中更好），应该尽可能避免过高的流速，因为这样会产生磨损腐蚀。

除氧或氧化剂 古老的腐蚀控制技术，锅炉除氧用得很普遍。

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改变浓度 降低腐蚀剂的浓度通常是有效的。

2、缓蚀剂 在环境中加入少量某种物质就能降低腐蚀率，这种物质就称为缓蚀剂。缓蚀剂有很多种类和成分，一般是按照机理和成分进行分类。

吸附型缓蚀剂 是缓蚀剂中最大的一类，是有机化合物吸附在金属表面上，使金属溶解（氧化）和还原反应都受到抑制。多数情况下，吸附型缓蚀剂显示出同时影响阳极和阴极过程，这类缓蚀剂的典型例子就是有机胺类。

析氢反应抑制剂 这类物质如砷和锑离子，特别对放氢反应能起抑制作用。这类物质在酸溶液中非常有效，但是在起控制作用的阴极反应为氧还原等其他还原过程时，这类缓蚀剂无效。

氧化剂 这类物质如铬酸盐、硝酸盐和三价铁盐在许多体系中也起缓蚀作用。一般他们主要用于显示活化—钝化转变的金属和合金的缓蚀，如铁、铁合金、不锈钢等。

气相缓蚀剂 这一类与有机吸附型缓蚀剂非常相似，它不需要直接与金属表面接触就可以防止金属的大气腐蚀。这类缓蚀剂在使用时放在被保护金属的附近，通过升华而后凝聚在金属表面上。气相缓蚀剂只用在密闭系统内才有效，例如用于包装内部或运输中的机器内部。

特别强调，不同的缓蚀剂只对特定的金属、环境、温度和浓度才有效；使用缓蚀剂一定要有足够的量，这一点很重要，因为许多缓蚀剂当用量不足时，会加速腐蚀，特别是会引起孔蚀一类的局部腐蚀，加得太少不如不加，适当过量有好处；一个体系内加入两种以上的缓蚀剂，缓蚀效果有时比单独加一种要好，这是复合效应。

第三节 设计与防腐蚀

结构设计常常和选材一样重要，设计既要考虑机械和强度上的需要，同时也要考虑腐蚀裕量。

壁厚 由于腐蚀是一种侵蚀性作用，在设计时需要对部件的壁厚留出裕量，裕量不是越大越好，还要满足机械上的要求，如重量、压力、应力等。

设计规则

要得到好的耐蚀性，应当遵守很多设计上的规则：

1、槽和其他容器用焊接不用铆接。因铆接缝会提供缝隙腐蚀的部位。

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2、设计槽和其他容器时，应考虑易于清洗和将液体排放干净。槽底和排液口应有坡度，使槽放空后不至积留液体。

3、预计在使用中很快会损坏的部件，设计时应考虑使它更换方便。 4、暴露在腐蚀介质中的部件要避免承受过大的机械应力和应力集中。 5、避免不同金属接触以防止电偶腐蚀。可能时，全部体系选用同类材料，或使不同材料之间绝缘。

6、避免管路中的急弯。因为容易引起磨损腐蚀。 7、换热操作中应避免局部过热点。

8、设计中要排除空气。腐蚀中最普遍的阴极反应是氧还原，如果消除了氧，腐蚀常常可以减轻或停止。

第四节 阴极保护和阳极保护

阴极保护 阴极保护原理可以用金属M在酸中的腐蚀来说明。产生的电化学反应是金属的溶解和氢气的析出：

M —→M+ne (3-1) 2H+2e—→H2 (3-2)

由(3-1) 可知，将电子提供给被保护金属结构，金属就得到了保护，即当电子通入金属时，会抑制金属的溶解，并增加析氢反应速度。就是说当电流从电解液流进金属时，结构得到保护。相反，如果电流由金属流向电解液，则会发生加速腐蚀。

金属的阴极保护有两种方法：（1）使用外加电源，（2）用合适的电偶（牺牲阳极）连结。

使用外加电源时，电源的负极接到金属构件上；

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