1、第二章 材料設備的腐蝕、防護與保溫 第一節(jié) 材料設備的腐蝕及原理 一、 概述 （一）腐蝕材料與它所處環(huán)境介質之間發(fā)生作用而引起材料的變質和破壞的現(xiàn)象稱為腐蝕。 1）經(jīng)濟損失巨大。 根據(jù)各個國家統(tǒng)計情況，腐蝕造成的直接經(jīng)濟損失約占國民經(jīng)濟生產(chǎn)總值的35%。 2)資源和能源浪費嚴重。 據(jù)估計，全世界每年冶煉的金屬中，約有1/3由于腐蝕而報廢。 3)引發(fā)災難性事故。如生產(chǎn)設備爆炸，油田起火，橋梁斷裂，艦船沉沒等。 4)造成環(huán)境污染。腐蝕造成生產(chǎn)過程中的“跑，冒，滴，漏”可能會使許多易燃，易爆，有毒，有害物質泄露，污染環(huán)境。 （二）腐蝕危害（三） 腐蝕與防護科學的發(fā)展18世紀下半葉，法拉第電解定律、得

2、拉李夫電化學腐蝕理論 第一次世界大戰(zhàn)后陰極保護法的發(fā)展。20世紀30年代美國石油工業(yè)的迅速發(fā)展，推動了不銹鋼和耐蝕合金以及緩蝕劑的研究與應用。腐蝕電池存在于金屬表面的實驗證明等一系列重要而杰出的研究成果 近30多年多學科交叉研究。二、 腐蝕基本原理（一） 金屬的化學腐蝕金屬的化學腐蝕金屬與環(huán)境介質發(fā)生化學作用，生成金屬化合物并使材料性能退化的現(xiàn)象。特點：金屬的氧化和環(huán)境介質的還原同時發(fā)生，它們之間的電子交換直接進行。范圍廣，包括干燥氣體介質的腐蝕（氧化、硫化、鹵化、氫蝕等）、液體介質（非電解質溶液、液態(tài)金屬、低熔點氧化物）的腐蝕等。1、金屬氧化及其氧化膜一定溫度下，金屬氧化反應的進行取決于金屬

3、氧化物的分解壓與環(huán)境 中氧分壓的相對大小。若金屬氧化物的分解壓低于空氣中氧的分壓 （0.022MPa)，該金屬就可能在空氣中氧化。金屬表面氧化形成的氧化膜阻隔了金屬與介質間的物質傳遞，將減慢 金屬繼續(xù)氧化的速度。但金屬氧化膜要對金屬起到良好的保護作用，必須滿足以下條件：1）生成的金屬膜必須致密、完整，能完全遮住金屬表面。2）金屬氧化膜穩(wěn)定、難熔、不揮發(fā)，不易與介質作用而被破壞。3）氧化膜與基體結合良好，有相近的熱脹系數(shù)，不會自行或受外界 作用而脫落。4）氧化膜有足夠的強度、塑性，足以經(jīng)受一定的應力、應變的作用。2、鋼鐵的氣體腐蝕腐蝕類型有高溫氧化、脫碳、氫蝕等。1）高溫氧化FeFeO (a)5

4、70以下 （b)570以上 圖1 鐵在空氣中加熱時表面氧化膜的組成示意Fe2）脫碳在腐蝕過程中，與氧化皮層相連的內層將發(fā)生滲碳體減少的現(xiàn)象。原因是：滲碳體與介質中氧、氫、二氧化碳、水等作用的結果。脫碳作用生成的氣體降低了膜的保護作用，加快了腐蝕的進行。同時，滲碳體的減少，大大降低了表面層的硬度、強度、耐磨性及疲勞極限，從而降低了設備或零件的使用壽命。增加氣體介質中一氧化碳和甲烷的含量，或在鋼中添加鋁和鎢都會削弱脫碳作用。3）氫蝕溫度超過200300，壓力高于30.4MPa時，氫將對鋼產(chǎn)生顯著作用，使鋼劇烈脆化，造成氫蝕。鋼的氫蝕包括可逆氫脆和氫蝕兩個階段可逆氫脆階段：氫被鋼表面吸收，并以原子狀

5、態(tài)沿晶界向鋼的內部擴散。降低了鋼的韌性，使鋼變脆。可逆性表現(xiàn)在：當鋼材在200300加熱或常溫下長時間靜置，其韌性又可部分或全部恢復。氫蝕階段： 反應產(chǎn)物甲烷的積聚，在鋼內部產(chǎn)生很大的內應力，使晶界產(chǎn)生裂紋，內部出現(xiàn)龜裂，表面出現(xiàn)許多鼓泡。這種作用大大降低了鋼的強度和韌性，導致永久脆化。措施：通過降低鋼中的含碳量或加入合金元素形成穩(wěn)定的碳化物，可提高鋼的抗氫蝕能力。3、防止鋼鐵氣體腐蝕的方法防止鋼鐵氣體腐蝕主要有合金化、改善介質和應用保護性覆蓋層三種方法。1）合金化 元素Cr、Al、Si是改善鋼鐵材料抗氧化性能最有效的合金元素。與氧生成穩(wěn)定、 結構致密的有效保護層， 阻滯金屬離子和陽離子的擴散

6、，大幅度提高鋼的抗氧化性。2）改善介質 通過設法改善介質成分，可以減輕乃至消除某些特定環(huán)境條件下的腐蝕危害。如煉油設備中，通過減少或清除介質中的含硫氣體，可大大減輕設備的腐蝕程度，延長其使用壽命。3）應用保護性覆蓋層 利用金屬或非金屬涂層將金屬和氣體介質隔離開來，是防止氣體腐蝕的有效途徑。 熱擴散法抗氧化合金元素的表面合金化。熱噴涂、等離子噴涂 （二）金屬的電化學腐蝕（1）金屬的電化學腐蝕及發(fā)生條件金屬的電化學腐蝕金屬在電解質介質中發(fā)生的腐蝕。腐蝕原電池電極電位的比較工業(yè)上應用的金屬或合金化學成分不一、組織結構不一、物理狀 態(tài)不一、表面氧化膜不完整，引起金屬表面電極電位不同，在電 解質溶液中形

7、成腐蝕原電池。電極電位 低 高 金屬 非金屬 鐵素體 滲碳體 高應力區(qū) 低應力區(qū) 無保護膜區(qū)域 有保護膜區(qū)域 溫度較高部位 溫度較低部位電極電位較低的金屬形成陽極，不斷溶解。在陽極上多出的電子，通過金屬內部流向電極電位較高的陰極。金屬在水溶液中的腐蝕傾向、腐蝕產(chǎn) 物以及指示防止腐蝕的可能途徑避免鐵的腐蝕應采取的措施：1）對鐵施行陰極保護，將鐵的電極電位降至非腐蝕區(qū)。2）使用陽極保護或在溶液中添加陽極型緩蝕劑，將鐵的電極電位升高，進入鈍化區(qū)。3）調整溶液pH范圍為813，使鐵進入鈍化區(qū)。（2）極化腐蝕原電池電極過程中的極化現(xiàn)象是控制金屬電化學 腐蝕速度的一個重要因素。極化原電池由于電流通過，使其

8、陰極和陽極的電 極電位偏離其起始電位值的現(xiàn)象。陰極極化電流流過陰極使陰極電位降低的現(xiàn)象。極化減少了電池兩極之間的電位差，導致金屬腐蝕速度的降低。極化機理： 1）活化極化：當電流通過電極時，因電化學反應遲緩而造成電極電位偏離平衡電位的現(xiàn)象。 2）濃差極化：當電流通過電極時，因電極反應物輸運遲緩而造成電極電位偏離平衡電位的現(xiàn)象。 3）電阻極化：是由于在電極表面上生成了具有保護作用的氧化膜或不溶性的腐蝕產(chǎn)物等引起的。（3）鈍化鈍化金屬與介質作用后，失去其化學活性，變得 更為穩(wěn)定的現(xiàn)象。鈍化能千百倍地提高金屬的耐蝕性。鐵、鉻、鎳、鉬、鉭、鈮、鎢等許多金屬在氧化性介 質（硝酸、硝酸銀、重鉻酸鉀、高錳酸鉀

9、等）、非氧 化性介質（醋酸、檸檬酸、鹽酸、氫氟酸）中都可鈍 化，不過有的易鈍化、有的難鈍化。鈍化機理：1）成相膜理論2）吸附理論（4）氫去極化腐蝕氫去極化腐蝕（析氫腐蝕）以氫離子還原反應為陰極過程的腐蝕。氫電極的平衡電位可由能斯特方程計算。25、 pH7的中性溶液中 電極電位比-0.413更負的金屬，便可發(fā)生析氫腐蝕。一般負電性金屬在非氧化性酸和氧化性較弱的酸中，以及電極電位很負的堿金屬和堿土金屬在中性和弱堿性溶液中的腐蝕都屬于氫去極化腐蝕。氫去極化腐蝕步驟：1）水化氫離子脫水2）形成吸附氫原子3）吸附氫原子脫附4）氫分子形成氣泡，從表面逸出。影響氫去極化腐蝕的因素1）金屬材料的性狀 材料與表

10、面狀態(tài)不同，影響氫過電位值的大小。氫過電位值愈大，氫去極化腐蝕速度愈小，反之亦然。2）溶液的pH值 pH值減小，氫離子濃度增大，氫電極電位變得更正，加速了金屬腐蝕。3）陰極面積 陰極面積增加，氫過電位減小，陰極極化率降低，析氫反應加快，導致腐蝕速度增大。4）溫度 腐蝕速度隨溫度的升高而增大。（5）氧去極化腐蝕（吸氧腐蝕）氧去極化腐蝕中性和堿性溶液中，氫離子濃度較低，析氫反應 電位較負，一般金屬腐蝕過程的陰極反應是溶液中氧的還原反應。發(fā)生吸氧腐蝕的條件：金屬的電極電位較氧電極的平衡電位為負對于pH7的中性水溶液，大氣壓下氧的分壓為21.278kPa，根 據(jù)能斯特方程，氧電極的平衡電位為對于那些電

11、極電位低于0.804v的金屬，便有可能發(fā)生吸氧腐蝕。大多數(shù)金屬和合金在中性和堿性溶液中，以及少數(shù)正電性金屬在有溶 解氧的酸性溶液中的腐蝕都屬于氧去極化腐蝕。氧去極化腐蝕步驟氧通過氣/液界面?zhèn)髻|，由空氣進入溶液；溶解氧通過對流擴散均布在溶液中；氧以擴散方式通過電極表面的擴散層，到達 金屬的表面；氧在金屬表面進行還原反應。氧去極化腐蝕的影響因素陽極材料的電極電位氧去極化腐蝕速度隨陽極材料電極電位的降低而增大。溶解氧濃度 溶解氧濃度增大，氧的平衡電位升高，極限擴散電流密度增大，氧的去極化腐蝕速度增大。但當溶解氧濃度提高到使腐蝕電流密度達到該金屬的臨界鈍化電流密度時，金屬將由活化溶解態(tài)向鈍化態(tài)轉化，其

12、腐蝕速度就會顯著降低。溶液流速 溶液流速越大，擴散層厚度越小，極限擴散電流密度越大，腐蝕速度越大。但當流速增大到氧的還原反應不再受濃差極化控制時，腐蝕速度便與流速無關。鹽濃度 隨鹽濃度的增大，溶液的電導率增大，腐蝕速度將有所提高。但當鹽濃度高到一定程度后，由于氧的溶解度顯著降低，腐蝕速度反而會隨鹽濃度的提高而減慢。溫度 一定溫度范圍內，隨溫度升高腐蝕速度加快。對于敞口體系，溫度升高又會降低氧的溶解度，使金屬腐蝕速度減?。粚τ诜忾]體系，隨溫度升高，腐蝕速度單調增大。（三） 金屬腐蝕破壞的形態(tài)1、全面腐蝕全面腐蝕特征：1）腐蝕分布在整個金屬表面。純金屬及成分 組織均勻的合金在均勻的介質環(huán)境中表現(xiàn)出

13、全面腐 蝕特征。2）腐蝕電池的陰極、陽極面積尺寸非常微小且緊密相連。同時金屬表面由于能量起伏，各點勢能隨時間變化，使微陰極和微陽極處于不斷變化之中，從而導致整個金屬表面都受到腐蝕。3）容易觀察和測量。采用適當?shù)姆椒梢杂行Э刂谱〗饘俚娜娓g。2、局部腐蝕局部腐蝕腐蝕集中在金屬表面局部區(qū)域，而其他大部分表面幾乎不腐蝕?；?、機械行業(yè)的腐蝕破壞事例中，局部腐蝕占了80以上。特征（1）存在著可以明確辨識和比較固定的宏 觀或微觀腐蝕電池的陽極區(qū)和陰極區(qū)；特征（2）腐蝕電池的陽極區(qū)面積相對較小，但 局部受蝕可能非常嚴重；特征（3）電化學過程往往具有自催化性，使局 部腐蝕能夠持續(xù)地加速進行。金屬腐蝕圖片

14、（1）電偶腐蝕（接觸腐蝕，雙金屬腐蝕）電偶腐蝕兩種金屬在同一介質中接觸，由于腐蝕電位不等，它們之 間便有電偶電流流動，使電位較低的金屬溶解速度加快，造成接觸處的 局部腐蝕；而電位較高的金屬，溶解速度反而減少。如黃銅零件和純銅管接觸、銅和鋁等輕金屬接觸、碳鋼和不銹鋼接觸等 都會形成電偶腐蝕。避免電偶腐蝕的措施：A)正確選材（設計時盡量避免異種合金互相接觸、對相異合金施以相同 的鍍層、用絕緣性表面保護層以及絕緣材料墊圈等）B)消除面積效應 電偶對中陰極金屬與陽極金屬面積比，對電偶腐蝕影響極大。大陰極小陽極的電偶，將使陰極電流密度劇增，造成嚴重腐蝕，結構設計上應避免這種情況。使用涂料時，應將涂料涂刷

15、于陰極金屬上，這樣可以顯著減少陰極面積。 C)添加適量緩蝕劑可有效控制電偶腐蝕。(2）小孔腐蝕（孔蝕，點蝕）孔蝕在金屬表面局部地區(qū)出現(xiàn)向深處發(fā)展的腐蝕小孔，而其余地區(qū)不被腐蝕或者只有輕微的腐蝕，這種腐蝕形態(tài)稱為點蝕。大多數(shù)金屬，尤其是易鈍化金屬，如不銹鋼、鋁及鋁合金、鈦及鈦合金，以及表面防護層中有孔隙的碳鋼，在含氯離子的大多數(shù)介質中都有發(fā)生孔蝕的可能。孔蝕能誘發(fā)其他形式局部腐蝕，如應力腐蝕和腐蝕疲勞等?？孜g過程孔蝕的影響因素及控制方法 a) 合金的成分和組織 含鉬、氮及較高鉻量的不銹鋼具有良好的耐孔蝕性能；奧氏體不銹鋼比鐵素體不銹鋼和馬氏體不銹鋼耐孔蝕性能好；*通過減少碳含量和硫化物夾雜，可以

16、進一步提高鋼的耐孔蝕性能。 b)介質的組成和狀況 大多數(shù)的孔蝕是在含有鹵族元素化合物(如：三氯化鐵、氯化汞等）的介質中發(fā)生的。為預防孔蝕應 i)盡量降低介質中鹵素，特別是氯離子濃度。ii)在堿性介質中，隨著pH值升高，金屬對孔蝕的抗力增強。iii)對溶液進行攪拌、循環(huán)或通氣也有利于預防和減輕孔蝕。 c)緩蝕劑 硝酸鹽、鉻酸鹽、硫酸鹽及堿等能增加鈍化膜的穩(wěn)定性或有利于受損的鈍化膜的再鈍化，因而都是有效防止孔蝕的緩蝕劑。 d)陰極保護 利用陰極保護法，使金屬的電極電位控制在孔蝕保護電位以下，就可以抑制孔蝕。(3)縫隙腐蝕 金屬部件在介質中，由于金屬與金屬或金屬與非金屬之間形成特別小的縫隙(一般在0

17、02501mm之間)，使縫隙內介質處于滯流狀態(tài)。引起縫內金屬的加速腐蝕，這種局部腐蝕稱為縫隙腐蝕。 許多設備與金屬構件，由于不合理的設計或加工等都會造成縫隙。如法蘭連接面、螺母壓緊面及焊縫等。 幾乎所有的金屬和合金在各種介質中都會形成縫隙腐蝕。但不同的金屬在不同的介質中對腐蝕的敏感性不同。具有自鈍化特性的金屬和合金在充氣的含有活性陰離子的中性介質中最易引起縫隙腐蝕?？p隙腐蝕的機理 縫隙腐蝕的機理與孔蝕很相似，其區(qū)別主要在于腐蝕的初始段?？孜g起源于自己開掘的蝕孔內，而縫隙腐蝕則發(fā)生在金屬表面既存的縫隙中。在含有活性陰離子的介質中，帶有孔隙的易鈍化合金或鍍層的構件上，通常易于發(fā)生孔蝕；而幾乎所有的

18、合金只要在含有氧的各種介質中都可能發(fā)生縫隙腐蝕。在腐蝕形態(tài)上，孔蝕的蝕孔窄而深，而縫隙腐蝕的蝕坑則相對地廣而淺。 縫隙腐蝕的影響因素 與孔蝕的相似。除可以采取防止孔蝕的相似措施外，還應注意以下幾點：A)在設備、容器設計中應盡量注意結構的合 理性，盡可能避免形成縫隙和積液的死角。B)對不可避免的縫隙，要采取相應的保護措施。C)盡量控制介質中溶解氧的濃度，使其低 于 。 這樣在縫隙處就很難形成氧濃差電池，縫隙腐蝕則難以啟動。 (4)晶間腐蝕腐蝕沿著金屬或合金的晶粒邊界區(qū)域發(fā)展，而晶粒本體的腐蝕很 輕微，稱為晶間腐蝕。晶間腐蝕對材料的外表不產(chǎn)生明顯改變，卻使晶粒間的結合力 大大削弱，嚴重時可使材料的

19、強度完全喪失。不銹鋼、鎳基合 金、鋁合金、鎂合金等都是對晶間腐蝕敏感的材料。晶間腐蝕是一種由材料微觀組織電化學性質不均勻引發(fā)的局部 腐蝕。 貧化理論認為，由于某種合金相在晶界析出，造成晶界區(qū)某一成分的貧化，致使晶界與晶內的電極電位發(fā)生變化，形成以晶界區(qū)為陽極，晶粒本體為陰極的微觀腐蝕電池。晶界區(qū)的金屬便以較快的速度發(fā)生溶解，從而引發(fā)晶間腐蝕。晶間腐蝕控制措施a)降低鋼的含碳量 鋼的含碳量低于0.08時，其對 晶間腐蝕就不具敏感性。b)穩(wěn)定化處理 將固溶處理后的1Crl8Ni9Ti不銹鋼加熱至850880保溫后緩冷，這樣碳幾乎全部穩(wěn)定在TiC中，而使（ 不會再在晶界析出，從而提高了固溶體中的含鉻

20、量，以便徹底清除晶間腐蝕傾向。 c)重新固溶處理 將已發(fā)生晶間腐蝕的零部件加熱至l 05011 50，使晶界上鉻的碳化物重新溶于奧氏體中，然后淬火，防止鉻的碳化物再次析出，以抑制晶間腐蝕。 （5）選擇性腐蝕多元合金在電解質溶液中，由于組元(或 合金相)之間電化學性質的不均勻，而構 成腐蝕電池，電位較正的組元為陰極， 電位較負的組元成為陽極而被優(yōu)先溶 解，這類腐蝕稱為選擇性腐蝕。這類腐蝕的典型例證就是黃銅脫鋅和灰口鑄鐵 的石墨化腐蝕。(6)應力作用下的腐蝕不同應力狀態(tài)與介質協(xié)同作用所造成的環(huán)境敏感斷裂形式各 不相同，據(jù)此可將它們分為應力腐蝕開裂、腐蝕疲勞和磨損 腐蝕等。 1)應力腐蝕開裂 材料在

21、靜應力和腐蝕介質共同作用下 發(fā)生的脆性開裂破壞現(xiàn)象稱為應力腐蝕開裂，簡稱應力腐 蝕。危害最大的腐蝕形態(tài)之一。發(fā)生應力腐蝕的三個必要條件：敏感的合金、特定的介質和 一定的靜應力。對于一定的材料，其應力腐蝕只在特定的介質中發(fā)生。這種材 料與敏感介質的組合關系，稱為應力腐蝕體系。金屬材料環(huán)境介質低碳鋼低合金結構鋼高強度鋼奧氏體不銹鋼黃銅高強度鋁合金鈦合金（6Al，4V）應力腐蝕的機理 機理（1） 陽極溶解機理 該機理認為應力腐蝕裂紋的形成與擴展是陽極通道的形成與其延伸的過程。陽極通道形成有兩種途徑：一是加載之前已存在于合金內部的易腐蝕區(qū)，如晶界、陽極性的合金相或夾雜物：另一種是應變誘發(fā)的，如裂尖前沿

22、的高度塑性變形區(qū)。不銹鋼和高強度鋁合金在含有氯離子的水溶液中的腐蝕等屬于此類機理。機理（2）氫脆機理 該機理認為陰極析氫反應在金屬表面形成的吸附氫原子滲入內部引起氫脆是導致應力腐蝕的主要原因。高強度鋼在雨水、海水以及水溶液中的腐蝕，鈦合金在海水中的應力腐蝕均屬于此類機理。 應力腐蝕控制措施a)正確選材 根據(jù)介質情況正確選材避免構成應力腐蝕體系，或者減輕材料對應力腐蝕的敏感性。如在含氨環(huán)境中避免使用銅合金、在海水中避免使用含鉬不銹鋼等。b)合理設計、改進制造工藝 結構設計應盡量減小應力集中效應，制造工藝應避免造成殘余拉應力。采取表面強化方法，使零件表面產(chǎn)生殘余壓應力，以期抵消或削弱拉應力的作用。

23、c)改善環(huán)境介質 一方面設法消除或減少介質中促進應力腐蝕的有害物質(例如可通過降低冷卻水與蒸汽中氯離子含量來避免不銹鋼的氯脆)；另一方面可以向介質中加入適當?shù)木徫g劑。d)電化學保護 外加電流極化，使金屬的電位遠離應力腐蝕敏感區(qū)。2)腐蝕疲勞腐蝕疲勞腐蝕介質和交變應力協(xié)同作用所引起的材料破壞現(xiàn)象。特點：a)腐蝕疲勞沒有真實的疲勞極限。即使交變應力很小，只要循環(huán)載荷周次足夠大，材料終究要發(fā)生斷裂。通常規(guī)定，交變載荷循環(huán)周次達到 時 ，材料所承受的交變應力為其條件疲勞極限。b) 腐蝕疲勞在任何腐蝕介質中都可能發(fā)生，但必須在交變應力和腐蝕 介質同時作用的條件下，才能產(chǎn)生腐蝕疲勞。C) 腐蝕疲勞性能與載

24、荷頻率、應力以及載荷波形有密切關系。載荷頻率越低、應力比越大，腐蝕疲勞性能就越低；三角波、正弦波和正鋸齒波的載荷波形對腐蝕疲勞性能的損害較顯著。d) 腐蝕疲勞裂紋往往是多源的；與應力腐蝕相比，腐蝕疲勞裂紋的擴展很少有分叉的情況。腐蝕疲勞的控制措施a)正確選材 一般地講，耐孔蝕的材料腐蝕疲勞性能好；對應力腐蝕敏感的材料，其腐蝕疲勞性能則較差；而材料的機械疲勞強度與其腐蝕疲勞強度之間沒有直接的關系。鋼中硫化錳雜質對腐蝕疲勞裂紋的形成最為有害 ，須嚴格控制。 b)合理設計、改進制造工藝 結構設計應避免應力集中。表面強化處理和表面合金化可以顯著提高腐蝕疲勞性能。 c)改善介質條件 如封閉體系中水中的除

25、氧以及水中添加鉻酸鹽等緩蝕劑均可延長鋼材的腐蝕疲勞壽命。 d)電化學保護 陰極保護常用于海洋環(huán)境金屬結構的腐蝕疲勞控制，效果良好。但不宜用于酸性介質以及有發(fā)生氫脆危險的情況。 3)磨損腐蝕 磨損腐蝕流體介賃與金屬之間或金屬零件間的相對運動，引起金屬局部區(qū)域加速腐蝕破壞的現(xiàn)象，簡稱磨蝕。根據(jù)介質的運動特征和構件的破壞特征，磨蝕又可分為湍流腐蝕、空泡腐蝕和摩振腐蝕。A) 湍流腐蝕 在設備或部件的某些特定部位， 介質流速急劇增大形成湍流，由此造成的腐蝕 稱為湍流腐蝕。湍流一方面加速了陰極去極化劑 的供應量，同時也增加了流體對金屬表面的切應 力，若流體中含有固體顆粒，則金屬表面的磨損 窩蝕將更加嚴重。

26、湍流腐蝕的控制可采取合理選材、改善設計、降低流速、去除介質 中的有害成分、覆蓋防護層、電化學保護、改善介質條件、添加緩蝕劑、降低操作溫度等多種方法。b)空泡腐蝕流體與金屬構件作高速相對運動， 在金屬表面局部區(qū)域產(chǎn)生湍流，且 伴隨有氣泡在金屬表面生成和破滅， 使金屬呈現(xiàn)與孔蝕類似的破壞特征， 這種腐蝕稱為空泡腐蝕，也稱氣蝕?？刂瓶张莞g的有效方法：合理選材，要選取如青銅、鈦合金和不銹鋼等具有優(yōu)良耐空泡腐蝕性能的材料；在構件上涂加保護層，減弱或吸收氣泡破裂時的高壓沖擊波。提高構件表面的光潔度，也可以降低氣泡形成的幾率。在構件設計時應根據(jù)水力學原理，盡可能避免造成壓力突變區(qū)，防止氣泡的生成。c)摩振

27、腐蝕 摩振腐蝕在加有載荷的互相緊密接觸的兩構件表面之間，由于微小振動 和滑動，使接觸面出現(xiàn)麻點或溝紋，并在其周圍存在著損傷微粒(腐蝕產(chǎn)物) 的腐蝕破壞現(xiàn)象。摩振腐蝕發(fā)生的必要條件是接觸表面之間的反復相對運動。摩振腐蝕不但使 金屬不斷地被損耗，也可能會誘發(fā)疲勞裂紋和引起表面接觸性能改變。 摩振腐蝕的機理主要有磨損一氧化和氧化一磨損兩種理論。磨損一氧化理論認為，受壓條件下金屬構件表面上某些微小突起部分發(fā)生冷 焊，在相對運動和微振作用下這些冷焊接觸點被破壞而形成金屬碎屑。這些 小顆粒碎屑在摩擦熱作用下迅即氧化。該過程的反復進行，導致金屬不斷磨 損，氧化銹屑也隨之積聚。氧化一磨損理論則認為，大氣中的多

28、數(shù)金屬表面都生成一層薄而牢的氧化 膜，在荷載作用下相互接觸的兩金屬表面，由于反復相對運動，使突出點的 氧化膜破裂成碎片，而新顯露的金屬則重新被氧化，這種過程反復進行就造 成摩振腐蝕。 減少或抑制摩振腐蝕的措施阻止接觸面的相對微動 在構件設計時通過增大接觸面的法向應力，可阻止相對微動，并添加墊圈以吸收振動。另外在安裝與檢修時，要盡量緊固相接觸的工件。使用潤滑劑 通過潤滑作用減小摩擦系數(shù)，減少磨損。表面電鍍 在金屬表面電鍍鎘、鋅等低熔點金屬，能減小 摩擦系數(shù)；若電鍍鉻等高熔點金屬，則不易發(fā)生冷焊。提高接觸金屬的硬度 通過合理選材、表面氮化、表層冷 變形強化等措施，均可提高接觸面的硬度，從而減輕摩振

29、 腐蝕。(7)微生物腐蝕微生物腐蝕由于介質中存在著某些微生物而使金屬的腐蝕過程加速的現(xiàn)象，也稱為細菌腐蝕。 微生物腐蝕并非微生物本身對金屬具有侵蝕作用，而是它們生命活動的結果直接或間接地對金屬腐蝕過程產(chǎn)生的影響。 微生物對金屬腐蝕過程的影響：a.代謝產(chǎn)物具有腐蝕作用。 細菌能產(chǎn)生某些具有腐蝕性的代謝產(chǎn)物，如硫酸、有機酸和硫化物等。b.改變環(huán)境介質條件。 生物代謝改變溶液的pH值、溶解氧濃度、鹽濃度等，產(chǎn)生的某些沉積物可能造成有利于金屬縫隙腐蝕發(fā)展的條件。c影響電極極化過程。 如硫酸鹽還原菌的代謝會降低腐蝕過程陰極的極化率。d破壞非金屬保護覆蓋層或緩蝕劑的穩(wěn)定性。1)厭氧性細菌腐蝕影響地下鋼鐵設

30、備、構件腐蝕性最為重要的厭氧菌是硫酸鹽還原 菌(SRB)。 SRB普遍存在于缺氧的環(huán)境中。如深層地下水、濕粘 土、湖泊、水庫和海洋的底泥中等，也可存在于金屬表面附著物 或腐蝕產(chǎn)物層下。硫酸鹽還原菌生成的腐蝕產(chǎn)物是黑色帶有難聞 氣味的硫化物。同時還阻止陰極上析氫反應所生成氫原子的復合，促進氫向金屬內部的 滲入，增加設備氫脆破壞的可能性。2)好氧性細菌的腐蝕好氧性細菌有硫氧化菌、鐵細菌、硫代硫酸鹽氧化菌等。以硫氧化菌為例，這類細菌在低pH值環(huán)境中繁殖最為有利，它能產(chǎn)生局部濃度達5的硫酸，造成腐蝕性極強的環(huán)境，導致材料的快速腐蝕。硫氧化菌常出現(xiàn)在硫礦區(qū)、地熱利用、油田以及含硫有機廢物處理等場合，并引

31、起工作設備、設施、管道的腐蝕；高含硫廢水排入下水道，在硫氧化菌作用下將導致排水管道的迅速腐蝕。3)厭氧與好氧聯(lián)合作用下的腐蝕 輸水管內壁的銹瘤腐蝕是細菌聯(lián)合作用腐蝕的一種現(xiàn)象。它是鐵細菌把管道腐蝕溶解的 氧化 ，并形成 。沉積物附著在管壁上，生成銹瘤。瘤下金屬表面成為缺氧的陽極區(qū)，瘤外金屬表面成為富氧的陰極區(qū)。在缺氧區(qū)，由于硫酸鹽還原菌的生物化學作用，加速了瘤下金屬的腐蝕。另外，在地下水位波動區(qū)域，由于水位升降造成充氧 和缺氧條件的交替發(fā)生，使硫氧化菌和硫酸鹽還原菌 在該區(qū)域的活動十分活躍。細菌腐蝕的控制a)使用殺菌劑或抑菌劑 根據(jù)細菌種類及介質選擇高效、低毒和無腐蝕性的藥劑。 b)改變環(huán)境條

32、件 提高介質的pH值及溫度(pH90，溫度T50 )、排泄積水、改善通氣條件、減少有機物營養(yǎng)源等。 c)覆蓋防護層 采用涂覆非金屬覆蓋層或金屬鍍層使構件表面光滑、在有機涂層中加入適量殺菌劑等方法，可避免細菌的附著，減少細菌成垢機會，防止真菌對涂層的破壞。 d)陰極保護 陰極保護使構件表面附近形成堿性環(huán)境，抑制細菌活動。（四）非金屬材料的腐蝕非金屬材料的腐蝕主要是由物理作用和化學作用引起的。1、非金屬無機材料的腐蝕以硅酸鹽搪瓷材料為例，說明其腐蝕原理。當搪瓷釉置于堿、氫氟酸、高溫磷酸等介質中時，它們能直接與搪瓷釉中的發(fā)生作用。其反應為 反應產(chǎn)物不僅能破壞瓷釉中的非化學穩(wěn)定區(qū)，而且還能與化學穩(wěn)定區(qū)

33、發(fā)生作用，使硅氧四面體的牢固骨架及脆弱網(wǎng)架均遭到破壞。 水和酸對硅酸鹽材料的侵蝕 起源于介質中氫離子與材料中網(wǎng)絡外陽離子的交換(主要是堿金屬離子)，進而導致脆弱網(wǎng)絡溶解。 隨著二氧化硅含量的增加和堿金屬氧化物含量的減少，氫離子與網(wǎng)絡外陽離子交換變得困難，便可進一步提高硅酸鹽材料耐水、耐酸侵蝕性能。堿的侵蝕過程 主要由氫氧根破壞網(wǎng)絡的過程來控制。如果氫氧根接近和進入硅氧網(wǎng)絡容易，就會使材料的耐堿性降低；反之，如果接近和進入硅氧網(wǎng)絡困難，就會使材料的耐堿性提高。 2、有機非金屬材料(高分子材料)的腐蝕（1）物理腐蝕高分子材料的物理腐蝕就是其在介質中的溶解。整個溶解過程分為溶脹和溶解兩個階段。溶脹和

34、溶解過程與高分子材料的結構、分子排列有密切關系。a）非晶態(tài)高分子材料的結構較松散，分子間隙大。分子間相互作用力較弱，介質分子容易滲入材料內部。當介質分子與高分子間親和力較大時，就會產(chǎn)生溶劑化作用，使高分子鏈段間距增大，并與介質分子溶為一體。（發(fā)生溶脹）溶脹之后，是否發(fā)生溶解，取決于高分子材料的分子結構。若為線型結構，則溶劑化和溶脹過程可以繼續(xù)下去。溶脹度繼續(xù)變大，直到高分子充分溶劑化之后，從材料表面開始逐漸溶入介質中，形成均勻的溶液，完全溶解。若高分子材料是網(wǎng)狀結構，則溶脹只能使交聯(lián)鍵伸直，很難使其斷裂，因而不能溶解。 b） 結晶態(tài)高分子材料，由于結構緊密，分子間作用力強，很難發(fā)生溶脹和溶解。例如，聚四氟乙烯和聚苯硫醚等結晶態(tài)高分子材料都幾乎不溶于任何溶劑。具有極好的耐溶劑性。 高分子材料的合理選擇依據(jù)極性和溶解度參數(shù)原則來進行。 極性原則 非極性的高分子材料不易溶于極性溶劑中；極性的高分子材料不易溶于 非極性溶劑中。如未經(jīng)硫化處理