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腐蚀防护技术

/corrosion and protection technology/
条目作者李凯

李凯

最后更新 2023-07-15
浏览 147
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在对腐蚀行为、机理和规律的研究基础上,探索并建立科学合理的腐蚀控制方法,从而防止或减缓腐蚀发生的技术。

英文名称
corrosion and protection technology
所属学科
航空宇航科学与技术

腐蚀是材料或结构与环境介质发生作用造成的,控制腐蚀的技术途径可以从材料、环境、界面三方面考虑。腐蚀防护具体方法很多,归纳起来主要有以下几种类型:①正确选用材料及合理设计结构和加工工艺;②腐蚀环境处理与合理使用缓蚀剂;③电化学保护;④采用表面涂镀层与表面改性技术。

每种防护措施都有其适用的条件,在实际工作中应根据腐蚀控制的目标、技术方法的可行性和经济性加以选择。

正确选择材料应遵循以下原则:①材料的耐蚀性能应满足构件的使用环境要求;②材料物理性能、机械性能和加工工艺性能应满足构件的设计与加工要求;③选择材料应力求经济效益和社会效益的良好结合。

腐蚀控制是一个系统工程问题,涉及设计、选材、制造、储运、使用、维护和维修等多个环节,而结构的合理设计是关键的环节。在结构设计中,需要外形力求简单;防止积水和积尘;防止缝隙腐蚀;防止电偶腐蚀;防止应力腐蚀开裂、氢脆和腐蚀疲劳。

材料在加工和装配过程中,也会造成腐蚀或留下腐蚀隐患。因此,在机械加工、热处理、锻造和挤压、铸造、焊接、表面处理和装配等工艺设计工作应合理实施

腐蚀环境处理包括两个方面:一是去除或控制环境中促进腐蚀的有害因素,二是强化有利于减缓腐蚀的因素或加入有利的物质。

水中有害物质之一是溶解在水中的氧,它会使金属引起氧去极化的腐蚀。常用的除氧方法有热力法和化学法两类。

在工业冷却用水和锅炉给水中,如果水中含有酸性物质,使其pH值偏低(pH<7),则可能还产生氢去极化腐蚀,而且钢在酸性介质中表面也不易生成保护膜。这种情况下,提高水的pH值是防止氢去极化腐蚀和表面保护膜被破坏的有效措施,通常是加氨或胺处理。

当气体中含水分较多时,就有可能在金属表面形成冷凝水膜,而使腐蚀加剧。通常降低气体介质中的湿分有三种方法:一是采用干燥剂吸收气体中的湿分;二是采用冷凝的方法从气体中除去湿分;还有采用提高气体温度,降低其中的相对湿度,使水汽不致冷凝。

缓蚀剂使一种以较低的浓度和适当的形式存在于环境介质中,可以防止或显著减缓腐蚀的化学物质或几种化学物质的混合物。合理使用缓蚀剂是防止金属及其合金在环境介质中发生腐蚀的有效方法。缓蚀剂的保护效果与金属材料、介质条件及缓蚀剂的种类和用量等均有密切关系,而缓蚀剂的使用浓度又随种类和使用条件的不同而异。

对金属施加外电动势,将其电势移向免蚀区或钝化区以减小或防止腐蚀的方法。电化学保护分为阴极保护和阳极保护两种。

将被保护金属构件作为阴极,进行外加阴极极化以降低或防止金属腐蚀的方法。阴极极化可采用两种方法来实现:①外加电流阴极保护法。将被保护设备与直流电源的负极相连,使之变成阴极,利用外加阴极电流进行阴极极化。②牺牲阳极阴极保护法。在被保护设备上连接一个电势更负的金属作阳极,它与被保护金属在电解液中形成大电池,使被保护设备阴极极化。

阳极保护使一项和阴极保护完全相反的技术。将系统中的被保护设备与外加直流电源的正极相连变成阳极,使之阳极极化至一定的电势,获得并维持钝态,使阳极过程受阻,导致腐蚀速度显著降低。

采用涂、镀、注、渗、化学转化、热流强化、形变强化等措施,改变材料表面的化学成分、组织结构、力学状态等理化和机械性能,使材料表面获得一层保护性的覆盖层或强化层,避免金属基体与介质的直接接触。有的覆盖层还具有电化学保护作用或缓蚀作用。表面覆盖层应具有以下条件:①组织致密,孔隙率低,有一定的厚度,介质不易穿透;②与基体材料有良好的结合力,不易脱落;③具有较高的硬度、耐磨性、韧性和耐蚀性;④在整个被保护表面上分布均匀;⑤对被保护的基体材料无损害影响。

保护性覆盖层按保护层性质,分为金属覆盖层、非金属覆盖层和形变强化层等类型。

形成金属覆盖层的主要工艺有:①电镀。将待镀零件作为阴极,电解液中的金属离子在直流电的作用下,在零件表面上发生还原反应,沉积出金属、合金或复合镀层。②化学镀。在没有外加电流作用的情况下,依靠溶液中各物质间或金属与溶液中物质间的氧化还原反应,在制件表面形成与基体牢固结合的金属、合金或复合镀层。③热浸镀,简称热镀。将被镀金属零件浸入熔点较低的其他液态金属或合金中获得镀层。④表面扩散渗入。表面扩散渗入技术是用加热扩散的方法,把某种金属或合金渗入基体金属表面,形成一层合金层的方法,也称为渗金属或表面合金化。⑤包镀。将耐蚀性能良好的金属,通过机械碾压的方法包覆在被保护的金属或合金上,形成包覆层或双金属层。⑥热喷涂。利用热源将固体材料加热至熔化或熔融,并借助高速气流的雾化效果使其形成微细液滴,喷射沉积到基体表面形成涂层。⑦气相沉积。又称干法镀,一般是在真空中被沉积的金属或合金以气态形式到达基体表面后形成覆盖层。气相沉积可分为物理气相沉积和化学气相沉积。⑧激光束、离子束及电子束表面改性技术。采用激光束、离子束及电子束技术对材料表面进行涂层或改性处理,统称为三束表面改性技术。

非金属覆盖层分为无机涂层和有机涂层。

无机涂层主要有:①搪瓷涂层。将钾、钠、钙、铝等金属的硅酸盐,加入硼砂、硼酸、碳酸钾、碳酸钠等溶剂,喷涂在金属表面烧结而成。②陶瓷涂层。采用热喷涂或气相沉积的方法将陶瓷材料涂敷于金属表面形成涂层。③化学转化膜。金属表面原子与介质中的阴离子反应,在金属表面生成附着性好、耐蚀性优良的薄膜。用于防蚀的化学转化膜主要有铬酸盐转化膜、磷化膜、钢铁的化学氧化膜、阳极氧化膜、微弧氧化膜。

有机涂层一般指涂料涂层,除对金属具有保护作用外,还具有装饰作用、标志作用及其他特殊作用。涂料一般由成膜物质、颜料、溶剂和助剂组成。通常根据主要成膜物质,涂料分为油基涂料和树脂涂料。有机涂层对金属材料的保护原理基于三个方面:隔离环境、缓蚀和阴极保护作用。一般涂层应包括底漆和面漆。底漆对金属具有良好的附着力和防护性;面漆具有较好的耐蚀性、耐候性和抗紫外线辐射性能,同时提供装饰作用。

应力作用下的腐蚀破坏(应力腐蚀、腐蚀疲劳、氢脆、微动磨损等)是由应力和腐蚀环境协同作用造成的失效。对于这种类型的腐蚀控制问题,除采用前面所介绍的防护方法外,还需联合表面机械形变强化技术。可采用的机械形变强化工艺技术包括孔冷挤压强化、干涉配合、孔冷挤压加干涉配合螺接、喷丸强化和滚压强化等。

  • 刘道新.材料的腐蚀与防护.西安:西北工业大学出版社,2005.
  • 林玉珍,杨德钧.腐蚀和腐蚀控制原理.北京:中国石化出版社,2014.

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