金属腐蚀机理与防.ppt

金属腐蚀机理与防护 输油气管道的腐蚀与防护 金属腐蚀的定义： 金属与环境介质发生化学和电化学作用，由元素状态转变为离子状态导致金属性能和本质变坏的过程，被称为金属腐蚀。 金属是人类根据自身发展的需要，对自然界存在的矿石进行选择、利用冶炼技术予以冶炼、提纯、加工出的产品。它在吸收人类劳动的同时，也聚集了更高的能量。从能量的角度看，金属的腐蚀就是自身能量释放的过程。聚集的能量越高的金 属，释放的能量愈大，越容易发生腐蚀。 金属腐蚀的本质是自身由元素状态回归自然状态的过程。这个过程的发生是自然、必然的。无论我们如何限制、防止它，金属发生腐蚀的过程都不可抗拒。目前我们已经掌握的方法和防止金属腐蚀的技术，主要目的就是延长金属的使用寿命，使其在保持性能的 前提下，继续为人类社会服务。 金属腐蚀的分类： 按金属腐蚀破坏形式，金属腐蚀可分为： 1、全面腐蚀：金属表面发生均匀或不均匀腐蚀。如暴露在大气中的裸管，表面会产生均匀的铁锈。 2、局部腐蚀：腐蚀在金属的某一区域发生，其它 部位几乎不发生或只发生轻微腐蚀。这类腐蚀集中表 现为金属的点蚀、溃疡腐蚀、应力腐蚀、选择性腐蚀 晶间腐蚀、腐蚀开裂、氢鼓泡等。 3、浓差腐蚀：金属冶炼过程中掺杂的元素不同，改 变了同一元素的含量，同一元素含量较高的金属，要 向同一元素含量较低的金属扩散。造成同一元素含量 较高的金属发生腐蚀。这也是为什么在钢铁焊接时， 高强度钢同低强度钢连接，必须采用与低强度钢相匹 配的焊条的原因。因为焊缝是最容易发生腐蚀的部位。 要保证焊缝的抗腐蚀强度，必须满足低强度钢焊缝的 抗腐蚀要求。让高强度钢发生浓差腐蚀，防止两种钢 焊接焊缝发生腐蚀。 二、按金属的腐蚀机理分类，金属腐蚀可分为： 1、化学腐蚀：金属与环境介质直接发生化学 反应而使金属性能降低、本质变坏的过程被称 为化学腐蚀。如金属在铸造、轧制、热处理过 程中发生高温氧化造成金属腐蚀。化学反应造 成金属腐蚀的特点是：金属腐蚀发生过程中没 有电流产生。 2、电化学腐蚀：金属和环境介质发生电化学 作用而引起的金属腐蚀，称为电化学腐蚀。电 化学腐蚀的特点是：金属腐蚀发生过程有电流 产生。 3、电化学和机械作用共同产生的腐蚀：如结 构腐蚀、冲击腐蚀、磨损腐蚀等。 4、电化学和环境因素共同作用产生的腐蚀： 如土壤腐蚀、杂散电流腐蚀、细菌腐蚀等。 管道腐蚀程度的判定指标 金属电化学腐蚀的基本概念 （一）电极电位 1、金属的电极电位 （双电层） 将一块金属放入电解质溶液中，由于金属的化 学活泼性，自身具有失去电子并将自身的正离子 溶于溶液中的趋势。金属的化学活泼性越强，这 种趋势就越大。由于金属正离子在脱离自身，溶 于电解质溶液时，要克服电解质溶液在金属表面 形成的压力，所以将其克服电解质溶液压力的能 力称为该金属正离子的溶解压。 与之相反的情况是，溶液中的金属正离子具有克服电 解质溶液在金属表面形成的压力的能力，克服电解质 溶液在金属表面形成的压力沉积到金属表面。这种能 力被称之为金属正离子的渗透压。溶液中金属正离子 的浓度越高，这种趋势越强。 如果金属正离子的溶解压大于渗透压，则金属正离 子在进入电解质溶液后，会在该金属表面形成一个电 子沉积层。同时，金属正离子进入电解质溶液将受到 沉积到金属表面电子的吸引。具有较高能量的正离子 仍然会克服电子的吸引不断进入电解质溶液中，从而 提高了正离子在电解质溶液中的浓度。溶液中的正离 子将加速沉积到金属表面。直至达到平衡。 此时金属正离子并不是均匀分布在整个 电解液中，而是在金属同电解质溶液接触 的液面上形成一个像电容器一样的双电层。 如下图所示： 这个双电层排列在金属/电解质溶液的两侧，好像 一个平板电容器。由于双电层之间的距离很小，因此 两极之间具有很高的场强。 金属在电解质溶液中形成的双电层具有以下两个特点： ① 双电层位于金属和电解质溶液界面的两侧。 ② 当金属有多余电子或电子不足时，在一定条件 下电子可以通过导线从金属出来或到金属中去。 在《物理化学》中，有一册专门研究电化学，研究 的内容就是化学反应的动力。双电层理论，就是这门 课的基础。 金属电极电位： 所谓电极就是浸在某一电解质溶液中并在界面上进 行电化学反应的导体。 金属/电解质溶液界面上由于双电层的建立所产生的 电位差，称为该金属的电极电位。 金属电极电位的大小，是由双电层的电荷密度决定的。 双电层的电荷密度越大，则（图一）中的金属电位就 越负。（图二）中的金属电位就越正。 电极电位是衡量金属溶液变成金属离子转入溶液的趋 势，负电性越强的金属，它的离子转入溶液的趋势越 大。 金属电极电位有平衡电