化学腐蚀范文

化学腐蚀范文（精选10篇）

化学腐蚀 第1篇

1 化学制水酸碱系统设备腐蚀现状

大唐洛阳热电有限责任公司, 化学制水酸碱系统设备:酸储存罐10个, 碱储存罐4个, 酸碱计量箱共6个。阴、阳离子交换器、混合离子交换器、软化器、高效过滤器等共41台。自系统投运至2013年底, 腐蚀已经相当严重, 设备表面生锈, 漆皮脱落, 甚至部分管壁变薄发生酸碱泄漏事故, 跑冒滴漏的现象时有发生。酸碱泄漏既污染环境, 又存在安全生产隐患和人身伤害风险。而设备使用寿命的减少, 必然造成修理费用的增加和人力资源的浪费, 与能源节约、环境保护的方针政策大相径庭, 所以对酸碱系统腐蚀的设备进行修复, 降低安全风险, 节约生产成本, 延长设备使用寿命势在必行。

2 设备腐蚀的原因分析

电厂设备绝大多数是由金属制造的。而金属表面与其周围介质发生化学或电化学作用而遭到破坏的现象称为腐蚀。例如铁器生锈和铜器长铜绿就是铁和铜的腐蚀现象。而在电厂制水系统中最有代表性的腐蚀介质就是酸和碱。这些酸和碱的腐蚀性要比自然环境下的其他物质要强的多。

金属的腐蚀, 按其本质不同可分为两类, 化学腐蚀和电化学腐蚀。

(1) 化学腐蚀是金属和周围的环境介质直接发生化学作用而产生的损坏, 在腐蚀过程中没有电流产生。例如金属在高温的空气中或氯气中的腐蚀, 非电解质对金属的腐蚀等。引起金属化学腐蚀的介质不能导电。

(2) 电化学腐蚀是金属在电解质溶液中发生电化学作用而引起的损坏, 在腐蚀过程中有电流产生。金属在潮湿的地方就容易发生电化学腐蚀。在潮湿的环境中, 金属表面会形成一层薄薄的水膜, 如果增加酸或碱类物质, 使水呈较强酸性时, 氢离子得电子析出氢气, 发生析氢腐蚀, 将会极大的加快腐蚀速率。正如夏季时, 制水系统设备因温度差异, 设备极易“出汗”, 看上去就跟“洗澡”一样。如果这层水膜呈弱酸性或中性, 能溶解更多的氧气, 此时氧分子得电子而析出氢氧根离子, 发生吸氧腐蚀, 同样极大降低了设备的使用寿命, 这是金属腐蚀的另一主要原因。

电化学腐蚀是金属腐蚀中最普遍、最重要的一种类型。那么影响电化学腐蚀的因素主要有PH值、温度、溶解氧量、水中盐类的含量和成分等。

PH值是对金属腐蚀影响很大的一个因素。在含有氧的酸性水中, PH值越低, 腐蚀速率越大。当生产所用设备制成投入使用时, 其材质就已经确定, 而设备所处的环境就成为影响该设备金属腐蚀的主要因素。我公司制水系统, 阴阳离子交换器再生时排放的废液是腐蚀性极强的酸、碱, 后经排污沟流至中和池。因排污沟是敞开式的, 无法封闭废液挥发的酸雾, 使设备直接与酸雾接触, 对设备造成了电化学腐蚀。

在酸碱储存罐中, 由于酸碱罐中的衬胶防腐层出现破损, 导致酸碱直接与金属接触, 腐蚀的速率最快, 影响最大。以往出现过酸储存罐腐蚀, 大量盐酸泄漏, 极大的造成了环境污染和资源的浪费。

3 设备腐蚀的防护措施

防止金属设备腐蚀的方法有很多, 主要有更换金属设备的材质, 采用耐腐蚀的原材料。一般情况下更换材质只能局部采用, 不能大范围的进行更换, 那样成本太高。那就从周围介质的外在因素考虑。比如把要保护的设备与腐蚀介质隔离开, 或对金属表面刷防锈漆等方法来处理, 再者改善金属设备所处的环境, 减少引起化学腐蚀和电化学腐蚀的因素。考虑到洛热公司的制水设备腐蚀的主要因素有温度、湿度、阴、阳离子交换器、混合离子交换器树脂再生排污时挥发到空气中的酸雾。针对这些影响因素可以采取如下措施:

3.1 在金属设备表面涂刷防锈漆

大多数金属设备出厂前都要进行刷防锈漆处理, 以减少金属腐蚀, 延长设备使用寿命。大唐洛阳热电有限责任公司于2013年进行招标, 对设备进行了除锈刷漆处理。具体工艺如下:

首先进行表面除锈打磨处理, 表面处理是防腐工作的第一道关口, 它的好坏直接影响施工质量。表面处理工作主要有:去除旧漆皮、清洁油污及杂物, 使金属表面具有合适的粗糙度, 粗糙度应在20~50/um范围。

因为除锈是在不影响生产的情况下进行的, 所以除锈时, 易采用人工除锈和电动砂轮打磨两者相结合的方法。用钢丝刷清理焊缝, 将板及其它死角部位的内锈除净。然后对设备表面进行清洁处理, 要求没有油脂﹑污垢, 没有附着不牢的氧化皮﹑铁锈和油漆涂层等附着物。为了使金属表面具有合适的粗糙度, 等设备表面处理工作结束后, 可用砂布在金属表面进行打磨, 再用棉布清洗。

设备表面除锈工作结束后, 即可涂刷环氧聚氨酯铁红防锈漆一遍, 防止设备受潮生锈。设备除锈处理和涂刷第一层底漆可分开逐段进行。不用等表面除锈工作全部结束后, 再进行涂刷底漆工作。到底漆一遍完全干燥后, 涂刷环氧聚氨酯防腐色漆二遍。中漆二遍完全干燥后, 涂刷聚氨酯清漆一遍。

设备涂层表面应平整, 颜色一致, 无针孔、气泡、流挂、起皱﹑漏刷、渗色和破损等缺陷, 厚度符合技术要求。所有涂刷设备及管道表面颜色要和原来颜色相一致并要有明显的介质流向箭头及设备名称标识。

3.2 改善设备的周围环境

(1) 隔绝酸性气体。因双室阴阳床、混床进行再生时, 经常有酸雾挥发到空气中, 这是设备腐蚀加剧的一个重要因素。减少甚至去除空气中挥发的酸性气体是一种有效的防护措施。具体措施是将制水间的排污地沟上部进行封闭。原来采用的是格栅盖板覆盖在地沟上, 现采用全封闭盖板将地沟覆盖, 只留有排污口, 杜绝酸雾挥发到空气中, 改善设备所处的环境。

(2) 提高来水温度。夏季的时候, 设备“出汗”严重。所谓“出汗”, 是夏季的时候, 金属设备的温度相对于外界气温来说比较低, 空气中的水蒸气遇冷, 就会在金属表面液化, 形成小液滴。而潮湿的环境会加速金属设备的腐蚀。夏季时将制水系统的来水进行加热预处理, 使金属设备的温度保持在25~30度之间, 在夏季设备就减少了“出汗”现象的发生, 降低了空气中的湿度, 进而降低了设备的腐蚀速率。

(3) 加强通风, 降低空气湿度。夏季的时候, 在制水间上部增加通风系统, 加装排风扇, 加强通风, 提高空气的流通速率, 降低空气中的湿度, 保持室内环境干燥, 有助于降低设备的腐蚀速率。

4 效果检验

通过采取涂刷保护层、隔绝酸性气体、提高来水温度、加强通风等一系列防护措施, 极大的降低了设备的腐蚀速率, 设备的跑冒滴漏现象也大量减少。既降低了设备安全风险隐患, 减少了对人力和财力的消耗, 又提高了设备使用年限, 符合国家节能降耗, 保护环境的方针政策, 能够带来的经济效益是长期的。

摘要：本文针对大唐洛阳热电有限责任公司的化学制水系统设备腐蚀的原因分析, 详细阐述对不同腐蚀原因有针对性的采取涂刷保护层、隔绝酸性气体、提高来水温度、加强通风降低空气湿度等方法, 降低设备的腐蚀速率, 延长设备使用寿命。

关键词：设备腐蚀,原因分析,防护措施

参考文献

[1]肖作善, 王蒙聚.热力发电厂水处理, 第三版[M].武汉水利电力大学.

电化学腐蚀与防护（推荐） 第2篇

姓名：吴三（09化学）

学号：0909401069

金属腐蚀现象在日常生活中是司空见惯的，在腐蚀时,在金属的界面上发生了化学或电化学多相反应,使金属转入氧化(离子)状态.这会显著降低金属材料的强度、塑性、韧性等力学性能,破坏金属构件的几何形状,增加零件间的磨损,恶化电学和光学等物理性能,缩短设备的使用寿命,甚至造成火灾、爆炸等灾难性事故.美国1975年因金属腐蚀造成的经济损失为700亿美元,占当年国民经济生产总值的4.2％.据统计,每年由于金属腐蚀造成的钢铁损失约占当年钢产量的10~20%.金属腐蚀事故引起的停产、停电等间接损失就更无法计算.所以金属的防腐蚀意义重大。

1.金属腐蚀的分类

金属表面由于外界介质的化学或电化学作用而造成的变质及损坏的现象或过程称为腐蚀。介质中被还原物质的粒子在与金属表面碰撞时取得金属原子的价电子而被还原，与失去价电子的被氧化的金属“就地”形成腐蚀产物覆盖在金属表面上，这样一种腐蚀过程称为化学腐蚀；不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。钢铁在潮湿的空气中所发生的腐蚀是电化学腐蚀最突出的例子。在金属腐蚀中最为严重的就是电化学腐蚀。

金属电化学腐蚀一般分为两种：（1）析氢腐蚀；（2）吸氧腐蚀。

(1)析氢腐蚀(钢铁表面吸附水膜酸性较强时)

负极(Fe)：Fe－2eˉ=Fe2+

Fe2++2H2O= Fe(OH)2+2H+ 正极(杂质)：2H++2eˉ=H2 电池反应：Fe+2H2O=Fe(OH)2+H2↑ 由于有氢气放出，所以称之为析氢腐蚀。

(2)吸氧腐蚀(钢铁表面吸附水膜酸性较弱时)负极(Fe)：Fe－2eˉ=Fe2+ 正极：O2+2H2O+4eˉ=4OHˉ 总反应：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2 由于吸收氧气，所以也叫吸氧腐蚀。

析氢腐蚀与吸氧腐蚀生成的Fe(OH)2被氧所氧化，生成的4Fe(OH)3脱水生成Fe2O3铁锈。

反应式：4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3 钢铁制品在大气中的腐蚀主要是吸氧腐蚀。

Fe+2H2O=Fe(OH)2+H2↑ O2+2H2O+4eˉ→4OHˉ

2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2 2H++2eˉ→H2

析氢腐蚀主要发生在强酸性环境中，而吸氧腐蚀发生在弱酸性或中性环境中。

2.金属腐蚀的防护

从腐蚀角度保护金属材料最简单易行的方法是将材料与腐蚀环境隔离。例如有机涂料、无机物的搪瓷等涂覆金属表面以使材料与环境隔绝。当这些保护层完整时是能起到保护作用的。这里主要介绍已经广为人们采用的电化学防腐蚀的方法。（1）.金属镀层

在钢铁底层上常用电镀一薄层更耐腐蚀的金属（如Cr、Ni、Pb等）的方法来保护钢铁制品。如果用金属Zn、Cd等作镀层，构成腐蚀电池的极性则与上述相反，镀层微孔内裸露的钢为阴极，Zn或Cd的镀层为阳极，通过牺牲阳极，使钢得到阴极保护。镀Sn的Fe（马口铁）广泛用于食品罐头，虽然Sn的标准电极电位高于Fe，但在食品有机酸中却低于Fe,也可起牺牲阳极的作用。镀层如为贵金属（Au、Ag等）、易钝化金属（Cr、Ti）以及Ni、Pb等时，由于它们的电极电位比Fe高，如果出现破损，在电极反应中这些金属将成为阴极，会加速底层铁的腐蚀，因此这类镀层不适于强腐蚀环境（如酸），但可用于大气、水等环境。除了电镀外，还常用热浸镀（熔融浸镀）、火焰喷镀、蒸气镀和整体金属薄板包镀等方法。（2）.阳极保护

一些可以钝化的金属，当从外部通入电流，电位随电流上升，达到致钝电位后，腐蚀电流急速下降，后随电位上升，腐蚀电流不变，直到过钝区为止。利用这个原理，以要保护的设备为阳极导入电流，使电位保持在钝化区的中段，腐蚀率可保持很低值。在保持钝性的电位区间，决定金属的阳极溶解电流密度大小的是钝化膜的溶解速度，所以，金属的钝态不是热力学稳定状态，而是一种远离平衡的耗散结构状态。阳极保护法需要一台恒电位仪以控制设备的电位（以免波动时进入活化区或过钝化区）。由于只适用于可钝化金属，所以这种方法的应用受到限制。阳极保护法在工业上用于生产、处理H2SO4、H3PO4、NH4HCO3溶液、NH4NO3复合肥等的不锈钢或碳钢制容器和设备等。（3）.阴极保护

金属电化学腐蚀过程中，微型电池的阴极是接受电子产生还原反应的电极，阳极是失去电子发生氧化反应的电极，只有阳极才发生腐蚀。阴极保护法就是将需要保护的金属作为腐蚀电池的阴极（原电池的正极）或作为电解池的阴极而不受腐蚀。前一种称为牺牲阳极法，后一种称为外加电流法。牺牲阳极法，就是电极电位较负（较活泼）的金属或其合金连接在被保护的设备上，例如钢铁设备连接一块Zn、Mg或Al合金，使它们在形成的原电池中作为阳极而被腐蚀，而使金属设备作为阴极受到保护，这种被牺牲的阳极须定时更换。外加电流法，是在体系中连接一块导流电极（石墨、铂或镀钌、钛、高硅铁、废钢等）作为阳极，当外部导入的阴极电流，使局部阴极电流与局部阳极电流相等、方向相反而相互抵消时，金属腐蚀停止，达到保护设备的目的。阴极保护广泛用于土壤和海水中的金属结构、装置等，如管道、电缆、海船、港湾码头设施、钻井平台、水库闸门、油气井等。为了减少电流输入，延长使用寿命，阴极保护法一般和金属表面涂料法联合应用，是一种经济简便、行之有效的金属防腐方法。（4）.加入缓蚀剂

在可能引起金属腐蚀的介质中加入少量缓蚀剂就能大大减缓金属腐蚀过程。缓蚀剂可分为无机缓蚀剂、有机缓蚀剂和气相缓蚀剂三类。

有些无机缓蚀剂使阳极过程变慢，称为阳极型缓蚀剂，如促进阳极钝化的氧化剂（铬酸盐、亚硝酸盐、Fe3+）或阳极成膜剂（碱、磷酸盐、硅酸盐、苯甲酸盐）；另一类无机缓蚀剂是促进阴极极化，称为阴极缓蚀剂，如Ca2+、Zn2+、Mg2+、Cu2+、Cd2+、Mn2+、Ni2+等，能与在阴极反应中产生的OH-形成不溶性的氢氧化物，以厚膜形态覆盖在阴极表面，因而阻滞氧扩散到阴极，增大浓差极化。也有同时阻滞阳极过程和阴极过程的混合型缓蚀剂。有些溶液中的杂质，如S、Se、As、Sb、Bi等化合物，能阻抑阴极放氢过程，使阴极极化增大，减缓腐蚀。缓蚀剂的用量一般要先通过试验才能确定。

有机缓蚀剂属于吸附型缓蚀剂，它们吸附在金属表面形成几个分子厚的不可见膜，一般同时阻滞阳极和阴极反应，但阻滞效果并不相同。常用品种有含N、含S、含O、含P的有机化合物，如胺类、杂环化合物、长链脂肪酸化合物、硫腺类、醛类、有机磷类等。缓释剂的吸附类型有静电吸附、化学吸附。静电吸附剂有苯胺及其取代物，吡啶、丁胺、苯甲酸及其取代物如苯磺酸等；化学吸附剂有氮和硫杂环化合物；有些化合物同时具有静电和化学吸附作用。此外，有些螯合剂能在金属表面生成一薄层金属有机化合物。近年来，有机缓蚀剂发展很快，应用广泛，使用这些缓蚀剂也会产生缺点，如可能污染产品，可能对生产流程产生不利影响等。

气相缓蚀剂多是挥发性强的物质，也属于吸附型缓蚀剂。它的蒸气被大气中水分解出有效的缓蚀基团，吸附在金属表面使腐蚀减缓，一般用于金属零部件的保护、贮藏和运输。它必须用于密封包装内，海洋油轮内舱也可用它来保护。常见的有效气相缓蚀剂有脂环胺和芳香胺；聚甲烯胺；亚硝酸盐与硫脲混合物；乌洛托品和乙醇胺；硝基苯和硝基萘等。总结：对于金属的防护还有很多其他新型措施，但以上几种是目前源与能源紧缺的时代，解决好金属腐蚀问题将会创造出无以估计的价值。

参考资料

[1] 《应用电化学》 杨辉 卢文庆 编著 科学出版社 [2] 《物理化学》 傅献彩主编 高等教育出版社 [3] 《电化学基础》[4] 《腐蚀电化学》

杨文治

金属的电化学腐蚀及防护的教学体会 第3篇

【关键词】电化学腐蚀  原电池  金属锈蚀

【中图分类号】G633.8                           【文献标识码】A      【文章编号】2095-3089（2015）05-0204-01

金属的电化学腐蚀及防护在高中化学的必修4第四章第四节，在世界范围内“金属的电化学腐蚀及防护”依然是科学家们共同的难题，每年经电化学腐蚀的金属，如钢铁轮船、暴露在室外的金属建筑物等，遭到的破坏程度远远超过了其他自然灾害带来的损失，因此“金属的电化学腐蚀及防护”问题是不容忽视的，而高考的考试热点也频频出现在此。该节内容是将前面所学的零散知识点总和整理而成，是对原电池知识的实际应用。本节教学设计了学生课前预习、课堂教学、课内实验、课后练习四个环节，让学生们在掌握知识的同时通过自主学习来培养学习能力。

一、 课前预习，主动学习搜集资料

在本节课程开始之前，老师布置了预习任务，学生应该任务的提示下完成搜集资料的工作，自主学习并在课前认识到金属腐蚀的危害性，并将本节教学内容有一个大概的理解。通过预习，对有疑问的地方或者不能理解的难点问题做上标记，在课堂上着重关注理解学习这部分。在本节课程的所有环节中，课前预习环节非常重要，提前的预习使学习更有针对性，可提高听课效率。最重要的是这一环节是由学生自主完成的，在老师的有效监督下，提高了学生学习的积极性，知识点掌握起来事半功倍。同时，在自主预习时，学生可发挥计算机多媒体设备辅助教学功能，通过图像和视频的直观效果来提高教学的效率，降低学习难度。

二、 课堂教学，透彻理解金属锈蚀的原理

首先用合适的方法引导学生去思考“铁怎么就会被腐蚀？被什么腐蚀掉的？腐蚀的条件是什么？”，进而提出本节教学内容。教学的过程可以用金属腐蚀的分类这个知识点来举例子，课程中基础的概念需进行简单理解性的讲解：金属腐蚀的实质为失去电子被氧化M–ne=Mn+（即发生氧化反应）、金属腐蚀类别为化学腐蚀与电化学腐蚀。而教学的重点内容是引导学生自己去对两种金属腐蚀不同之处进行比较：电化腐蚀条件为不纯金属或合金与电解质溶液接触产生有微弱的电流出现的腐蚀，本质为较活泼的金属被氧化的过程;而化学腐蚀为金属与非电解质直接接触产生的无电流产的腐蚀，本质为金属被氧化的过程。两者相比电化学腐蚀的速度快的多。在了解区别之后更要了解电化腐蚀与化学腐蚀之间的关系：化学腐蚀与电化腐蚀往往同时发生，但电化腐蚀速度更快，破坏更严重，存在更普遍。从而使学生在课堂教学环节中提高效率，积极主动地学到更多。

三、课内实验，更加深刻理解金属锈蚀的条件

本课实验题目为“铁粉在不同条件下的腐蚀”。在本环节中，同学们将自己动手分组进行实验，得到的实验结果汇总给老师，通过交流和计算得出铁粉锈蚀的条件。通过此次试验来总结出金属腐蚀的概念，金属腐蚀的本质以及金属腐蚀条件。针对金属的化学腐蚀与电化学腐蚀的不同之处利用列表来进行比较，在了解了金属腐蚀的原因之后，引导学生思考金属腐蚀的防护措施，发现学生对基础概念问题理解有不当的地方，及时进行讲解。最后老师因势利导对本次实验进行总结，归纳出比不同金属防护措施的原理与联系。

四、课后练习，使同学们更好地巩固知识把握考试动向

课后练习是将当堂课程所学的知识巩固复习的机会，加深理解，使更好更熟练的运用知识，在本环节中，老师要对所学内容布置夯实基础题、拓展延伸题、探究思考题。夯实基础知识题，顾名思义是对基础知识点及概念进行复习强化的。拓展延伸题为高考真题，主要目的是让学生感受高考真题的感觉，意识到高考的考点在哪里，高考是如何命题，让学生局部感知高考，了解高考动态，帮助其应对以后的高考。而探究思考题是针对一部分程度较好的学生，他们对基础知识概念和高考真题都能有很好地把握，在探究思考题中，通过查阅资料和思考，掌握更多新的知识。

综上所述，本次课程采用了创新的课堂教法，改变了学生的学习方式，学生的自主学习是教学的核心，课堂气氛活跃，分小组讨论积极。学生自主资料搜集，课前认识金属锈蚀的危害;课堂教学，理解透彻金属锈蚀的原理;课内实验，金属锈蚀的条件更加深刻印在脑海;课后练习，使同学们更好把握考试动向。通过学生课前预习、课堂教学、课内实验、课后练习等环节，达到变被动学习方式为主动的目的。学生在自主学习中，更快乐更轻松更高效的完成了学习任务，证明了创新的课堂教法存在着很大的优势。

参考文献：

[1] 李金贵，郑家. 表面工程技术与缓蚀剂[M]. 中国石化出版社， 2007.

[2] 程旭俊，黄惠金，蔡亚汉. 金属腐蚀与保护基本教程[M]. 机械工业出版社，1986.

磁场对电化学腐蚀行为的影响 第4篇

磁场对运动离子有一定的影响作用,对存在液相传质过程的电化学反应也有影响。磁场对电沉积过程的影响也引起了人们的重视,从采用经典的流体动力学( MHD) 理论出发,模拟和分析了磁场在传质对流过程中对扩散对流层的厚度和传质速率的影响,到探索磁场在电镀工业上的应用,人类已将磁场作为一种新的防腐蚀手段试图运用于金属材料。电化学腐蚀是一个复杂的动力学和热力学过程,磁场对电化学腐蚀的影响更是一个综合的过程,过去对其进行了一定程度的研究,并已取得了相关成果,以下对此进行综述。

1 磁场对离子的作用原理

磁场对离子液体流的作用主要通过洛仑兹力和磁场梯度力来实现的。类似于真空中带电微粒通过磁场一样,溶液中离子通过磁场也会受到洛仑兹力的作用。没有电场的情况下,洛仑兹力可表示为FL= q( v × B) ,而在电解液系统中,参与电化学反应的离子,不论是参与氧化还原反应的分子还是内部电子都处于流动状态,此时磁流体驱动力最好用密度力FMHD来表示［1］,其计算公式如下:

式中FMHD———密度力

J———单位面积单位时间流过的离子电量

B———磁感应强度

显然磁场与带电粒子流的方向对于FMHD起决定性的作用,当两者相互垂直时,FMHD对液相对流传质的作用达到最大。

易磁化材料处于磁场中,被磁化后也能产生磁场,磁化效应使电极表面产生一个很强的非均匀磁场,其强度往往都远远超过外加磁场,从而在电极周围存在磁感应强度梯度。顺磁性离子在磁场梯度力FB的作用下向电极表面集中。其计算式如下［2］:

式中FB———磁场梯度力

▽———磁感应强度梯度

χ———体积磁化率

μ———磁导率

B———磁感应强度

磁场梯度力使顺磁性离子向高磁感应强度区域移动,抗磁性离子向低磁感应强度区域移动［3］。

2 磁场对腐蚀速率的影响

在不同磁感应强度下、硫酸酸化的K2Cr2O7溶液中,铜腐蚀速率随磁感应强度增大而增大［4］。铝在0. 1% ~ 10. 0% Na Cl溶液中腐蚀程度随磁感应强度增大而减小,而表层氧化膜量则随之增大［5］。不同磁感应强度下,中碳钢电极在Fe Cl3溶液中的腐蚀速率随着磁感应强度的增大先降低后升高,甚至会超过无磁场时的腐蚀速率［6］。利用不同磁铁产生不同强度磁场发现,磁感应强度与A3 钢腐蚀速率并非正相关［7］。以上现象说明不同的磁感应强度对腐蚀速率的作用在原理上可能是不同的。

3 磁场对电极表面腐蚀形貌的影响

在硫酸溶液中,当匀强磁场( 0. 4 T) 与电极表面平行时,铁电极表面出现非均匀腐蚀,在电极表面有3 个区域: Ⅱ区在电极中心,Ⅰ区以Ⅱ区为轴在磁感应强度方向左右对称,Ⅲ区以Ⅱ区为轴在重力方向上下对称。其中,Ⅰ区腐蚀最严重,随着恒电位极化电位的提高,腐蚀程度加深［8］。由此可见,磁感应强度大小与电极表面的分布存在某种关系,当磁场平行电极表面时,沿着磁感线方向,电极边缘两侧磁感应强度最大,向电极中心逐渐降低,在电极边缘磁感应强度梯度变化非常大,而在电极中心磁感应强度梯度变化不大,但在中心附近的磁感应强度比外加磁场大得多,约为其3 倍; 当磁场垂直电极表面时,磁感应强度在电极整个边缘分布,且边缘强度最大,电极边缘附近的磁感应强度梯度巨大,而最中心则略高于外加磁感应强度［9］。

不同的磁感应强度对电极表面腐蚀形貌的影响不同。当磁感应强度增大,腐蚀最严重的I区面积增大,但是在电极最边缘,腐蚀则受到抑制［10］。磁场梯度最大的区域,F▽B大于FMHD,从而对电极电化学腐蚀过程的影响占主导作用,顺磁的Fe2 +在磁场梯度力的作用下向此区域汇集,导致Fe2 +浓度升高,腐蚀受到抑制,而磁场梯度较小的区域,电化学过程主要受FMHD作用,导致液相传质速率增大,从而加速腐蚀。

恒电位极化时,电极的表层腐蚀深度和形貌与磁场的持续时间有关［11］,随着时间延长电极中心和边缘的腐蚀变小,表面腐蚀最大深度变小。

弱磁场条件下,磁场在电极表面的非均匀分布与金属材料在介质的非均匀腐蚀形貌有良好的对应关系,利用磁流体力学和磁感应梯度力也能合理地解释这一现象。

4 磁场对传质过程的影响

当电化学反应由液相传质控制时,由于磁场和电极溶解层的相互作用,电化学反应会受到显著影响,主要体现在极限电流密度上,采用激光干涉技术和全息技术可形象显示这些影响［12，13］。磁场对传质过程的影响依赖于磁场与电极表面、重力方向的空间关系。自然对流下磁场平行于电极表面的传质速率明显大于磁场垂直于电极表面的［14］。

当磁感应强度不足以显著影响到扩散对流层的结构时,磁场的影响就可以用MHD( Magnetohydrodynam-ic,磁流体力学) 扰动模型来模拟,此模型由MHD模型通过小幅修改建立［15］。对于特定的情况如竖直放置的电极,弱磁场和中强度磁场不论平行还是垂直与电极表面,液相传质的速率均正比于B1 /4。

当磁场垂直或者平行于竖直电极片时,磁场的影响不能简单地用MHD扰动模型来描述。对中低强度磁场( ≤0. 685 T) ,通过分析铜的沉积可知,磁感应强度从0 增加到0. 685 T,极限电流密度从20. 0 A/m2增加到25. 6 A/m2［16］。当电极不含磁性材料且磁场平行阴极表面,极限电流密度JL与磁感应强度B之间的关系式如下:

式中JL0———不加磁场的极限电流密度

α1,m1———回归系数

对扩散层厚度 δ 的计算如下:

式中 δ0———无磁场时流体界面层的厚度

α2,m2———回归系数

利用旋转圆盘电极研究铜发现磁场产生了磁流体速度梯度 γ,其与极限电流密度JL的关系如下［17］:

式中F———法拉第常数

D———扩散常数

c∞———溶液本体浓度

d———旋转圆盘电极的直径

γ———速度梯度

从文献[18]得到下式:

将式( 6) 代入式( 5) 得到

从式( 7) 可以得出,极限电流密度正比于B1 /3c∞4/3。

利用强制对流分析了磁场对含有顺磁离子的溶液的对流过程的影响,并得出了下式［19］:

式中J1corr———腐蚀电流密度

C0———电活性物质的本体浓度

ks,0———含顺磁离子单位体积的磁化系数

L———扩散层的厚度

μ0———真空磁导率

ρ———密度

v———速度

可见,磁感应强度的增强将导致腐蚀电流密度增大,但二者并非线性关系。

以上公式说明了磁场对对流传质的影响,但局限性也很明显: ( 1) 基于基础电化学、扩散理论和MHD原理的纯数学推导,受到了大量未知变量、试验设备及技术的限制; ( 2) 公式基于MHD原理,磁感应梯度对离子的影响未参与考虑; ( 3) 只有在弱磁场下,式( 1) ~ ( 7)才能定性地说明磁场对传质过程的影响,缺乏试验定量分析。

从实际情况看来,对传质过程产生影响的且可测量的力有3 个: 洛仑兹力、电动力和磁场梯度力只存在于非均匀磁场中,通常在对流过程中起相同的作用。显然,只有当电流密度与磁场方向不平行的时候,才对传质过程产生影响。处于匀强磁场的电极,由于铁的顺磁性,电极表面的磁感应强度也并非均匀,所以其电极反应也将在磁场梯度大的局部区域受到的作用,在磁场梯度小的区域,才成为主导力作用于传质过程。

5 磁场对电极反应的影响

5. 1 磁场对金属电极自腐蚀状态的影响

对铁在盐酸溶液中突然施加或撤去磁场( B =0. 4 T,平行电极表面) ,其自腐蚀电位会发生改变［20］:突然施外加磁场,自腐蚀电位升高并逐渐趋于稳定,但是具有一定的预驰效应; 突然撤去磁场,自腐蚀电位降低并逐渐稳定。在中性Na Cl溶液中,磁场对自腐蚀电位的影响非常小,但会使腐蚀电流正移; 当H+浓度增大1 倍时,自腐蚀电位增加量反而减小［21］; 当溶液中存在Fe3 +时,由于Fe3 +参与阴极去极化反应,此时磁场对于自腐蚀状态的影响取决于速度控制步骤,对于由电子转移步骤控制的反应,磁场对自腐蚀电位不产生影响,当电极电位较负时,扩散过程也控制阴极去极化反应,外加磁场对溶液起到搅拌作用,加速对流过程,从而导致自腐蚀电位正移。酸溶液中含有重铬酸根时,由于重铬酸根参与阴极去极化反应,磁场加速了重铬酸根的对流,导致铁的自腐蚀电位正移［22］。磁场梯度力对铁电极在硫酸溶液中的自腐蚀电位的影响［23］: 当很小时,其作用可以忽略,促使微对流增大,从而引起H+的还原反应增加,导致自腐蚀电位正移; 磁感应强度梯度很大时,溶液中的离子受到FB的作用,导致顺磁离子向磁感应强度大的地方靠近,而抗磁离子向磁感应强度小的地方移动,从而导致还原反应速率受到抑制,自腐蚀电位负移。强制对流对Zn的稳定电位有影响,随着磁场强度增大,磁场导致的电位漂移增大［24］。不同磁感应强度下电极在含顺磁离子的溶液中的自腐蚀电位变化量与磁感应强度的关系如下［14］:

显然,自腐蚀电位的变化量,与磁感应强度B成正相关,且试验结果与理论计算有很好的对应关系。这只针对了弱磁场,在强磁场下此关系式是否成立有待探究。

5. 2 磁场对阳极极化的影响

Fe在酸溶液中极化时,由于溶液中参与阴极去极化反应的H+浓度较高,H+的浓差极化可忽略不计; 由于H+在溶液中的扩散速度快,Fe的活化溶解过程在Tafel之后的区域将受到液相传质控制,之前的区域受电子转移步骤控制。磁场对于受电子转移步骤控制的电化学反应过程———Fe活化溶解过程Tafel及其之前的极化区域,影响不明显［8，9，11，25，26］; 受液相传质控制的电化学过程中F珗L加速对流过程,导致极限电流密度增大［27］,活化溶解区域变宽,且随着磁感应强度的增大而增大。

随着电极极化电位的升高,在一定极化电位范围内,电极表面出现不稳定的氧化膜,氧化膜形成后电流迅速降低,溶解后电流迅速升高,处于一个氧化膜不断形成和不断溶解的动态过程,在极化曲线上,就会出现一个电流振荡区。外加磁场会增大钝化电流密度,且电流振荡区电流振荡幅度增大,拓宽预钝化区,振荡电流随磁感应强度增加而正移。预钝化电位下恒电位极化,磁场会导致电极向活化区转变,极化曲线上振荡区消失,电流向极限电流密度靠近。

电极电位继续升高,电极处于钝化状态。外加磁场将导致活化电位增大且与磁感应强度增大成正相关,恒电位极化电流显示,磁场会导致处于钝化状态的电极向预钝化或活化区转变,其程度与磁感应强度有关。

磁场对不含有卤化物离子的弱碱［28］电解液中的阳极溶解影响较小,但对电极在含卤化物离子的电解液中的阳极极化有很大影响,磁场增大了极限电流密度、稳定钝化电流密度和钝化-活化转变电流密度。

磁场对Ni在酸溶液中的阳极极化行为的影响类似,唯一不同的是,在活化溶解区,外加磁场导致电流减小,而对钝化区磁场几乎没有影响［29］。对Ni的阳极溶解的影响不同［30］: 活化区,导致电流密度负移,的影响与反应控制步骤有关; 预钝化区和钝化区,都致使电流减小,致使电极向活化态转变。

磁场对由电子转移步骤控制的电化学反应的影响并不明显,其主要作用于液相传质,反应由传质控制时,磁场对电化学反应的影响也随极化曲线体现出来。磁场与电极表面平行时,磁感应梯度小,作用于传质离子,由于离子在溶液中的无规则运动,对溶液一方面起到搅拌作用,另一方面对那些方向与磁场方向趋向垂直的离子则直接受到其作用,从而加快对流传质。最终体现在极限电流密度增大、活化溶解区拓宽、预钝化区出现振荡电流和钝化态向活化态转变等现象; 磁场梯度力的作用则与MHD的作用相反,较高的磁场梯度,会导致在磁感应强度高的地方集中顺磁离子,如Fe2 +,Fe2 +浓度的升高会阻碍金属表面Fe2 +向外扩散,而在此区域,洛仑兹力的相对磁场梯度力起次要作用,从而导致电极在磁场梯度较大的区域钝化,随着电位升高,钝化向中心扩展,从而导致电流密度降低。

5. 3 磁场对阴极过程的影响

在酸溶液中,由于O2在溶液中溶解度很低,去极化反应往往忽略不计,当溶液中不存在参与阴极去极化反应的离子时,电极的阴极去极化反应主要是H+的还原反应［31］。外加磁场会导致阴极电位升高,电流密度增大［27，32］。当酸溶液中含有Fe3 +或Cr2O72－时它们会参与阴极去极化反应,相当于增大了阴极去极化剂的浓度,而随着阴极极化电位的增大,去极化反应由液相传质控制时,磁场作用的则会异常明显,F珗L会加速传质过程,导致阴极极化电流密度增大［22，25，33］。

6 结语

磁场对电化学过程的影响主要通过密度力和磁场梯度力的作用实现的。由于铁的顺磁性,磁场对电极本身的性质产生了一定的影响,铁电极被磁化后,在电极表面的磁感应强度分布不均匀,在不同区域受不同力的作用导致不均匀腐蚀,其腐蚀形貌与磁感应强度的分布有很好的对应关系。磁场对整个电化学过程都有作用,对受电子转移步骤控制的过程作用非常微弱,当液相传质过程成为控制步骤时,密度力通过对溶液的搅拌和对特定方向离子的加速作用,会增大极限电流密度,也会导致电极状态向活化或者预钝化转变。磁场梯度力会导致顺磁离子集中,由此而导致传质困难,电流密度降低,电极向预钝化或钝化转变。磁场对阴极过程的影响主要是通过参与阴极去极化反应离子的传质过程来实现的。

目前,磁场对电化学反应过程的影响研究还有许多问题: 研究成果均局限于静态均匀磁场; 在考虑磁场对电化学反应影响时,没有区分磁场对离子的作用和磁场对溶液性质的改变给电化学过程带来的影响; 着重弱磁场( B≤0. 5 T) ,对于强磁场少有报道,对于变化的磁场,如工频磁场更未见报道。

化学腐蚀 第5篇

一、选择题]

1．能用电解原理说明的问题是()

①电解是把电能转化成化学能②电解是化学能转化成电能 ③电解质溶液导电是化学变化，金属导电是物理变化 ④不能自发进行的氧化还原反应，通过电解的原理可以实现 ⑤任何溶液被电解时，必然导致氧化还原反应的发生

A．①②③④B．②③⑤C．③④D．①③④⑤ 2．用惰性电极实现电解，下列说法正确的是()A．电解稀硫酸溶液，实质上是电解水，故溶液pH不变 B．电解稀氢氧化钠溶液，要消耗OH，故溶液pH减小

C．电解硫酸钠溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶2 D．电解氯化铜溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶

13．如下图所示，x、y分别是直流电源的两极，通电后发现a极极板质量增加，b极极板处有无色无味的气体放出，符合这一情况的是()

－

确的是()

A．溶液pH不断增大，最后为7B．阳极先析出Cl2，后析出O2 C．阴极始终只析出H2D．电解最后阶段为电解水

5．用惰性电极电解下列溶液一段时间后再加入一定量的某种纯净物(方括号内物质)，能使溶液恢复到原来的成分和浓度的是()

A．AgNO3[AgNO3]B．NaOH[NaOH ]C．KCl[KCl]

D．CuSO4[CuO]

6．如图为电解饱和食盐水的简易装置，下列有关说法正确的是()A．电解一段时间后，往蛋壳内溶液中滴加几滴酚酞，呈红色 B．蛋壳表面缠绕的铁丝发生氧化反应

C．铁丝表面生成的气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝D．蛋壳可阻止生成的氯气与氢气、氢氧化钠溶液接触 7.将 NaCl 溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上，一段时间后发现液滴覆盖的圆圈中心区(a)已被腐蚀而变暗，在液滴外沿形成棕色铁锈环(b)，如图所示。导致该现象的主要原因是液滴之下氧气含量比边缘处少。下列说法正确的是()A．液滴中的 Cl由 a区向 b 区迁移

B．液滴边缘是正极区，发生的电极反应为O2＋2H2O＋4e===4OH

C．液滴下的 Fe 因发生还原反应而被腐蚀，生成的 Fe2由 a区向 b 区迁移，与 b

＋

－

－

－

区的OH形成 Fe(OH)2，进一步氧化、脱水形成铁锈

D．若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板，在铜铁接触处滴加 NaCl 溶液，则负极发生的电极反应为Cu－2e===Cu

2－

＋

－

4．常温下，某溶液中含有两种溶质NaCl和H2SO4，它们的物质的量之比为5∶2，用石墨作电极电解该混合溶液时，根据电解产物，可分为三个阶段。下列叙述不正．

8.利用右图装置进行实验，开始时，a、b两处液面相平，密封好，放置一段时间。下列说法不正确的是()

．

A．a管发生吸氧腐蚀，b管发生析氢腐蚀B．一段时间后，a管液面高于b管液面 C．a处溶液的pH增大，b处溶液的pH减小

D．a、b两处具有相同的电极反应式：Fe－2e===Fe

2－

＋

③A管溶液不变色④B管溶液不变色

(2)写出A管中发生反应的反应式：________________________________。(3)写出B管中发生反应的反应式：_____________________________。

9．如图装置(Ⅰ)为一种可充电电池的示意图，其中的离子交换膜只允许K通过。该电池放电时的化学方程式为：2K2S2＋KI3===K2S4＋3KI。装置(Ⅱ)为电解池的示意图。当闭合开关K时，电极X附近溶液先变红。则闭合K时，下列说法正确的是()A．K从右到左通过离子交换膜

B．电极A上发生的反应为：3I－2e===I3 C．电极X上发生的反应为：2Cl－2e===Cl2↑

D．当有0.1 mol K通过离子交换膜时，X电极上产生1.12 L气体(标准状况)

二、非选择题(本题包括5小题，共55分)

10．从H、Cu2、Na、SO24、Cl五种离子中两两恰当地组成电解质，按下列要求

＋

＋

＋

－

－

＋

－

－

－

－

－

＋

＋

(4)检验a管中气体的方法是________________________________________。(5)检验b管中气体的方法是___________________________________________。(6)电解一段时间后，切断电源，将电解液倒入烧杯内观察到的现象是___________________________________________。

12．铁、铝及其化合物在生产和生活中有着广泛的应用。

(1)某研究性学习小组设计了如图所示装置探究钢铁的腐蚀与防护。

进行电解：

(1)以碳棒为电极，使电解质质量减少，水量不变进行电解，则采用的电解质是_____。(2)以碳棒为电极，使电解质质量不变，水量减少进行电解，则采用的电解质是______。(3)以铂为电极，使电解质和水量都减少进行电解，则电解质是________。11．下图是一个用铂丝作电极，电解稀MgSO4溶液的装置，电解液中加有中性红指示剂，此时溶液呈红色。(指示剂的pH变色范围：6.8～8.0，酸色——红色，碱色——黄色)

回答下列问题：

(1)下列关于电解过程中电极附近溶液颜色变化的叙述正确的是________(填编号)。

①A管溶液由红变黄②B管溶液由红变黄

在相同条件下，三组装置中铁电极腐蚀最快的是________(填装置序号)，该装置中正极电极反应式为________________________；为防止金属Fe被腐蚀，可以采用上述________(填装置序号)装置原理进行防护；装置③中总反应的离子方程式为________________________。

(2)新型固体LiFePO4隔膜电池广泛应用于电动汽车。

电池反应为FePO4＋LiLiFePO4，电解质为含Li的导电固体，且充、放电充电时电池内两极间的隔膜只允许Li自由通过而导电。该电池放电时Li向________极移动(填“正”或“负”)，负极反应为Li－e===Li，则正极反应式为______________。

－

＋

＋

＋

放电

＋

(3)广西治理龙江河镉(Cd)污染时，先向河中投入沉淀剂将Cd转化为难溶物，再投入氯化铝，试说明氯化铝的作用_________________________________(用必要的离子方程式和文字进行解释)。

13．已知铅蓄电池的工作原理为Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O，现用充电如图装置进行电解(电解液足量)，测得当铅蓄电池中转移0.4 mol 电子时铁电极的质量减少11.2 g。请回答下列问题。

(1)A是铅蓄电池的________极，铅蓄电池正极反应式为

___________________________________，放电过程中电解液的pH________(填“减小”、“增大”或“不变”)。(2)Ag电极的电极反应式是_________________________，该电极的电极产物共________g。

(3)Cu电极的电极反应式是_____________________________，CuSO4溶液的浓度________(填“减小”、“增大”或“不变”)。

(4)如图表示电解进行过程中某个量(纵坐标x)随时间的变化曲线，则x表示________。

a．各U形管中产生的气体的体积 b．各U形管中阳极质量的减少量 c．各U形管中阴极质量的增加量

14．在下图中，甲烧杯中盛有100 mL 0.50 mol·L AgNO3溶液，乙烧杯中盛有100 mL 0.25 mol·L CuCl2溶液，A、B、C、D均为质量相同的石墨电极，如果电解一段时间后，发现A极比C极重1.9 g，则(1)电源E为________极，F为________极。

(2)A极的电极反应式为__________________________，析出物质________mol。(3)B极的电极反应式为______________________，析出气体_____mL(标准状况)。

－

1－1

2＋2＋

(4)C极的电极反应式为_________________________，析出物质________mol。

(5)D极的电极反应式为_____________________________，放电

析出气体________mL(标准状况)。

(6)甲烧杯中滴入石蕊试液，________附近变红，如果继续电解，在甲烧杯中最终得到________溶液。

1．D 2.D 3.A 4.A5．D 6．D 7．B 8.C 9.D 10．(1)HCl、CuCl2(2)H2SO4、Na2SO4(3)CuSO4、NaCl

11．(1)①④(2)2H＋2e===H2↑(写2H2O＋2e===2OH＋H2↑同样正确)、Mg2＋

＋

－

－

－

＋

2OH===Mg(OH)2↓(3)4OH－4e===2H2O＋O2↑(写2H2O－4e===4H＋O2↑同样正确)(4)用拇指按住试管口，取出试管，靠近火焰，放开拇指，有爆鸣声，试管口有淡蓝色火焰(5)用拇指按住试管口，取出试管，放开拇指，将带有火星的木条伸入试管内会复燃(6)溶液呈红色，白色沉淀溶解(或大部分溶解)

12．(1)① O2＋2H2O＋4e===4OH ②③ 2Cl＋2H2O=====2OH＋Cl2↑＋H2↑

－

－

－

－

－－－－＋

电解

(2)正 FePO4＋Li＋e===LiFePO

4(3)氯化铝溶于水，Al3发生水解：Al3＋3H2OAl(OH)3＋3H，生成Al(OH)3胶

＋

＋

＋

＋－

体，能吸附镉的难溶物而发生聚沉(或沉降、沉淀或沉积下来)，从而消除Cd2污染

＋

13．(1)负 PbO2＋4H＋SO24＋2e===PbSO4＋2H2O 增大(2)2H＋2e===H2↑

＋

－

－

＋

－

0.4(3)Cu－2e===Cu2 不变(4)b

－

＋

14．(1)负 正(2)Ag＋e===Ag 0.025(3)4OH－4e===2H2O＋O2↑ 140(4)Cu2＋2e===Cu 0.012 5(5)2Cl－2e===Cl2↑ 280(6)B HNO3

＋

－

－

－

化学腐蚀 第6篇

1 高位酸槽衬胶层的腐蚀问题

在电厂的再生阳床车间运行中, 若发现空气中有异常的刺激性气味, 且槽内会产生一定的白色浮状物, 则可以初步断定高位酸槽内部发生了腐蚀现象, 应当及时对其进行检修处理, 若有必要, 还要重新更换槽内的橡胶衬里。

1.1 原因分析

为了能够弄清楚为何会出现橡胶衬里腐蚀的现象, 技术人员对白色浮状物进行了化学检验, 发现其是一种带有苯环的卤素取代物, 而正是因为这种有机物的存在, 才使得橡胶发生了乳化溶融性破坏。由于白色油状物不能溶于水中, 因此会漂浮在水面上, 并经过沉淀后吸附在离子交换树脂的表面, 从而对其造成污染和损坏。那么, 为什么在高位酸槽中会出现带有苯环的卤素取代物呢?经过仔细的推断和调查, 最终发现, 是在对水进行处理时所使用的合成盐酸质量不合格, 其中含有一定的副产盐酸或精制盐酸, 这些盐酸都含有一定的氯代烃类杂质。而这些不合格的盐酸从外观上来看, 很难发现其中的问题, 若质量验收人员不注意, 就会混进合成盐酸内, 进入高位酸槽中, 造成橡胶衬里腐蚀现象。

1.2 处理方法

(1) 进一步明确盐酸必须是合成盐酸, 对外观颜色检查项目提出了明确的判定标准, 在国标基础上增加监控检测化学耗氧量 (COD) 。从合成盐酸生产厂家直接进货, 减少流通环节, 对盐酸运输车辆要求专车专用。

(2) 反复冲洗从计量箱至阳床的所有酸管道, 直至无油状物, 将2#低位酸池余酸排入1#低位酸槽, 迅速碱洗置换2#低位酸池, 并进池检查, 对内部进行了紧急清理, 确认内部正常后立即进新盐酸供生产使用, 临时增接2#低位酸池酸泵出口至计量箱进酸母管, 然后检查清理1#低位酸池。

(3) 对阳床逐台进行检查和碱洗复苏, 同时阳床再生前增加一步正洗操作, 以便排掉污染物;每天增加监测2次阳床、阴床、混床、中间水箱、除盐水箱出水COD, 保证除盐水水质正常。

2 低位酸池内壁的腐蚀问题

在电厂的化学水处理中, 若在没有对低位酸池内酸实施向高位酸槽上酸的操作时, 酸池内酸的高度出现了下降趋势, 则就要考虑是否是低位酸池内壁出现了腐蚀现象。一旦低位酸池的钢筋混凝土被腐蚀, 池内的酸就会直接渗入土地中, 造成土地环境污染。

2.1 原因分析

一般来讲, 电厂的低位酸池都会进行防腐处理, 设置一层防腐层, 那么为何还会出酸池内壁现腐蚀现象呢?首先我们要对各个低位酸池的内部进行仔细检查, 用化学试验方法检测池内沉淀物的化学成分, 确定所使用的盐酸是否存在质量问题。其次, 要对低位酸池的内部防腐处理历史记录进行调阅, 察看近期是否出现酸污染事故, 以此来确定是否是含有氯化苯的盐酸所造成的腐蚀损坏。若上述都没有问题, 就要对低位酸池内部结构的材质质量进行检查, 若环氧玻璃钢纤维布本身的质量较差, 防腐效果不好, 就会在内部产生气泡, 而这些气泡处如果有些许盐酸进入, 就会使其不断扩大防腐层和墙壁之间的距离, 从而使更多的浓盐酸渗入其中, 对钢筋混凝土造成腐蚀损坏。

2.2 处理方法

(1) 安排检修人员铲除鼓包的防腐层, 对已腐蚀的钢筋混凝土, 凿除干净, 不得有残留, 被凿除的部位要用细石混凝土捣实、抹平, 并应保持原混凝土的标号。

(2) 表面采用水泥砂浆抹面时, 必须把混凝土基层铲毛、清理干净, 抹时必须压实、严防脱层、空鼓、裂缝等, 防腐施工前混凝土及水泥砂浆表面含水率6%, 否则进行烘干脱水, 加热温度在45~60℃以下保持三昼夜。

(3) 在糊制环氧树脂前, 需对水泥表面进行处理, 方法是用钢丝刷子清理施工表面, 目的是去油、去污及表面拉毛, 然后清除浮尘, 再刷底漆二道, 每次厚度约0.1mm, 自然固化, 每次间隔不得少于24小时, 固化后刮腻子1~2次, 并修补找平。

(4) 按原设计要求, 贴布10层环氧玻璃纤维布, 每贴一层布应充分固化后, 方可进行下一层贴布, 新贴环氧玻璃纤维布与原旧环氧玻璃层搭接应有150mm左右宽度, 完全固化后再涂面漆3道。

(5) 待最后一道工序结束且环氧玻璃纤维布及面漆干燥后, 低位酸池重新投入使用。

3 水处理地沟腐蚀

在对水处理地沟进行全面检查时, 若发现有地沟表面防腐层发生损坏的现象, 一定要给予高度重视, 并积极采取措施进行处理, 以免对交换器的承重安全造成影响。

3.1 原因分析

由于很多电厂的化学水处理地沟都是在建厂时砌筑的, 使用时间较长, 在长期的酸水、碱水等废水的冲刷下, 很多地沟表面的防腐瓷砖都被冲开, 使得这些腐蚀性较强的废水直接对地沟的结构造成侵蚀。再者, 沟壁的防腐层在接缝处若粘贴不够紧密, 存在细小裂缝, 也会使积水对接缝处的瓷砖进行侵蚀, 造成水处理地沟腐蚀的现象。

3.2 处理方法

(1) 处理漏点时停运设备, 对接缝处做防水处理, 同时派专人定时对其检查, 发现有渗漏用干抹布擦干后再刷一层防水胶, 确保施工地沟干燥;

(2) 拆除停运交换器伸入地沟内影响施工的正排、反排和中排管道;

(3) 铲除地沟两侧的环氧玻璃布和砸掉沟底贴的耐酸瓷砖并清理干净;

(4) 将化学水处理地沟开裂的部位凿出一道“V”型槽, 用掺入速凝剂的水泥净浆灌埋;

(5) 在整个地沟底部涂上一层环氧树脂胶泥砂浆并找平, 再按照地沟底面具体尺寸切割花岗岩进行铺设, 铺设过程中在交换器正排、反排和中排等部位贴大小合适的整块花岗岩;

(6) 地沟两侧采用环氧树脂胶泥砂浆铺设花岗岩, 铺设结束后对所有花岗岩缝隙进行环氧树脂胶泥勾缝处理。

4除碳器本体及风道腐蚀

4.1 原因分析

电厂设备管理人员在对除碳器本体及风道进行日常巡检时, 若发现在两者的连接处出现漏水现象时, 要及时进行进行上报, 并停止除碳器的运行, 进行深层次的检测。一般出现这种情况都是因为除碳器内衬胶层发生了破损, 从而使酸水渗入, 并逐渐腐蚀穿除碳器的钢结构, 引起漏水现象。而内衬胶层之所以会破损, 一般是因为其使用寿命达到期限, 或者是胶层出现了裂缝。

4.2 处理方法

(1) 对除碳器本体内部腐蚀处及向四周延伸10mm进行人工打磨处理, 铲除旧胶层, 露出金属本体, 处理后粗糙度不小于75um, 对于处理后的所有表面进行清理, 彻底除去表面浮灰。

(2) 按重量混合比5:1 (基料:固化剂) 调制高分子修补剂EB101, 充分混合后, 使用专用工具对基体受损凹坑进行填充抹平, 确保材料和基体完全粘合, EB101初步固化后, 按重量混合比5:1 (基料:固化剂) 调制高分子修补剂EB402, 充分混合后, 用毛刷对已修复表面涂刷防腐涂层, 触手干后, 涂刷第二层防腐涂层。

(3) 用切割机将风道与除碳器本体连接的附件整齐切除, 按切口尺寸大小制作不锈钢风道和风机蜗壳, 焊接好风道与除碳器本体连接的附件后, 对除碳器本体焊接点进行高分子材料修补。

结束语

本文以电厂化学水处理的几个设备设施为例, 来详细探讨了其出现腐蚀问题时的现象、原因和处理方法。这些处理方法经过实践证明, 能够很好的恢复化学水处理设备设施的正常运行的。但是在实际的生产中, 可能发生腐蚀现象的问题并非这几种, 这还所需要我们在生产中加强日常维护和管理, 并针对设备设施的异常情况进行有效处理。

参考文献

[1]李培元.火力发电厂水处理及水质控制[M].北京:中国电力出版社, 2000.

纯铁在流动海水中的电化学腐蚀行为 第7篇

国外在20世纪30年代就开始研究多种合金在海洋中的腐蚀行为,其中关于合金铸铁、低碳钢、不锈钢等材料研究的较多。为适应沿海工业,如石化企业、火电、核电站的建立、海洋石油、矿产的开发及海洋运输等的发展,我国从20世纪70年代开始这方面的研究[1,2,3,4], 但对于纯铁在较低流速的海水中的腐蚀行为、腐蚀产物形貌方面的分析与研究尚不多见。纯铁作为常用钢铁材料的基体材料,其腐蚀行为的研究是这些合金腐蚀行为研究的基础,有着重要的理论意义和研究价值。本工作利用线性极化等电化学手段,结合SEM分析研究了纯铁在天然海水中的腐蚀行为和规律。

1 试 验

1.1 试样及介质

试样为纯铁(化学成分见表1),将试样线切割加工成5 mm×5 mm×5 mm,试样的非测量部分用环氧树脂和有机玻璃封装;试验部分用水砂纸逐级打磨至1 000号,抛光,去离子水洗涤,丙酮去油,冷风干燥后,置于干燥器中备用。

流动介质为大连星海浴场天然海水(北纬38.876°,东经121.562°),不含沙石。水质pH值 7.76,18 754 mg/L Cl-,15 766 mg/L Na+,1 665 mg/L Mg2+,326 mg/L Ca2+,2 504 mg/L SO2-4,溶解氧为7.66 mg/L。

1.2 方法

1.2.1 海水流动模拟

采用自行设计制造的水槽式自循环海水流动装置。通过流量计读数及海水流过水槽的横截面积计算出流速。将试样嵌入水槽底部内壁,并保证其上表面与水槽底在同一平面,这样,其腐蚀速度和表面传质的均匀性都会受到影响,而且不因流体流道结构的突变发生紊流而影响腐蚀结果的重现性,而其流速相差只有2%左右[5,6,7,8]。为保证建立稳定、充分发展的流体流动状态,在流体到达试样前必须有足够长的距离。

1.2.2 电化学测试和形貌观察

用CS300电化学腐蚀系统测定自腐蚀电位,测定纯铁在不同流速下11 h内自腐蚀电位的变化。同时,测定纯铁在静止及不同流速海水中的极化曲线(试样在介质中的电位稳定后开始测量):电位扫描由阴极-150 mV(相对开路电位) 开始,向阳极扫描,直至350 mV(相对开路电位),扫描速度为0.25 mV/s。参比电极为饱和甘汞电极(SCE),辅助电极为铂电极,试样为工作电极。

将测定完极化曲线的试样用SEM(JSM5600-LV)观察腐蚀形貌。

2 结果与讨论

2.1 自腐蚀电位的变化

图1为纯铁在不同流速海水中自腐蚀电位随时间的变化。由图1可见,前期腐蚀电位不稳定,都有一个腐蚀电位快速下降的过程,这是因为前期形成的腐蚀产物较少,基体大部分暴露在海水中,1~2 h后随着腐蚀产物的增多并在基体表面覆盖,起到了一定的保护作用,使腐蚀电位的变化逐渐趋稳。2 h后可明显看出自腐蚀电位发生负移,且流速越大负移越多。

2.2 动电位极化曲线

图2是纯铁在不同流速海水中的极化曲线。由图2可以看出,所有极化曲线都没有出现钝化区,说明纯铁抗海水腐蚀性能不好。在天然海水溶液中,阴极Tafel斜率要比阳极Tafel 斜率大,阳极极化率相对较小,不是腐蚀的控制步骤;而阴极极化曲线仍表现为氧扩散控制特征,是腐蚀过程的控制步骤。

同时可见,随着海水流速的提高,阴极的极限扩散电流密度增大;纯铁在静止海水中的腐蚀电位最高,随着海水流速的增大自腐蚀电位逐渐负移,这也说明随着流速的增大纯铁的耐蚀性变差。

2.3 腐蚀形貌

图3是纯铁在静止海水中极化后的腐蚀形貌。由图3a可见,形成了大小不一的腐蚀突起,较大的突起为腐蚀产物率先生长处,腐蚀突起的分布无明显方向性,突起内部为针状腐蚀产物(见图3b)。

图4是纯铁在不同流速海水中极化后的腐蚀形貌。可见,形成了具有明显方向性的冲刷痕迹,其方向基本与流动方向一致,属于典型的低角度擦伤型形貌[9],这些腐蚀坑是由腐蚀突起脱离基体留下的蚀坑发展而来的。

当流速为0.2 m/s时冲刷腐蚀痕迹较轻,试样表面分布着较浅的蚀坑(见图4a)。

当流速为0.3 m/s时,蚀坑变小且数量增多,深度也加深,呈现类似蝌蚪形状腐蚀坑,蚀坑的尖部为海水流向的方向(见图4b)。选择一个蚀坑放大观察,发现蚀坑的圆端中心腐蚀最深,从圆端中心到尖端腐蚀越来越浅,说明圆端是先被冲刷腐蚀,尖端是后发展而来的(见图4c)。

随着流速的进一步增大,当流速为0.4 m/s时蚀坑变深,低速时形成的彼此分离的蚀坑已连成一片,并且蚀坑中出现了裂缝,这将导致腐蚀的进一步加剧(图4d)。

图5是不同流速下形成的腐蚀坑内部的表面形貌。可见,随着流速的增大,腐蚀产物膜的致密程度降低。图6是不同流速下蚀坑内腐蚀产物膜的截面形貌。可见,随着流速的增大,腐蚀产物与基体的结合性变差,破碎程度增大。

2.4 讨 论

从电化学测试结果的角度看,自腐蚀电位反映了金属在溶液中溶解倾向的大小。随着海水流速的提高,稳定后的自腐蚀电位负移,说明纯铁在流动海水中的耐蚀性降低,且流速越大耐蚀性越差。从极化曲线的测定结果看,阴极的极限扩散电流密度随流速的增大而增大。同一电位下,对应电流密度可以反映出金属的腐蚀速率,腐蚀速率与腐蚀电流密度成正比[10]。因此,从极化曲线极限扩散电流密度随流速增大而增大的角度,同样可以证明随着海水流速的提高,纯铁的耐蚀性降低。这是因为随着海水流速的提高,流动介质中O2传输能力增强,使到达纯铁表面的氧比较充分,阴极还原电流增大,同时Cl- ,OH- 的传输能力加强。

海水中含有的氯盐对纯铁有强的腐蚀性,在静止海水中,纯铁的表面会形成一层腐蚀产物膜,Cl-由于扩散作用和渗透作用,会从腐蚀产物膜较薄的部位侵入并到达铁基体表面,Cl-的局部酸化作用会破坏这些部位的氧化产物膜,这些部位的铁基体暴露出来,与腐蚀产物膜尚完好的区域之间形成电位差,构成腐蚀电池。铁基体作为阳极而受腐蚀,覆盖腐蚀产物的区域作为阴极发生氧的还原反应:

阳极: 2Fe →2Fe2 ++ 4e (1)

阴极: O2+ 2H2O + 4e→ 4OH- (2)

腐蚀电池作用的结果是在纯铁表面产生点蚀。Cl-不构成腐蚀产物,在腐蚀过程中也未被消耗,Cl-和Fe2+生成可溶于水的FeC12,然后向阳极区外扩散,不断地带出更多的Fe2 + ,从而加速阳极过程,对腐蚀过程起催化作用。另外,Cl-的导电作用强化了离子通路,降低了阴、阳极之间的电阻,加速了腐蚀过程。腐蚀产物不断增多,体积不断膨胀,便形成了图3a的腐蚀突起。在腐蚀突起的外壁可清晰地看到大量的裂纹,这些裂纹的不断发展有利于突起从基体脱落。在流动的海水中,形成的腐蚀突起将使海水在纯铁表面产生湍流,流速越大湍流强度越大,从而增大了流体的剪切应力,加速了突起的脱落。突起脱落后留下近似圆形的小坑,小坑逆流一侧将受到海水水平方向更强的切削作用,加快了这部分腐蚀产物的脱落、形成、再脱落的过程,由此不断发展形成了具有明显方向性的腐蚀坑,见图4b~4d。这样流动的海水通过流体力学作用加速了腐蚀产物的脱落,提高了腐蚀的速度。

通过观察不同流速海水下腐蚀坑内腐蚀产物的表面与截面形貌,可知腐蚀坑内腐蚀产物的致密性、与基体的结合性随流速的提高而变差。当材料表面有腐蚀产物生成时,由于产物膜的形成对物质传输起到了部分屏障作用,同时减少了流体对材料表面的机械损伤,所以腐蚀速率与通过腐蚀产物膜的物质传递速率有关。流速越高,腐蚀坑内腐蚀产物膜的致密性、与基体的结合性越差,破碎程度越高,对于腐蚀性组元物质传递过程的阻力越弱。因此,抗腐蚀性越差,腐蚀速度越快。这与电化学测试的结果一致。

海水中由于Cl-浓度高,对于纯铁任何流速下都不能形成钝态,腐蚀的极限速度取决于氧输送的极限扩散速度。随着海水流速的增大,氧输送的速度也随之增大,增强了质量传递效应,与此同时流动的海水也增强了对纯铁的表面切应力,加速了腐蚀产物从基体脱落的过程,加快了纯铁的腐蚀速度。由于腐蚀电化学因素和流体力学因素的协同效应[11,12],致使纯铁在流动海水中的耐腐蚀性降低,且流速越大耐腐蚀性越差。

3 结 论

(1) 纯铁在流动海水中的耐腐蚀性能比在静止海水中差,且在0~0.4 m/s内,流速越高耐腐蚀性越差。

(2)纯铁在天然海水中的流动腐蚀过程仍然由阴极反应中的传质过程控制。

(3)流动海水会使纯铁的腐蚀电位产生负移,而且流速越大,腐蚀电位的负移程度越大。

(4)纯铁在静止海水中腐蚀形成腐蚀突起;在流动海水中形成具有明显方向性的腐蚀坑,在0~0.4 m/s内,流速越大腐蚀坑内腐蚀产物膜致密性越差,与基体的结合性越差。

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化学腐蚀 第8篇

1 金属腐蚀种类及铝合金腐蚀防护技术

1.1 腐蚀种类

金属腐蚀是一个渐进性过程, 可发生在大气、水及各种溶液剂等有机环境中, 不同类型的腐蚀, 其表现特点存在很大差异, 对应采用的防护措施也不同, 如应力腐蚀会有裂纹生成, 应避免材料应力集中;腐蚀疲劳由腐蚀介质引起, 应降低p H值;裂缝腐蚀会形成浓差电池, 应增加p H值。此外, 还有点蚀、氢脆、晶间腐蚀、均匀腐蚀、磨损腐蚀等类型, 均有相对应的防护措施[1]。铝合金在周围介质作用下容易遭受腐蚀, 具体表现为在铝的表面发生化学或电化学多相反应, 并转入氧化状态, 使铝材的塑性、强度、韧性等力学性能遭受破坏, 在对铝合金进行防腐处理时, 有必要对造成铝腐蚀的各种化学物质进行分析, 以提高铝合金的防腐蚀性能。

1.2 腐蚀防护

铝合金腐蚀防护技术分为有铬和无铬两种, 有铬即传统的铝合金传统铬酸盐处理方法, 目前铬盐在铝合金表面处理中仍广泛应用, 具体标准由铬盐转化膜制定, 可形成多孔膜结构, 利于与其他有机高分子喷涂材料相结合, 根据膜层厚度, 可将转化膜分为100~200nm、300nm和500~600nm三种类型, 随着厚度的增加, 其耐腐蚀性能也会随之增强, 常用配置方法为:三价铬酸、重铬酸盐、氟化钠和铁氰化钠[2], 剂量分别为3~4g/L、3~5g/L、1g/L、2~5g/L。将铝合金浸入六价铬水溶液中, 可使其表面形成一层稳定的混合材料, 这种膜层被称为铬转化膜, 耐腐性性能更强, 且具有自我修复特性和导电性能。在对铝合金保护过程中, 六价铬会转变为三价铬, 三价铬本身并不具备较强的耐腐蚀性能, 需通过电化学反应再次转变为六价铬, 三价铬实际上上起到的是一个转换作用。铬元素来源较广, 但是不能够长期存留在空气中, 会随着环境条件的变化, 而发生不同价态的变化, 该种元素进入人体, 会给人体造成很大的影响, 相关转化工艺备受关注, 有铬处理向无铬处理转变已经成为今后发展的重要趋势, 目前无铬转化产品已经出现, 但是在应用方面仅局限在某些领域, 还难以全面替代六价铬。

无铬技术包括阳极氧化技术、化学转化技术以及其他一些无铬处理技术, 其中, 阳极氧化技术是目前应用最为全面的铝合金表面处理技术, 通过外加适当的电流密度, 以给定电解质为阳极, 形成防腐蚀氧化物, 覆盖在铝合金表面, 此种氧化物薄膜可使金属表面状态及性能发生改变, 提高其耐磨性和耐腐蚀性。通常铝合金被氧化, 会在其表面形成厚度5~20μm的氧化铝薄膜, 有良好的耐热性能、绝缘性, 且易于着色, 能够满足多种应用需求, 但是利用该技术, 成本较高, 在工艺水平有限的情况下也不宜采用[3]。对于铝的化学转化处理, 一种是将化学处理溶液喷涂在铝表面, 还有一种是直接将其进入化学转化处理溶液中, 这种处理存在一定的局限性, 因形成的自然氧化膜较薄, 难以有效防止铝表面的腐蚀。为进一步消除六价铬的影响, 无铬化的化学转化处理备受关注, 如高锰酸盐处理, 将铝合金放入高锰酸盐溶液中, 便可形成于铬酸盐氧化膜较为接近的防护膜, 现多用于纯铝或含其他成分不高的铝合金中, 因其本身具有强烈的氧化性质, 对环境的要求较高;稀土金属盐氧化法, 以浸渍法处理, 对于这方面技术的研究还停留在实验室阶段, 真正付诸实践还面临很多难题;再有就是锆盐氧化膜、钛盐氧化膜、铬酸盐-磷酸盐工艺以及溶胶凝胶法等, 在此不做列述。

2 铝合金表面腐蚀处理及着色技术分析

很多材料自身具有良好的性能, 但是在颜色方面却存在很多缺陷, 这也是其应用受到限制的主要因素之一, 目前着色技术在铝合金表面处理中的应用较为广泛, 它不仅可以使铝合金变得更为美观, 还可以作为评估防腐蚀转化性能的重要参考依据。正常情况下, 人眼可见色光在380nm~780nm范围内, 物体在折射光时, 会吸收某些特定的频率, 人眼所见只是白光的一部分, 将其叠加即可显示其他颜色, 而未被反射的则为黑色, 通过对颜色的观察可迅速判断铝合金表面转化膜的形成以及膜层的厚度, 其在防腐蚀处理应用中较为广泛[4]。

3 结论

铝合金受到腐蚀不仅会影响到自身性能, 还会造成严重的经济损失, 采取防腐蚀处理尤为重要, 而目前诸多化学处理仍难以完全替代传统的铬酸盐处理方法, 加之着色技术受到一定的限制, 无铬技术的应用受到很大制约, 有必要加大对无铬技术的研究力度。

摘要：金属材料应用较为广泛, 其在腐蚀性环境中容易发生腐蚀, 对其进行防护尤为必要。本文主要介绍了铝合金表面腐蚀及化学表面处理技术, 对着色技术在铝合金表面处理中的应用进行分析, 以期能够为相关防护工作提供帮助。

关键词：铝合金,表面腐蚀,化学处理,着色技术

参考文献

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化学腐蚀 第9篇

1 形成电化学腐蚀的主要条件

海水是一种含有多种盐类的电解质溶液, 并融有一定量的氧气, 氧是海水腐蚀的去极化剂。这种电化学腐蚀就是吸氧电化学腐蚀, 一种金属浸在海水中, 由于金属及合金表面物理化学性质的微观不均匀性, 如成分不均匀性, 导致海水金属界面上的电极电位不均匀性, 这就形成了无数腐蚀微电池。当把两种电极电位不同的金属如钢管和铜阀同时进入到海水中, 钢管和铜阀上将分别会发生下述电化学反应:

铁在海水中的自然腐蚀电位为—0.65 V, 铜的为—0.32 V。[1]当把两种金属导线联通时就构成了宏观腐蚀电池, 电流将经导线有电位高的铜板六项电位低的铁板, 在水中电流由铁板流向铜板, 在铁板上由于电子流出, 氧的还原反应杯抑制, 铁的氧化反应加强, 而铜板上由于电子流图, 铜的氧化反应被抑制, 氧的还原反应被加强, 结果铁板腐蚀加速, 而铜板获得了保护, 这种由于电偶作用导致其中电极电位低的金属腐蚀加速的现象称为电偶腐蚀, 也称为宏电池腐蚀。根据电化学腐蚀原理及船舶上大量实际情况, 我们将原电池的形成条件归纳为以下三个。

1.1 电解质溶液 (例如海水)

海水的成分和总盐度恒定, 内海则因地而异。海水中的盐类主要是氯化物 (NaCl、MgCl2) , 其次是硫酸盐 (MgSO4、CaSO4) 。海水中的大量氯离子, 能使零件金属表面的氧化膜遭到破坏, 因而海水对大多数金属有很强的腐蚀作用。腐蚀可能是微观电池作用, 也可能是宏观电池作用。钢铁在海水中的腐蚀速度为0.13 mm/a。[2]如果海水流速增加、海水温度升高等还会加速海水腐蚀。

1.2 材料间存在电位差

船舶管路系统中许多管路附件 (阀件、弯头等) 、设备接头和管路的材料是不一样的, 许多厂家将阀件或附件做成铜质的, 很多的板式冷却器接口也是钛合金的, 而与它们连接的管路几乎都是钢制的, 由于不同金属的金属电位是不一样的, 也就意味着越容易成为腐蚀的对象。例如Al在电解质溶液中的电位是-1.66, Fe是-0.44, Cu是0.337, 钛的还要高。[3]这就构成了电化学腐蚀的第二个条件, 同一电解质溶液中存在的不同电位的金属。

1.3 电流回路

把电解质溶液中不同的金属联通, 是形成电化学腐蚀的第三个条件, 由于金属表面富集了电子, 又需要保持电中性, 溶液中的离子 (阳离子) 会在离金属表面较近的位置富集, 以平衡总电荷, 这样, 就在金属表面和溶液之间形成了一个电势差。管路与设备一般是靠法兰连接的, 连接法兰与法兰的螺栓螺母就是天然的导线, 使得设备与管路形成了回路。

2 阻止电化学腐蚀形成方法

只要一个形成原电池化学腐蚀条件缺乏就不会产生电化学腐蚀!根据这个原理我们找到了以下解决的方法。

2.1 削弱电解质溶液作用, 中和海水中的负离子

在设备或者阀的进口降低海水电解质溶液作用。船舶上常见的方法是在不同金属接触的地方增加牺牲法兰或者牺牲管牺牲法兰或者牺牲管是比管路和设备材料都活泼的一种金属, 它会在设备的进口提前与管路中的海水发生反应, 中和海水中的负离子, 降低海水与设备之间的反应率, 从而达到保护设备的目的。

2.2 使用非金属材料或电位相同的金属材料

目前来说船舶上的设备及海水管路大多数还是采用传统的金属材料而设备一般来说比较重要, 采用的金属都是不容易发生腐蚀的金属 (铜和钛) , 而管路为了节约成本, 一般都选用钢制材料。随着材料学的发展, 许多和金属材料性能差不多的非金属材料也应运而生, 例如现在许多船舶上的压载管采用的都是玻璃钢管, 它既耐腐蚀又能抵抗管路中的介质压力, 是一种很有前途的新型材料。[4]

2.3 切断不同金属间的联通

这一点是船舶上最常用的方法, 管路与设备基本上是通过法兰连接, 法兰与法兰之间有垫片隔离, 螺栓是联通它们的唯一途径, 螺栓与法兰有两个地方是紧密贴合的, 一个是螺母与法兰端面, 一个是贯穿螺栓与法兰孔, 所以只要在这两个地方切断螺栓与法兰间的联通, 就能实现切断电流。具体方法如下。

(1) 在螺母与法兰之间安装绝缘垫圈, 需要注意的是绝缘垫圈的强度要足够大, 因为螺栓与螺母的扭矩很大, 船上一般采用的垫圈材料是聚四弗乙烯。[5]

(2) 在螺栓贯穿法兰的部分用热缩套管包住并用火烤至紧密贴合在螺栓上。

除以上两点外, 还应该将绝缘法兰进行绝缘粉末喷涂, 进一步加大不同金属的隔离距离, 应注意的是:永远不要使用铜和铝电极, 只能使用铜和铁电极对铸铁蝶阀应采用内衬橡胶的型式, 因为在阀件发生侵蚀的情况下, 石墨杂质会导致管路电化学腐蚀的发生。[6]

目前在船舶上要做到完全杜绝电化学腐蚀, 我们的技术还是有一定的差距, 可喜的是以上防止电化学腐蚀的方法在船舶上有着实际运用, 并且效果显著, 大大降低了海水系统中管路及设备的电化学腐蚀, 并取得了国内外船东的认可。

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化学腐蚀 第10篇

化学镀Ni - P合金镀层具有性能稳定、操作工艺简单、易于工业化等优点, 已在石油化工、机械、电子、通信等诸多领域得到了广泛应用[1]。随着工业的发展, 设备的使用环境日趋苛刻, 对镀层的适应性也提出了更高的要求。开发三元、多元以及复合型镀层是改善Ni - P合金镀层性能经济有效的方法之一。国内外对Ni - Cu - P, Ni - Zn - P, Ni - Co - P等三元合金镀层研究得较多[2,3,4,5], 而有关化学镀Ni - Fe - P合金层的报导则较少。同时, 前期对Ni - P镀层的沉积工艺等进行了研究, 但Ni - P镀层的耐蚀性尚需进一步提高[6]。基于此, 本工作在基础镀液中加入FeSO4制备了Ni - Fe - P合金镀层, 并对该镀层的耐腐蚀性能进行了考察。

1 试 验

1.1 基材处理

采用尺寸为50 mm×25 mm×5 mm的Q235钢试样进行化学沉积, 其化学成分见表1。前处理:试样打磨到800号→酒精擦拭→水洗→10% (体积比) 稀硫酸活化→水洗后备用。

1.2 Ni - Fe - P复合化学镀

化学镀镍工艺:25 g/L 硫酸镍, 26 g/L 次亚磷酸钠, 20 g/L 乙酸钠, 10 g/L 柠檬酸钠, 1.0 g/L 硫酸亚铁, 0.2 mg/L 硫脲;镀液pH= 4.5～5.0, 采用氨水或稀硫酸调节镀液, 施镀温度 (85±1) ℃, 采用HH - 4型数显恒温水浴锅控制镀液温度。将经前处理的试样按上述工艺条件沉积1 h制备Ni - Fe - P复合镀层。为便于对照, 同时按文献[6]制备了常规Ni - P合金镀层。

1.3 测试与表征

采用2273电化学测试系统和常规三电极体系对Ni - P和Ni - Fe - P镀层在3.5%NaCl溶液中的开路电位、动电位极化和交流阻抗等曲线进行测试;分别以2种镀层 (厚约10 μm) 为工作电极, 饱和甘汞电极为参比电极, 铂片为辅助电极;进行动电位极化曲线时, 试样先在3.5%NaCl溶液中静置1 h, 待电位稳定后进行极化测试, 测试扫描速率为0.5 mV/s;交流阻抗测试在自腐蚀电位下进行, 扰动电位为10 mV, 测试频率为100 kHz～10 mHz, 采用ZSimpWin3.21软件对测试数据进行数值拟合。

2 结果与讨论

2.1 镀层形貌和成分

图1给出了Ni - P和Ni - Fe - P镀层的表面形貌和镀层成分。比较2图可以看出:Ni - P镀层的胞状物颗粒较大, 且粒径分布并不均匀, Ni - Fe - P镀层的表面胞状物颗粒明显变小, 未出现明显的局部胞状物堆积、气泡等缺陷, 镀层表面质量得到改善;EDS测试 (表2) 表明, Ni - Fe - P镀层中Fe元素的质量分数约为5.59%。

2.2 镀层的开路电位

图2给出了2种合金镀层在3.5%NaCl溶液中的开路电位曲线。可以看出, 在很短的时间内, 该溶液中的开路电位就已基本稳定, 表明2种镀层具有良好的均匀性和稳定性;Ni - Fe - P镀层的开路电位较Ni - P镀层约正50 mV, 表明前者具有更好的耐蚀性。

2.3 镀层的极化曲线

图3为2种镀层在3.5%NaCl溶液中的动电位极化曲线。可以看出, 2种镀层的极化曲线相似, 即阴极部分均为扩散控制, 阳极部分均为电化学活化控制, 表明镀层中加入Fe元素并没有改变其腐蚀机制。

对2曲线的自腐蚀电位Ecorr和自腐蚀电流密度Jcorr进行拟合, 结果见表3。可以看出, Ni - Fe - P镀层比Ni - P镀层的自腐蚀电位约正50 mV, 且前者的自腐蚀电流密度约是后者的1/2, 也表明了Ni - Fe - P镀层具有更好的耐蚀性。

2.4 镀层的交流阻抗谱

图4为2种镀层在3.5%NaCl溶液中的Nyquist曲线。可以看出, Ni - Fe - P镀层容抗弧的直径比Ni - P的大一些, 表明Ni - Fe - P镀层具有更好的耐蚀性。

采用Rs{C[Rct (QcRc) ]}等效电路对该曲线进行数值拟合。其中, Rs表示溶液电阻, C为双电层电容, Rct代表电荷转移电阻, Qc为镀层电容, Rc为镀层电阻。Rct和Rc是表征镀层耐腐蚀性能的重要参数, 一般来说, 两者的数值越大, 镀层的耐蚀性能越好。拟合结果表明, Ni - Fe - P和Ni - P镀层的电荷转移电阻分别是21.39 Ω·cm2 和13.40 Ω·cm2, 相应的镀层电阻分别为3 595 Ω·cm2和1 667 Ω·cm2, Ni - Fe - P镀层的Rct和Rc均大于Ni - P镀层的相应参数, 表明镀层中引入Fe提高了Ni - P合金镀层的耐蚀性。Ni - Fe - P镀层具有更好的耐蚀性的原因可以归结为:镀液中加入FeSO4以后, 镀层结晶更加细致、光滑致密, 缺陷数量更少, 镀层的表面质量得到改善, 有助于减少腐蚀介质渗入到基体的通道数量, 增大了腐蚀反应阻力所致。

3 结 论

Ni - Fe - P镀层的晶粒比Ni - P合金镀层中的更加细小、致密, 表面缺陷数量更少, 镀层质量得到改善;膜电阻得到了提高, 减少了腐蚀介质渗入到基体的腐蚀通道, 增大了在3.5%NaCl溶液中腐蚀时的电荷转移阻力, 其耐蚀性比Ni - P镀层高。

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