金屬防腐技術
2021-01-14 06:50:22
hualin
1 合理選擇(ze)與使用材(cai)料
純金(jin)屬(shu)(shu)的耐(nai)蝕(shi)性(xing)(xing)決定(ding)于電(dian)極(ji)電(dian)位，電(dian)極(ji)電(dian)位越高（越正）， 耐(nai)蝕(shi)性(xing)(xing)越好，因(yin)此有貴(gui)金(jin)屬(shu)(shu)與(yu)賤金(jin)屬(shu)(shu)之(zhi)分(fen)。合金(jin)耐(nai)蝕(shi)性(xing)(xing)與(yu)化學成(cheng)分(fen)及(ji)組(zu)織(zhi)結構有關(guan)，也與(yu)介質種類及(ji)條件等因(yin)素(su)有關(guan)系(xi)。提高金(jin)屬(shu)(shu)材料(liao)耐(nai)腐(fu)蝕(shi)程度(du)，應從熱(re)力(li)學和動力(li)學考慮，腐(fu)蝕(shi)的控制因(yin)素(su)可用腐(fu)蝕(shi)電(dian)流（I ） 大(da)小予以判(pan)斷。
從上式可(ke)以看出，材(cai)料(liao)的耐蝕性可(ke)采(cai)用以下控制措施(shi)。
1. 在(zai)其他條件(jian)一定時，圖片(pian)(pian)值越小，I 也越小，材料(liao)耐蝕性越好。因(yin)此用合金化(hua)方(fang)法(fa)提高材料(liao)的圖片(pian)(pian)降低圖片(pian)(pian)值。例(li)如Cu 中(zhong)加入Au、Ni中(zhong)加入Cu 可使合金耐蝕性顯(xian)著提高。這種方(fang)法(fa)消(xiao)耗貴金屬，一般情況下(xia)不易實現。
2. 增大(da)Pc值減少(shao)腐蝕電流。
控制陰(yin)極(ji)過程可(ke)(ke)用減小陰(yin)極(ji)面積(ji)及提高陰(yin)極(ji)析氫(qing)電位等方法。合(he)(he)金中第二相(xiang)或夾雜(za)物(wu)大多數是陰(yin)極(ji)相(xiang)，通過提高材料純凈度(du)，進(jin)行固溶(rong)處理等可(ke)(ke)以提高材料耐(nai)蝕性。例(li)如單(dan)相(xiang)硬鋁(lv)合(he)(he)金比退火態(tai)耐(nai)蝕性提高。但是體系中陽(yang)極(ji)相(xiang)可(ke)(ke)鈍化時，減少陰(yin)極(ji)面積(ji)反而不(bu)利于(yu)提高材料耐(nai)蝕性。
在非氧(yang)化(hua)性(xing)或氧(yang)化(hua)性(xing)不強的(de)酸(suan)中(zhong)，析(xi)氫電位可控制(zhi)材(cai)料的(de)腐(fu)蝕(shi)，析(xi)氫電位越低(di)(di)（越負）腐(fu)蝕(shi)速度增大，合金(jin)中(zhong)加入析(xi)氫電位高的(de)元素可以降低(di)(di)腐(fu)蝕(shi)程度。例如(ru)Mg 中(zhong)加入質量分數為0.5%~1.0%的(de)Mn時，使(shi)Mg-Mn合金(jin)在含有氧(yang)化(hua)物的(de)水溶液(ye)中(zhong)的(de)腐(fu)蝕(shi)速度大大降低(di)(di)。
3. 增大Pa值(zhi)減(jian)少腐(fu)蝕電流。
采用(yong)降低(di)材(cai)料(liao)陽(yang)(yang)極(ji)活(huo)性(xing)(xing)，阻礙陽(yang)(yang)極(ji)過程，提高(gao)耐蝕性(xing)(xing)。如果合(he)金(jin)中(zhong)(zhong)的(de)第二相(xiang)是(shi)(shi)陽(yang)(yang)極(ji)相(xiang)，基體是(shi)(shi)陰極(ji)相(xiang)，采用(yong)提高(gao)材(cai)料(liao)純凈度(du)或固(gu)溶處(chu)理，減少陽(yang)(yang)極(ji)面積(ji)，提高(gao)材(cai)料(liao)耐蝕性(xing)(xing)。如果合(he)金(jin)中(zhong)(zhong)陽(yang)(yang)極(ji)第二相(xiang)數量多時，在(zai)腐(fu)蝕過程中(zhong)(zhong)將逐(zhu)(zhu)漸降低(di)腐(fu)蝕速度(du)。例(li)如Al-Mg 系合(he)金(jin)中(zhong)(zhong)強化相(xiang)（Al2Mg3 ） 是(shi)(shi)陽(yang)(yang)極(ji)性(xing)(xing)，在(zai)腐(fu)蝕過程中(zhong)(zhong)將逐(zhu)(zhu)漸被(bei)腐(fu)蝕掉(diao)，合(he)金(jin)表面微陽(yang)(yang)極(ji)相(xiang)總(zong)面積(ji)逐(zhu)(zhu)漸減小(xiao)，材(cai)料(liao)腐(fu)蝕速度(du)降低(di)，所以(yi)Al-Mg合(he)金(jin)耐蝕性(xing)(xing)比 Al-Cu 合(he)金(jin)好(hao)。
基體(ti)中(zhong)加入(ru)(ru)易鈍化元素，促(cu)使合金鈍化，提高(gao)材料耐蝕性(xing)。例如鋼中(zhong)加入(ru)(ru)質量(liang)分數為12% ～13%的Cr, Ni或Ti 中(zhong)加入(ru)(ru)Mo可大(da)大(da)提高(gao)材料耐蝕性(xing)。
4. 增大R值(zhi)減少腐(fu)蝕(shi)電流。
加入(ru)某些(xie)元(yuan)素使(shi)合金(jin)表面(mian)產生保護膜，增大R值(zhi)，提(ti)高材料耐蝕(shi)性。例如鋼中加入(ru) Cu、P時能促(cu)使(shi)表面(mian)形成FeOx （OH）3-2保護膜，可提(ti)高材料耐大氣腐(fu)蝕(shi)能力(li)。
2 表面防(fang)護
在金(jin)屬(shu)材料(liao)表面加上覆(fu)蓋層(ceng)(ceng)（或鍍層(ceng)(ceng)）， 使基體(ti)與腐蝕(shi)介質隔開，防止零件腐蝕(shi)。用做覆(fu)蓋層(ceng)(ceng)的材料(liao)有金(jin)屬(shu)和非金(jin)屬(shu)兩(liang)大類(lei)。
2.1 金屬覆蓋層
2.1.1 鍍層用材料(liao)
所選(xuan)用的(de)覆蓋(gai)層(ceng)(ceng)材(cai)料(liao)為陽極(ji)性與陰極(ji)性兩種(zhong)。如(ru)果(guo)鍍(du)層(ceng)(ceng)材(cai)料(liao)的(de)電極(ji)電位比基體(ti)金屬低(di)時(shi)（負）， 它成(cheng)為陽極(ji)，基體(ti)是陰極(ji)，受覆蓋(gai)層(ceng)(ceng)的(de)保(bao)護。鍍(du)層(ceng)(ceng)中(zhong)存(cun)在空隙時(shi)也不影響(xiang)防蝕效果(guo)，例如(ru)鋼鐵表面鍍(du)Zn屬此(ci)類情(qing)況。
如(ru)(ru)果鍍(du)層(ceng)材(cai)料(liao)的(de)電(dian)極(ji)電(dian)位比基體高（正），則基體為陽極(ji)，鍍(du)層(ceng)是陰(yin)極(ji)，鍍(du)層(ceng)中如(ru)(ru)存在空隙時(shi)將加速基體金屬(shu)腐蝕。例如(ru)(ru)鋼(gang)鐵表面鍍(du) Sn屬(shu)此類鍍(du)層(ceng)材(cai)料(liao)。
2.1.2 覆蓋方(fang)法(fa)
1. 熱浸鍍。
將基體(ti)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)浸人(ren)熔融(rong)狀態的(de)(de)(de)(de)(de)液體(ti)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)中(zhong)(zhong)，使(shi)表面(mian)沾上一層(ceng)(ceng)鍍(du)(du)層(ceng)(ceng)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)，防止基體(ti)受腐(fu)(fu)蝕。熱浸鍍(du)(du)Zn的(de)(de)(de)(de)(de)歷史最長，至今仍是鋼鐵防腐(fu)(fu)蝕的(de)(de)(de)(de)(de)重(zhong)要措施。鍍(du)(du)Zn層(ceng)(ceng)具有良好的(de)(de)(de)(de)(de)耐蝕性(xing)，在水(shui)及大氣(qi)介質中(zhong)(zhong)Zn的(de)(de)(de)(de)(de)平(ping)均腐(fu)(fu)蝕速度(du)是鋼鐵的(de)(de)(de)(de)(de)1/25。鍍(du)(du)Zn層(ceng)(ceng)在城市大氣(qi)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕速度(du)約(yue)為(wei)2~7μm/a（注：a—年的(de)(de)(de)(de)(de)縮寫(xie)，下同。）， 有優良的(de)(de)(de)(de)(de)耐蝕性(xing)，可使(shi)鍍(du)(du)Zn板壽命達(da)到(dao)50年。海(hai)(hai)洋大氣(qi)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕速度(du)與城市大氣(qi)相同，約(yue)為(wei)1~7μm/a, 飛濺(jian)區的(de)(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕速度(du)約(yue)為(wei)15μm/a.熱帶地區鍍(du)(du)Zn層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕速度(du)也不大，干大氣(qi)中(zhong)(zhong)小(xiao)(xiao)于(yu) 2μm/a, 潮濕大氣(qi)中(zhong)(zhong)小(xiao)(xiao)于(yu)3μm/a, 海(hai)(hai)岸區小(xiao)(xiao)于(yu)6um/a。
鍍Zn層在硬水(shui)(shui)(shui)中(zhong)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)速度約為2.5mg/ （㎡·a） , 在軟水(shui)(shui)(shui)中(zhong)約為硬水(shui)(shui)(shui)中(zhong)10倍。水(shui)(shui)(shui)中(zhong)溶解氧越(yue)多，腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)越(yue)快。水(shui)(shui)(shui)溫(wen)對鍍Zn層的腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)有影(ying)響，工(gong)業用水(shui)(shui)(shui)40℃左右、軟水(shui)(shui)(shui)90℃左右腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)最(zui)快。浸泡在海水(shui)(shui)(shui)中(zhong)的鍍Zn 鋼板的腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)速度約為12~24μm/a。
熱浸(jin)鍍(du)(du)AI防腐(fu)蝕(shi)(shi)方法發展迅速，其工(gong)藝與(yu)(yu)熱浸(jin)Zn相(xiang)似。Al的(de)電極電位為-1.66V, 比(bi)Fe（－0.44V） 和Zn （-0.1763V） 都(dou)低。鍍(du)(du)AI層能形(xing)成(cheng)致密又穩(wen)定的(de)Al2O3, 保護膜(mo)，起(qi)到良好的(de)防蝕(shi)(shi)作(zuo)用。如鍍(du)(du) AI層發生機械(xie)損傷時，鍍(du)(du)Al層對(dui)鋼(gang)鐵基體仍可起(qi)保護作(zuo)用。鍍(du)(du)Al鋼(gang)板(ban)(ban)耐大(da)氣腐(fu)蝕(shi)(shi)，也耐海(hai)水腐(fu)蝕(shi)(shi)、土(tu)壤腐(fu)蝕(shi)(shi)及應(ying)力腐(fu)蝕(shi)(shi)。鍍(du)(du)Al 鋼(gang)板(ban)(ban)耐大(da)氣腐(fu)蝕(shi)(shi)能力是鍍(du)(du) Zn 鋼(gang)板(ban)(ban)的(de)3~6倍。圖1 是熱浸(jin)鍍(du)(du)Zn 鋼(gang)板(ban)(ban)與(yu)(yu)熱浸(jin)鍍(du)(du) Al 鋼(gang)板(ban)(ban)耐工(gong)業大(da)氣腐(fu)蝕(shi)(shi)的(de)比(bi)較。
▲圖(tu)1 板耐工業大氣腐蝕比(bi)較
熱浸(jin)(jin)鍍Zn鋼板(ban)與熱浸(jin)(jin)鍍AI鋼
鍍Al鋼板(ban)還具(ju)有耐(nai)含S介質的腐蝕(shi)能力。表(biao)1 及(ji)表(biao)2 是熱(re)浸鍍Al鋼板(ban)在(zai)高溫(wen)氧化(hua)、硫化(hua)氣氛(fen)及(ji)H2O介質中(zhong)的腐蝕(shi)效果。
▼表1 中的暴露試驗在(zai)高溫氧化、硫化氣氛
▼表(biao)2 在(zai)高溫H, S介質中的腐(fu)蝕試(shi)驗(yan)（50h）
熱(re)浸(jin)鍍Al 鋼板有一(yi)定(ding)耐熱(re)性，在500℃以下(xia)長期加熱(re)時外觀無變化。此(ci)外還有熱(re)浸(jin)鍍Sn、Sn-Pb合金等(deng)方法。
2. 表面(mian)滲金屬。
為(wei)提高材料耐腐(fu)蝕性(xing)(xing)，對零件表(biao)面滲(shen)金屬(shu)的方法(fa)已有(you)相當長歷史，應用十分廣泛。滲(shen)金屬(shu)不僅能(neng)(neng)提高材料耐蝕性(xing)(xing)，也(ye)能(neng)(neng)提高硬度及強(qiang)度。所滲(shen)的金屬(shu)主要(yao)有(you)Zn、Al、Cr 及 Si 等。
滲Zn 與(yu)熱浸鍍Zn 比較，前(qian)者的耐(nai)蝕效果更好(hao)，如果鍍Zn后(hou)在500℃左右退火，產(chan)生Zn擴散層，可明顯提高(gao)耐(nai)蝕性，如表3 所示。
▼表3 滲Zn和鍍Zn制品的(de)耐蝕性比較
滲(shen)AI鋼(gang)具有(you)良好(hao)的高(gao)溫抗(kang)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)性，其(qi)抗(kang)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)能力與滲(shen)AI層厚度及AI含量有(you)關。在斷(duan)續氧(yang)化(hua)(hua)(hua)條件(jian)下碳鋼(gang)臨界滲(shen)Al質量分(fen)數為5%, 連(lian)續氧(yang)化(hua)(hua)(hua)條件(jian)下為2%。高(gao)溫長期使(shi)用時(shi)滲(shen)AI層厚度應達到0.3mm。
3. 電鍍。
用直流電源將(jiang)電解(jie)液中的金(jin)屬離子(zi)沉積(ji)于基體金(jin)屬表面（陰極）。電鍍(du)可顯著
提高(gao)材料(liao)耐蝕(shi)性(xing)，應用廣泛，是十分重要的防(fang)腐(fu)蝕(shi)方法。用于電鍍的金(jin)屬有(you)：Cu、Cu-Zn、Ni、Cr、Sn、Zn等。
（4） 其他表面(mian)鍍(du)(du)層技術，例(li)如熱噴鍍(du)(du)、離子鍍(du)(du)、離子注入(ru)及氣相沉積等方法。
2.2 無機(ji)非金屬覆蓋層
1. 用化(hua)(hua)(hua)學(xue)或(huo)電(dian)化(hua)(hua)(hua)學(xue)方(fang)法在基體金屬(shu)表面覆蓋一層無(wu)機(ji)物防蝕(shi)層，也稱為化(hua)(hua)(hua)學(xue)轉化(hua)(hua)(hua)層（Chemical Conversion Coating） , 電(dian)化(hua)(hua)(hua)學(xue)法形成的(de)(de)無(wu)機(ji)防護(hu)層也稱為陽(yang)極氧化(hua)(hua)(hua)。工業(ye)上常(chang)(chang)用的(de)(de)金屬(shu)材(cai)料可采用此法，其中最常(chang)(chang)見的(de)(de)是鋼鐵材(cai)料的(de)(de)磷(lin)化(hua)(hua)(hua)處(chu)理(li)、發黑(hei)處(chu)理(li)；鋁(lv)及鋁(lv)合金的(de)(de)陽(yang)極氧化(hua)(hua)(hua)處(chu)理(li)，Zn、Cd、 Mg 等金屬(shu)均可進行這種防蝕(shi)處(chu)理(li)。
2. 其(qi)他方法，例(li)如玻璃覆蓋層法、陶(tao)瓷涂(tu)(tu)層法、耐酸水泥(ni)涂(tu)(tu)層法等。
2.3 有機涂層
有(you)機(ji)涂(tu)(tu)層(ceng)是金屬(shu)防腐蝕最(zui)常采用(yong)(yong)的(de)措施之一，廣泛(fan)應用(yong)(yong)于(yu)(yu)工(gong)業(ye)及(ji)生活領域中。有(you)機(ji)涂(tu)(tu)層(ceng)材料的(de)組成為(wei)：主要成分（漆(qi)料及(ji)顏(yan)料）、輔助成分（溶劑、稀釋料）和(he)助劑（各種添加劑）。覆蓋層(ceng)起陰極(ji)保護及(ji)緩(huan)蝕作用(yong)(yong)。漆(qi)膜是顏(yan)料在漆(qi)料（聚合(he)(he)物(wu)(wu)）中形成的(de)涂(tu)(tu)料在基底(di)表面固化(hua)的(de)結果，漆(qi)膜對基體的(de)保護作用(yong)(yong)常常取(qu)決(jue)于(yu)(yu)顏(yan)料的(de)物(wu)(wu)理化(hua)學性(xing)質。顏(yan)料有(you)金屬(shu)粉（例(li)如Zn、Al、不銹(xiu)鋼粉等）、天然無(wu)機(ji)物(wu)(wu)（例(li)如云(yun)母、氧化(hua)鐵）、合(he)(he)成無(wu)機(ji)物(wu)(wu)（鉛酸(suan)(suan)鈣、鉻酸(suan)(suan)鋅等）和(he)合(he)(he)成有(you)機(ji)物(wu)(wu)。它們(men)不溶于(yu)(yu)漆(qi)料中，有(you)良好(hao)的(de)化(hua)學穩(wen)定(ding)性(xing)和(he)光(guang)穩(wen)定(ding)性(xing)。用(yong)(yong)于(yu)(yu)涂(tu)(tu)料的(de)漆(qi)料有(you)植物(wu)(wu)油(you)（其(qi)中亞麻子油(you)用(yong)(yong)量最(zui)多(duo)） 和(he)油(you)性(xing)樹脂，其(qi)中使用(yong)(yong)最(zui)多(duo)的(de)是酚(fen)醛樹脂。
有機涂層(ceng)的失(shi)效主要是(shi)在陽光、大(da)氣(qi)、雨水等作用下的老(lao)化(hua)(hua)，特別是(shi)紫外(wai)線、氧、水汽(qi)、高溫和腐蝕性氣(qi)體（例如SO2 ） , 會(hui)加速老(lao)化(hua)(hua)，使(shi)表面失(shi)去(qu)光澤、起泡(pao)、粉(fen)化(hua)(hua)、剝(bo)落、生銹等，從而失(shi)去(qu)防蝕作用。因此，應根據產品特點選(xuan)用合(he)適涂料。
3 緩蝕劑
3.1 分類
金屬腐(fu)蝕(shi)大多數是(shi)電化(hua)學反應，因此(ci)在介(jie)質(zhi)中加(jia)人緩(huan)蝕(shi)劑，防止或減緩(huan)腐(fu)蝕(shi)是(shi)經濟、簡便(bian)的(de)方法(fa)。緩(huan)蝕(shi)劑可按下(xia)列方法(fa)分類：
1. 按化(hua)學(xue)成分(fen)，分(fen)為有(you)機(ji)型緩(huan)蝕(shi)劑(ji)和無機(ji)型緩(huan)蝕(shi)劑(ji)。
2. 按照使(shi)用狀態，分(fen)為水溶液(ye)、油溶性和汽化型緩(huan)蝕劑(ji)。
3. 按pH值，為中性(xing)溶(rong)液和酸(suan)性(xing)溶(rong)液緩蝕劑。
4. 按緩蝕劑作用(yong)機理(li)，分(fen)為陽極型(xing)(xing)、陰極型(xing)(xing)、吸附型(xing)(xing)和保護(hu)膜型(xing)(xing)。
3.2 緩(huan)蝕劑的選用(yong)原則
1. 不(bu)同(tong)腐蝕介(jie)質應選用不(bu)同(tong)緩蝕劑。
中性水介質主(zhu)要采用(yong)鈍化型(xing)（陽極型(xing)）和(he)沉淀型(xing)緩(huan)蝕(shi)劑，這些緩(huan)蝕(shi)劑多數為(wei)無機物。酸性介質采用(yong)多為(wei)有機物的(de)吸附型(xing)緩(huan)蝕(shi)劑。油(you)類介質采用(yong)油(you)溶性吸附型(xing)緩(huan)蝕(shi)劑，以排除(chu)水的(de)吸附，起(qi)到防護作用(yong)。
緩(huan)(huan)蝕(shi)(shi)劑(ji)(ji)在液體(ti)(ti)腐蝕(shi)(shi)介(jie)(jie)質中(zhong)的(de)(de)溶解度、在氣體(ti)(ti)介(jie)(jie)質中(zhong)的(de)(de)揮(hui)發度均對緩(huan)(huan)蝕(shi)(shi)效果有(you)影響。溶解度太低(di)會(hui)影響緩(huan)(huan)蝕(shi)(shi)物(wu)質在介(jie)(jie)質中(zhong)的(de)(de)傳(chuan)遞，不能有(you)效地達(da)到金(jin)屬表面(mian)，即使緩(huan)(huan)蝕(shi)(shi)劑(ji)(ji)的(de)(de)吸(xi)附性好，也(ye)不能充分發揮(hui)緩(huan)(huan)蝕(shi)(shi)作用(yong)。出(chu)現這種情(qing)況可(ke)加(jia)入一些表面(mian)活性劑(ji)(ji)，增加(jia)緩(huan)(huan)蝕(shi)(shi)物(wu)質的(de)(de)分散(san)性。腐蝕(shi)(shi)介(jie)(jie)質的(de)(de)溫度、壓(ya)力、流速等對緩(huan)(huan)蝕(shi)(shi)效果有(you)影響。
2. 不同金屬采用不同緩蝕劑。
3. 單(dan)品種緩蝕(shi)劑(ji)(ji)比復合緩蝕(shi)劑(ji)(ji)的緩蝕(shi)效果小(xiao)、因此現代使用(yong)的緩蝕(shi)劑(ji)(ji)很少采(cai)用(yong)單(dan)品種緩蝕(shi)劑(ji)(ji)，而是復合緩蝕(shi)劑(ji)(ji)。
4. 許多(duo)(duo)高效(xiao)緩蝕劑(ji)常(chang)常(chang)有(you)(you)毒性(xing)(xing)，例如鉻酸鹽(yan)是中性(xing)(xing)水介質(zhi)中的高效(xiao)氧化(hua)性(xing)(xing)緩蝕劑(ji)，其(qi)pH值(zhi)為6~11。除鋼鐵材(cai)料外，對大多(duo)(duo)數非鐵金屬也能產生有(you)(you)效(xiao)保護作用。鉻酸鹽(yan)有(you)(you)毒，危害(hai)環境(jing)，使用受到限制。
3.3 中性(xing)介質中的(de)緩蝕劑
中性介質溶(rong)(rong)液有各類(lei)(lei)(lei)水(shui)（例如(ru)(ru)冷(leng)卻(que)水(shui)、鍋(guo)爐水(shui)、洗滌水(shui)、供暖水(shui)、回(hui)收處理污水(shui)等）、中性鹽水(shui)溶(rong)(rong)液（例如(ru)(ru)含 NaCI、MgCl2、NH4CI、Na2SO4, Na2CO3 水(shui)溶(rong)(rong)液）以(yi)及中性有機溶(rong)(rong)液（例如(ru)(ru)油類(lei)(lei)(lei)、醇類(lei)(lei)(lei)、多鹵(lu)代烴等）。應(ying)用緩蝕劑最多的是(shi)循環冷(leng)卻(que)水(shui)。
3.3.1 工業(ye)循環(huan)冷卻水用緩蝕(shi)劑(ji)
1. 無機鹽緩蝕(shi)劑
1） 鉻(ge)酸(suan)(suan)鹽有(you)良好的(de)(de)緩蝕(shi)(shi)作用，常用的(de)(de)有(you)Na2Cr2O7或K2Cr2O7于(yu)鈍(dun)化型（陽極型）緩蝕(shi)(shi)劑。在鋼鐵表面形成幾納米（nm） 厚(hou)的(de)(de)Fe2O3, 和Cr2O3氧化膜。鉻(ge)酸(suan)(suan)鹽在水(shui)中(zhong)(zhong)形成鈍(dun)化膜的(de)(de)臨界含量為10E-4~1.3x10E-4 （質量分(fen)數）。當液體中(zhong)(zhong)CI-濃度增加或溫度升高(gao)時(shi)，其(qi)臨界含量也升高(gao)，否則(ze)將產生局部腐(fu)蝕(shi)(shi)。鉻(ge)酸(suan)(suan)鹽單獨使(shi)用時(shi)防止局部腐(fu)蝕(shi)(shi)較困難，常常與聚磷酸(suan)(suan)鹽或鋅(xin)鹽復合使(shi)用。在自來水(shui)中(zhong)(zhong)復合緩蝕(shi)(shi)劑的(de)(de)緩蝕(shi)(shi)效果如圖2所示(shi)。
▲圖2 在自來(lai)水(shui)中復合緩(huan)蝕劑
的緩蝕(shi)效果（30℃）
鉻酸(suan)鹽(yan)(yan)與聚磷(lin)酸(suan)鹽(yan)(yan)復合(he)緩(huan)(huan)蝕(shi)(shi)劑在循環(huan)冷卻水及海水中，水溫(wen)在100℃以(yi)下(xia)時，對碳鋼(gang)、Cu、Cu-Zn合(he)金(jin)、Al及不銹(xiu)鋼(gang)等(deng)都有(you)(you)良好的緩(huan)(huan)蝕(shi)(shi)效(xiao)果(guo)。鉻酸(suan)鹽(yan)(yan)有(you)(you)毒，需(xu)要進行排(pai)污處理(li)，使Cr2+含量不超過0.05~0.1mg/L.因此，現在用鉻酸(suan)鹽(yan)(yan)做緩(huan)(huan)蝕(shi)(shi)劑已很少，甚至不使用這種緩(huan)(huan)蝕(shi)(shi)劑。
2） 聚(ju)磷(lin)(lin)酸鹽(yan)(yan)緩(huan)(huan)(huan)蝕(shi)(shi)劑常(chang)與鋅鹽(yan)(yan)等緩(huan)(huan)(huan)蝕(shi)(shi)劑復合使(shi)用，提(ti)高緩(huan)(huan)(huan)蝕(shi)(shi)效(xiao)果。常(chang)用的(de)聚(ju)磷(lin)(lin)酸鹽(yan)(yan)是三聚(ju)磷(lin)(lin)酸鈉(na)(na)和六偏磷(lin)(lin)酸鈉(na)(na)。六偏磷(lin)(lin)酸鈉(na)(na)緩(huan)(huan)(huan)蝕(shi)(shi)效(xiao)果較(jiao)(jiao)好，而三聚(ju)磷(lin)(lin)酸鈉(na)(na)價格(ge)低(di)，所以使(shi)用較(jiao)(jiao)多。六偏磷(lin)(lin)酸鈉(na)(na)在(zai)有(you)溶解氧的(de)水中(zhong)有(you)顯著緩(huan)(huan)(huan)蝕(shi)(shi)作(zuo)用，促進鋼鐵表面生成γ-Fe2O3 鈍化膜(mo)，是陽極型(xing)緩(huan)(huan)(huan)蝕(shi)(shi)劑。
水中含有Ca2+、Zn2+等(deng)離子時(shi)對聚磷酸(suan)鹽的緩蝕效果(guo)有影(ying)響，只有［Ca2+ / （NaPO3 ） n]大于0.2以(yi)上時(shi)，才有良(liang)好的緩蝕效果(guo)。
聚磷酸鹽(yan)易水解(jie)，水解(jie)后(hou)降低了緩蝕效果，是其主要缺點。
3） 硅酸鹽緩(huan)蝕劑的組成為Na2O·nSiO2。
在(zai)pH>6的(de)(de)水中時n=3.3, 在(zai)pH<6的(de)(de)水中n＝2 較為合適。硅(gui)酸(suan)(suan)鹽屬沉淀(dian)型緩(huan)(huan)蝕(shi)(shi)劑(ji)(ji)。Ca2+可使(shi)硅(gui)酸(suan)(suan)鹽緩(huan)(huan)蝕(shi)(shi)效果提高，硅(gui)酸(suan)(suan)鹽與Ca2+、Mg2+離子形成不(bu)(bu)溶性保護膜。應當指出，使(shi)用硅(gui)酸(suan)(suan)鈉緩(huan)(huan)蝕(shi)(shi)劑(ji)(ji)時水中的(de)(de)Ca2+、Mg2+離子濃度(du)不(bu)(bu)能過高，否則有形成硅(gui)酸(suan)(suan)鈣、硅(gui)酸(suan)(suan)鎂水垢的(de)(de)危險。水中Mg2+含(han)量大于250mg/L時，不(bu)(bu)宜(yi)采用硅(gui)酸(suan)(suan)鈉緩(huan)(huan)蝕(shi)(shi)劑(ji)(ji)。
硅酸(suan)鈉(na)與鋅鹽等復合使用時可提(ti)高(gao)緩(huan)蝕效果。硅酸(suan)鈉(na)緩(huan)蝕劑的優(you)點是(shi)無毒，價格便宜(yi)。
4） 鉬(mu)酸(suan)(suan)鹽(yan)(yan)緩(huan)蝕(shi)劑屬陽極型，有溶(rong)解氧存在時可使碳鋼表面形成鈍(dun)化膜(mo)。常(chang)用(yong)的(de)鉬(mu)酸(suan)(suan)鹽(yan)(yan)是Na2MoO4單獨使用(yong)鉬(mu)酸(suan)(suan)鹽(yan)(yan)時的(de)加入(ru)量應達(da)到4x10E-4（質量分數(shu)）時才(cai)有較好的(de)緩(huan)蝕(shi)作(zuo)用(yong)。所以與有機(ji)磷酸(suan)(suan)鹽(yan)(yan)、鋅(xin)酸(suan)(suan)鹽(yan)(yan)等復合使用(yong)，可減少鉬(mu)酸(suan)(suan)鹽(yan)(yan)用(yong)量，提(ti)高緩(huan)蝕(shi)效果(guo)。
鉬(mu)酸(suan)鹽(yan)對抑制(zhi)點(dian)蝕(shi)和縫隙腐(fu)蝕(shi)有顯著效(xiao)果。溶解的鉬(mu)酸(suan)鹽(yan)離子能有效(xiao)地使蝕(shi)孔(kong)內的鐵再鈍化，減少氧化物聚積。鉬(mu)酸(suan)鹽(yan)的毒(du)性極低(di)，適應(ying)性較(jiao)強(qiang)，是有應(ying)用前景的緩蝕(shi)劑。
5） 其他無(wu)機鹽緩(huan)(huan)蝕劑，例如(ru)亞(ya)硝酸(suan)鹽（NaNO2, 、KNO2 ） 是陽(yang)極(ji)型緩(huan)(huan)蝕劑，其添加量(liang)達到(dao)（25~50） x10E-6 （質(zhi)量(liang)分數）時，有(you)較好(hao)的緩(huan)(huan)蝕效果。亞(ya)硝酸(suan)鹽在(zai)pH＜6的酸(suan)性介質(zhi)中易分解，無(wu)緩(huan)(huan)蝕作(zuo)用，pH=9-10時緩(huan)(huan)蝕效果最好(hao)。
亞硝酸鈉易轉變為(wei)致癌物質，危害人的(de)健康，不(bu)宜采(cai)用。
鋅鹽緩蝕劑是復合型(xing)(xing)緩蝕劑的(de)組分，屬沉淀型(xing)(xing)和陰極型(xing)(xing)緩蝕劑。鋅鹽有毒性(xing)，其用量(liang)應限(xian)制(zhi)在排污(wu)規定(ding)范圍內，因此(ci)經(jing)常使用的(de)加入量(liang)僅為(wei)（3~5） x10E-6 （質量(liang)分數）。
2. 有機鹽緩蝕劑
1）有機磷酸(suan)與(yu)磷酸(suan)鹽及磷酸(suan)酯類。
這類緩(huan)蝕(shi)劑有絡合(he)金屬離子(zi)的(de)能力(li)，在金屬表面形成(cheng)絡合(he)物(wu)沉淀膜，對金屬產生緩(huan)蝕(shi)效(xiao)果。有機磷(lin)酸(suan)(suan)緩(huan)蝕(shi)劑含(han)量較高時的(de)緩(huan)蝕(shi)效(xiao)果比無機磷(lin)酸(suan)(suan)鹽(yan)大(da)，例如HEDP （羥基乙叉(cha)二(er)磷(lin)酸(suan)(suan)）及EDTMP （乙二(er)胺四甲叉(cha)磷(lin)酸(suan)(suan)）含(han)量為100×10E-6 （質量分數）時的(de)緩(huan)蝕(shi)效(xiao)果比聚磷(lin)酸(suan)(suan)鹽(yan)大(da)4~7倍。表4 是碳鋼在50℃、pH值為8.0~8.5介質中96h的(de)試驗結果。
▼表4 有機磷酸與無機磷酸鹽緩蝕效果(guo)比較
如將有機(ji)(ji)磷(lin)酸與(yu)無機(ji)(ji)磷(lin)酸鹽復合使用，其緩蝕效果(guo)更(geng)好。有機(ji)(ji)磷(lin)酸的化(hua)學穩定性高(gao)、不易水解，可耐較(jiao)高(gao)溫度，有較(jiao)好的阻垢能力(li)，是有發展前景的緩蝕劑。
2） 有機羥酸類。
應(ying)用(yong)于中性水(shui)(shui)介(jie)質的緩蝕劑(ji)有芳香族羧(suo)酸(suan)及(ji)脂(zhi)肪族取(qu)代羧(suo)酸(suan)（例如羥基酸(suan)、氨基酸(suan)及(ji)酰胺羧(suo)酸(suan)等）及(ji)其鈉鹽(yan)。例如酰基肌氨酸(suan)的原料容易獲得，無毒性，不(bu)產(chan)生環境。污染，適用(yong)于pH=6~11的軟(ruan)水(shui)(shui)或硬(ying)水(shui)(shui)介(jie)質，除冷(leng)卻循環水(shui)(shui)外，鍋爐水(shui)(shui)、鹽(yan)水(shui)(shui)系統、高爐及(ji)轉(zhuan)爐冷(leng)卻水(shui)(shui)均可應(ying)用(yong)，是有發展前(qian)景的緩蝕劑(ji)。
3.3.2. 含(han)中性鹽水溶液中的緩(huan)蝕劑
水(shui)(shui)中(zhong)溶(rong)(rong)解中(zhong)性鹽，例如(ru) NaCI、KCI、MgCl2、 CaCl2、Na2CO3、Na2SO4等(deng)，能(neng)促(cu)進金屬腐蝕(shi)。用于冷(leng)卻水(shui)(shui)系統的緩(huan)(huan)蝕(shi)劑多(duo)數(shu)也可(ke)作為(wei)中(zhong)性鹽水(shui)(shui)溶(rong)(rong)液的緩(huan)(huan)蝕(shi)劑。但(dan)是這些鹽含量高時(shi)，應(ying)選用緩(huan)(huan)蝕(shi)效果更好(hao)的緩(huan)(huan)蝕(shi)劑。
1. 烷(wan)氨基醇類。
烷(wan)氨基(ji)醇(chun)對(dui)NaCl、CaCl2水溶(rong)液中的(de)碳鋼(gang)(gang)有很好(hao)的(de)緩(huan)蝕(shi)作用，緩(huan)蝕(shi)率可達(da)到90%以上。表(biao)5 是2-乙氨基(ji)乙醇(chun)對(dui)在w （NaCI） 為3%水溶(rong)液中碳鋼(gang)(gang)的(de)緩(huan)蝕(shi)效(xiao)果。隨其含(han)量增加緩(huan)蝕(shi)效(xiao)果增大(da)，pH值也增加。當含(han)量為3. 1x10E-4時 pH=10.3, 此后再增加緩(huan)蝕(shi)劑含(han)量時、pH值不變(bian)。如果加入NaOH調pH值，也能產生一(yi)定緩(huan)蝕(shi)效(xiao)果。
▼表5 2-乙氨(an)基乙醇對在(zai)w （NaCI）
為3%水(shui)溶液(ye)中碳鋼的(de)緩蝕效(xiao)果
2. 葡萄糖酸(suan)鋅。
試驗發現，葡萄糖(tang)酸鋅(xin)（C4H11O17）2Zn 對海水中的碳鋼有很好的緩蝕作(zuo)
用(yong)，對海(hai)水中的Cu 也有(you)緩(huan)蝕(shi)作用(yong)。葡(pu)萄(tao)糖酸鋅濃(nong)度對緩(huan)蝕(shi)效果有(you)影響，當(dang)含量達到4x10E-3 mol/L時，緩(huan)蝕(shi)率可達到60%, 繼續增(zeng)加含量時緩(huan)蝕(shi)效果降(jiang)低。
4 電(dian)化學防腐蝕
4.1 陰極防護
在水及土壤中的(de)(de)金屬結(jie)構或設備可采(cai)用(yong)陰(yin)極(ji)保護(hu)法防止或減緩腐蝕(shi)。陰(yin)極(ji)防護(hu)方法有兩種，一(yi)是將被保護(hu)體與(yu)直流(liu)電源(yuan)連接，通過輔(fu)助陽(yang)極(ji)和介質使(shi)電流(liu)到達被保護(hu)結(jie)構；二是采(cai)用(yong)比被保護(hu)金屬的(de)(de)電極(ji)電位低(di)（負）的(de)(de)金屬作為犧牲陽(yang)極(ji)，犧牲陽(yang)極(ji)首先溶解，釋放出的(de)(de)電流(liu)使(shi)結(jie)構陰(yin)極(ji)極(ji)化至所需要的(de)(de)電位，產生防蝕(shi)作用(yong)。圖3 所示(shi)為陰(yin)極(ji)保護(hu)示(shi)意圖。
▲圖(tu)(tu)3 陰極保護(hu)示意圖(tu)(tu)
4.1.1 犧牲陽極法
最主要的是選擇犧(xi)牲陽(yang)極 材料。作為犧(xi)牲陽(yang)極應(ying)有(you)足夠低的開路(lu)電(dian)位和穩定的閉路(lu)電(dian)位，單頁(ye)不能過負，否則會出現陰極析氫。要有(you)穩定的電(dian)流(liu)效率，即(ji)消耗(hao)單位犧(xi)牲陽(yang)極所產生的電(dian)量（A·h/kg） 。原料充足，價格常(chang)用的犧(xi)牲陽(yang)極材料有(you)純Mg、Mg-Mn、Mg-Al-Zn-Mn、純Zn、Zn-Al、Zn-Sn、Zn-Al-Mn、Zn-Al-Ca、AI-Zn-Mg、Al-Zn-Sn 及(ji)Al-Zn-Ir等。
4.1.2 外加電(dian)流陰(yin)極保護法
用(yong)恒電(dian)位儀、整(zheng)流(liu)器(qi)、太陽能電(dian)池及直流(liu)發(fa)電(dian)機等作為(wei)電(dian)源，通過輔助(zhu)(zhu)陽極(ji)(ji)及陽極(ji)(ji)屏(ping)、參比電(dian)極(ji)(ji)等保護(hu)(hu)系統，實現(xian)陰極(ji)(ji)保護(hu)(hu)。通電(dian)流(liu)時輔助(zhu)(zhu)陽極(ji)(ji)不斷溶解(jie)。陽極(ji)(ji)
屏(ping)(ping)的作用是防止電流短路，擴大(da)電流分(fen)布(bu)范圍(wei)，確(que)保(bao)陰極(ji)(ji)保(bao)護效果，因此在陽極(ji)(ji)周圍(wei)涂(tu)上屏(ping)(ping)蔽層，即陽極(ji)(ji)屏(ping)(ping)。參比電極(ji)(ji)用于(yu)測(ce)量被保(bao)護結構(gou)的電位(wei)，向恒(heng)電位(wei)儀提(ti)供信號(hao)，以調節保(bao)護電流大(da)小，使被保(bao)護金屬處于(yu)保(bao)護電位(wei)范圍(wei)內。
Zn-Al-Ca、AI-Zn-Mg、Al-Zn-Sn 及Al-Zn-Ir等。
常用的輔助陽(yang)(yang)極(ji)(ji)材(cai)料(liao)有三類(lei)，一是可溶(rong)性(xing)陽(yang)(yang)極(ji)(ji)材(cai)料(liao)，例(li)如(ru)廢(fei)鋼鐵(tie)、鋁(lv)等；二是微溶(rong)性(xing)陽(yang)(yang)極(ji)(ji)材(cai)料(liao)，例(li)如(ru)硅鑄鐵(tie)、石墨(mo)、鉛合(he)金等；三是不溶(rong)性(xing)陽(yang)(yang)極(ji)(ji)材(cai)料(liao)，例(li)如(ru)鉑(bo)及鉑(bo)合(he)金等。
4.2 陽極保護
在不含CI-介(jie)質(zhi)中能促使(shi)金屬鈍化(hua)，進行陽(yang)極保護(hu)。被保護(hu)金屬通陽(yang)極電(dian)流，使(shi)之產(chan)生鈍化(hua)區。由于陽(yang)極保護(hu)使(shi)用條件(jian)受限制，因此不如陰極保護(hu)應(ying)用廣泛。
