金属腐蚀分析

金属腐蚀分析（共9篇）

金属腐蚀分析 篇1

1 引言

人们在日常生活和工业生产过程中经常遇到腐蚀现象。人们对腐蚀的认识还不够, 对其危害也不是很了解, 所以在防腐方面还缺乏有效措施。腐蚀的危害是相当严重的, 它不仅是对环境的污染、国家经济的损失及材料的消耗, 更表现在其潜在的危害, 如腐蚀产生的一些有毒物质对人们的身心健康产生危害及腐蚀引起的爆炸等。而锅炉的腐蚀则是腐蚀中的典型代表, 锅炉与人们的生产生活息息相关, 如果锅炉被腐蚀而发生故障, 在生活中可能导致不能给居民供暖, 在工业生产中, 可能使工厂不能生产而造成巨大的损失。在锅炉的故障中, 以过热器管, 省煤器, 水冷壁管的破裂为主, 以磨损和腐蚀为主要诱因。据相关统计, 从上世纪八十年代后期, 有60%以上的锅炉故障是由腐蚀引起的。所以我们很有必要对锅炉金属的腐蚀机理进行分析, 并提出相应对策。

2 锅炉腐蚀原因分析

铁是组成锅炉的主要结果材料。在自然界中, 铁元素常年以黄铁矿和红铁矿等氧化物和硫化物的稳定形势存在。人们将铁的氧化物和硫化物进行提炼为金属状态的铁, 应用铁制造一系列实用的器具, 包括锅炉等。由此, 我们知道金属材料 (如铁) 在含有氧化剂 (如空气、水、酸、碱等) 的环境中, 不可避免的会受到腐蚀。所以, 导致锅炉被腐蚀的原因也有很多种, 一般包括锅炉的内氧腐蚀、酸性腐蚀、碱性腐蚀。图1为金属 (以铁为例) 腐蚀的途径。

2.1 氧气对锅炉的腐蚀

锅炉受到氧气腐蚀时会呈现出溃疡状态。氧气对锅炉的腐蚀相当严重, 它可以氧化锅炉的金属表面时期遭到损坏。科学研究证明, 金属氧化腐蚀的空气相对湿度的临界值是不同的, 钢为70%, 铜为60%, 铝为76%, 铁为63%, 锌为60%。将金属存放于该临界值以上的环境中, 氧化腐蚀速度随空气相对湿度值的增加而不断加速。氧气对锅炉的腐蚀分为锅炉停用时的氧腐蚀和锅炉运行时的氧腐蚀两类。

2.1.1 锅炉停用时的氧腐蚀

锅炉停用时的氧腐蚀指的是锅炉在停用状态下, 不受任何保护的情况下, 空气进入锅炉内, 使得锅炉受到的腐蚀而生锈。这种在金属内表面生成并聚集的铁锈对腐蚀有很大的作用[1]。这种铁锈在锅炉运行过程中, 起着氧化剂的作用, 在氧气很多时, 可被还原为低价的氧化物, 所以在锅炉在工作状态时, 氧气对锅炉的腐蚀更为严重, 更为直接, 而当锅炉停止工作时, 被还原的低价氧化物又会被氧气氧化为高价的氧化物, 锅炉必然要在运行和停止状态来回切换过, 如此往复循环, 势必会导致腐蚀越来越严重, 而且氧腐蚀可在整个锅炉内发生, 覆盖面积大。

2.1.2 锅炉运行时的氧腐蚀

当锅炉的除氧系统不能正常运行时, 则锅炉中的氧气含量势必会增加。由于氧气的相对分子质量比较大, 所以最容易发生氧腐蚀的地方时是锅炉的下降管及汽包。而上升管由于氧气的浓度很小, 所以上升管受到氧气腐蚀的几率很小。

2.2 酸性腐蚀

锅炉的酸性腐蚀一般是由于操作不当进入了二氧化碳或是由于锅炉在燃烧煤、油等燃料时产生的硫以各种形式存在于烟尘中, 随烟气进入锅炉中, 使得锅炉受热面元件及吊挂件、固定件等受到腐蚀, 在不同的条件下会产生不同形式的硫腐蚀现象。由于酸性腐蚀产物是易容的, 在锅炉的金属表面不能形成保护膜, 所以, 酸性对锅炉的腐蚀是均匀的。

2.2.1 硫的腐蚀

由于煤、油中含有硫, 我国的燃煤锅炉中燃烧的煤硫的含量大部分都在0.5%~3%之间甚至更高, 可燃硫占其中的90%, 这部分可燃硫在煤的燃烧阶段H2S形成释放出来。同时煤炭在锅炉中燃烧时又消耗大量的氧气, 形成了还原性、半还原性环境, 从而使锅炉表面产生硫腐蚀。其反应过程如下:

(1) 有极少部分H2S燃烧时直接转化成SO3气体, 大部分H2S燃烧时生成SO2和H2O, 如方程式2H2S+3O2=2SO2+2H2O,

(2) 在生成的SO2气体中, 有1%~2%的SO2会进一步氧化生成SO3, 如方程式:

(3) 同时SO3与水蒸气反应生成硫酸而腐蚀铁, 如方程式, SO3+H2O=H2SO4 (蒸汽)

(4) 生成的硫蒸汽与锅炉表面的铁反应从而腐蚀锅炉

近年, 硫的腐蚀速度越来越快最大可达0.6mm/kh今后对酸性腐蚀要多加防范。

2.3 碱性腐蚀

碱性对锅炉表面也有很大的腐蚀作用。碱性腐蚀是锅炉系统最常见的腐蚀形态, 其分为脆性腐蚀与延性腐蚀两种。

2.3.1 脆性腐蚀

金属的脆性腐蚀可以归为应力腐蚀, 是金属在碱性环境的作用下, 金属元素的晶粒与晶粒之间存在了裂缝, 如果在应力 (尤其是交变应力) 较大的情况下, 就会使锅炉发生破裂, 从而造成非常严重的后果, 往往会导致设备脆性破坏事故的发生。

2.3.2 延性腐蚀

在对锅炉的碱性腐蚀中, 延性腐蚀是最常见的一种腐蚀形态。锅炉用的时间过长, 其表面就会存在水垢等附着物在水垢等附着物下面就会发生腐蚀现象。最终会导致锅炉穿孔。

一般情况下, 经过正常程序清洗的锅炉, 表面都会有一层Fe3O4薄膜, 该层膜可以对金属表面起到保护作用, 防止锅炉被腐蚀。只有Fe3O4被破坏时, 设备才会被腐蚀, 导致Fe3O4被破坏的重要因素是锅炉中的PH值过高或过低, 当锅炉中的PH=10左右时其腐蚀速率最小, 当锅炉中的PH>13或p H<8都会使得锅炉发生腐蚀现象。锅炉正常运行工作状态下, 其p H值应该保持在9~11之间, 在此范围内对锅炉的腐蚀降到了最小。但当锅炉金属表面有水垢等附着物时, 由于附着物的导热性比较差, 使得水垢下的金属温度不断升高, 导致了附着物下的水急剧减少, 而外界的水又不能及时补充, 其结果使附着物下的锅炉中水碱性浓度变得很高, 同时炉管温度急剧升高。当锅炉给水中存在游离的Na OH时, 附着物下的碱浓度会变得很高, 从而发生碱性腐蚀。

3 防止腐蚀的办法

(1) 现今有效的减少锅炉的腐蚀是发展的重要方向。其具体措施有以下几点:

(2) 为了防止氧气腐蚀的对锅炉造成的破坏应在金属表面应用抗氧化金属材料, 如在金属表面添加Cr、Mo等抗氧化元素。

(3) 抗硫化腐蚀最好的办法就是渗铝。在锅炉的表面渗铝还能提高其耐热性和耐磨性。据资料介绍, 800℃以下渗铝钢比低碳钢使用寿命高350倍。

(4) 为了防止碱性腐蚀要按时对锅炉应用专门的化学清洁用品及时清理, 防止其产生水垢等附着物。

(5) 同时, 我们也可根据腐蚀的防止技术出发, 对锅炉的安装和设计进行处理;在锅炉运行期间对其进行防腐管理, 尽量减少水和燃料的杂质;在水中加入药品, 使之去除锅炉中残余的污垢;在锅炉的维修、安装都要做好防腐工作, 从每一步细节开始, 将防腐蚀的工作进行下去;我们也要对锅炉的管理方面多加投入精力, 从根本上杜绝腐蚀现象的发生。

4 结束语

本文讨论了锅炉在运行过程中可能产生的几种比较严重的腐蚀形态及机理。主要从氧化腐蚀, 酸性腐蚀, 碱性腐蚀三个方面阐述了锅炉的腐蚀形态并提出了相应的解决办法。指出锅炉的防腐问题相当复杂且很重要, 我们在今后的研究中应成为重点研究的方向。今后对锅炉也要加强管理。

摘要：基于锅炉受到在酸性、碱性、高温等不同的环境的影响, 导致锅炉在运行过程中其过热器管, 省煤器, 水冷壁管等经常受到腐蚀, 本文对锅炉在酸性、碱性及氧化情况下的腐蚀机理, 进行了分析, 并提出了相应的应对方案。

关键词：锅炉,氧化腐蚀,酸性腐蚀,碱性腐蚀

参考文献

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[3]章燕谋.锅护与压力容器用钢[M].西安:西安交通大学出版社, 1989.

[4]陈旭俊, 黄惠金, 刘义.金属腐蚀与保护基本教程[M].北京:机械工业出版社, 1988.

[5]过家驹, 等.工业环境下腐蚀[M].上海科学技术出版社, 1987.

[6]王克武.电站锅炉腐蚀形态的分析[M].北京:化工腐蚀与防腐出版社, 1996.

金属材料应力腐蚀裂纹的探讨 篇2

关键词 金属材料；应力腐蚀；裂纹

中图分类号：TG111.91 文献标识码：B 文章编号：1671-489X（2013）06-0131-02

1 应力腐蚀概论

应力腐蚀指的是金属材料或结构处于静载拉应力与一定的腐蚀环境一起作用下所导致发生的脆性破裂。

1.1 金属材料应力腐蚀裂纹

金属材料于一定的腐蚀环境中，被应力作用，因着金属本身微观径路在设限范围内产生腐蚀而呈现裂纹的现象称应力腐蚀裂纹。应力腐蚀裂纹的特征是金属外表为脆性机械断裂。裂纹只产生于金属的部分区域，由内向外发展，通常是与作用力保持垂直状态。金属材料应力腐蚀裂纹同简单因应力导致的破坏不一样，其腐蚀在极其微弱的应力条件下也可以产生；金属材料应力腐蚀裂纹同单一因腐蚀造成的破坏也不一样，其腐蚀性最为微弱的介质也可以导致腐蚀裂纹。而处于严重的全面腐蚀状况下，则不易发生应力腐蚀裂纹现象。应力腐蚀外表没有变化，裂纹发展速度极快并且很难意料，因此可以说是一种具有极大危害性的破坏形式。它的破坏往往是无法意料的，就发展速度而言，能够达到孔蚀的数百万倍。导致设备发生渗漏现象及至爆炸，是所有腐蚀形态中最具危害的一种。

1.2 氢脆理论

依据裂纹发展阶段的电化学反应，可将应力腐蚀划分成阳极和阴极两个反应敏感型。具体说明：1）应力腐蚀阳极反应敏感指的是此类应力腐蚀裂纹的产生与发展阶段都是受裂纹处金属的阳极溶解制约的，裂纹的发展快慢也是由金属阳极溶解的快慢决定；2）应力腐蚀阴极反应敏感指的是此类应反应阶段中因阴极吸氢而导致的脆性破坏，其也称之为氢脆型应力腐蚀。而氢脆裂纹指的是金属材料在应力作用下，因为腐蚀反应所产生的氢为金属所吸收出现氢蚀脆化导致的裂纹。

金属材料并非是在各种腐蚀环境中均出现应力腐蚀裂纹。不同的金属材料的应力腐蚀均需一定的腐蚀环境。因各金属材料适用范围的逐渐扩大，腐蚀环境的类型也呈现数量增加的趋势[1]。

2 金属材料发生应力腐蚀的特征

通常所讲的应力腐蚀，即阳极反应敏感应力腐蚀。对于金属材料发生应力腐蚀的特征，可从4个方面来加以说明。

2.1 金属材料发生应力腐蚀裂纹必须是拉应力

只有处于应力（特别是拉应力）的状态下，才会发生应力腐蚀裂纹。发生应力腐蚀的应力属于其中的静态部分，它既可能是外加载荷或者装配力（包括拧螺栓、胀接力等）引发的应力，也可能是构件在制造、热处理、焊接等加工阶段中发生的内应力。不论来源怎样，造成应力腐蚀裂纹的应力一定包含拉伸应力的成分，压缩应力是不能引发应力腐蚀裂纹的。而且，此种应力往往是很轻微的，若不是在腐蚀环境条件中，此弱小的应力是不能够让构件产生机械性破坏的。促成破坏的应力值要依据材料、腐蚀介质等实际情况来定[2]。

2.2 促成一定金属材料产生应力腐蚀的环境介质是特定的

发生应力腐蚀的材料与介质并非任意的，只在两者处于某种组合时才能产生应力腐蚀。引发一般钢应力腐蚀的腐蚀介质包括的溶液有：氢氧化物；含有硝酸、碳酸盐、硫化氢的水；海水，硫酸与硝酸混合；融化的锌、锂；热状态的三氯化铁；液体氨。引发奥氏体不锈钢应力腐蚀介质包括的溶液有：具有酸性、中性的氯化物；海水；热融的氯化物；热状态的氟化物、氢氧化物[3]。

2.3 金属材料

通常极纯的金属不会发生应力腐蚀破坏，只是处于合金或者包含杂质的金属中才能够产生。因为金属材料与腐蚀环境互相作用的状况不尽相同，金属材料应力腐蚀裂纹也都不尽相同。裂纹或沿晶粒边缘发生；或延伸到晶粒内部而又明显分枝；裂纹或与晶粒边缘、晶粒内部都没有关系。

2.4 破坏过程

金属材料应力腐蚀裂纹，往往在没有意料的状况下突然产生，因此危害性非常大。具体表现为3个阶段：1）孕育阶段，系金属材料在应力腐蚀裂纹发生之前的时段，也是裂纹的成核前的准备时段；2）裂纹稳定发展阶段，在金属材料应力与腐蚀介质的互相作用下，裂纹渐渐发展时段；3）裂纹缺少稳发展阶段，此为最终的机械性破坏。此外，金属材料的应力腐蚀裂纹还具有一个特性——金属的裂纹同其自身厚度无关。

3 影响金属材料应力腐蚀裂纹的因素

3.1 环境方面

奥氏体不锈钢针对卤化物元素比较敏感。同理，有些铜合金针对含氨的环境也敏感。奥氏体不锈钢原本针对氯化物发生应力腐蚀十分敏感，可氯或者卤素离子并非唯一的决断因素，发生SCC还应当有氧存在。从对加铌的18-8不锈钢分析中得出结论，只需其中拥有百万分之几的氧就可以与氯化物一同促成应力腐蚀。奥氏体不锈钢于沸腾的MgCl2溶液内，唯氮浓度超出500×10-6才出现SCC；若氮浓度低于500×10-6时，就不产生应力腐蚀。溶液的pH值针对金属材料应力腐蚀的敏感性也具有非常大的影响[4]。

3.2 力学方面

通过对高强度铝合金7075-T6板材实验，若顺着轧制方向取样板实施拉伸试验，对应力腐蚀的抗力达到最强，门槛应力为420 MPa；若顺着板宽方向取样板实施拉伸试验，其门槛应力达224 MPa；若顺着板厚方向取样板实施拉伸试验，门槛应力只达49 MPa，几乎只达到轧制方向的十分之一。

热处理金属材料的不同强度，影响着金属材料应力腐蚀的裂纹发展速度与应力强度因素的关系。由此可见，当金属材料屈服强度居高时，裂纹发展呈现出两个阶段：开始阶段裂纹发展速率随应力强度因素的增多而增高；当应力强度因素增添到一定的数据时，裂纹发展速率便持续恒定，不再同应力强度因素有关。此实验结果很具有典型性，几乎全部的高强度钢包含马氏体时效钢，以及高强度铝合金均具有如此规律。

3.3 冶金方面

共包括三方面的影响：1）金属材料成份；2）金属材料组织；3）金属材料强度。

4 金属材料应力腐蚀裂纹控制途径

金属材料应力腐蚀裂纹是应力与腐蚀环境互相作用导致的。因此，只要去除应力与腐蚀环境二者其中的任一因素，就能够防止裂纹的出现。现实上既没有办法全部去除装置于建造时的残留应力，又没有办法让装置全部甩脱腐蚀性环境。采取以上办法防止应力腐蚀是不能够做到的。所以，往往是利用改变材料的办法克服这个问题。除此之外，焊缝部位因为热应变功效会发生较大的残余应力，而添加热量及冷却的热循环阶段，也会让金属材质出现变化。因此，针对焊缝部分应比针对焊接本体更为注意，应当细致检查是否产生金属材料应力腐蚀裂纹。具体可从4个方面进一步说明：1）应力抑制，降下拉伸应力，去除残余应力，可压低金属材料应力腐蚀裂纹敏感性；2）材料抑制，选取耐应力腐蚀金属材料，在金属材料应力腐蚀体系中，金属材料的屈服强度越高，就越低；3）采取阴极保护的措施；4）腐蚀抑制，有效改进设计，添充缓蚀剂或者消除介质内有害成分。

参考文献

[1]王丽，陈振茂.基于裂纹精细数值模型的应力腐蚀裂纹重构[J].无损检测，2010（9）：675-677.

[2]杨光辉.浅谈焊接接头应力腐蚀控制方法[J].城市建设理论研究，2011（19）.

[3]贾宝华，俞海涛.海中钢结构焊接工程技术[J].电焊机，2012（3）：1-8.

金属材料及防腐蚀措施分析研究 篇3

1.1 金属材料定义。

金属材料从广泛定义上来说, 是指金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。主要包括纯金属、合金、金属材料金属间化合物和特种金属材料等。

1.2 金属材料性能。

这里我们所说的性能主要是指它的机械性能。一般地可分为工艺性能和使用性能两类。所谓工艺性能是指机械零件在加工制造过程中, 金属材料在所定的冷、热加工条件下表现出来的性能。金属材料工艺性能的好坏, 决定了它在制造过程中加工成形的适应能力。由于加工条件不同, 要求的工艺性能也就不同, 如铸造性能、可焊性等。所谓使用性能是指机械零件在使用条件下, 金属材料表现出来的性能, 它包括机械性能、物理性能、化学性能等。金属材料使用性能的好坏, 决定了它的使用范围与使用寿命。

就目前来看, 在机械制造业中, 一般机械零件都是在常温、常压和非强烈腐蚀性介质中使用的, 且在使用过程中各机械零件都将承受不同载荷的作用。金属材料在载荷作用下抵抗破坏的性能, 称为机械性能。

金属材料的机械性能是零件的设计和选材时的主要依据。外加载荷性质不同, 对金属材料要求的机械性能也将不同。常用的机械性能包括:强度、塑性等。

2 金属材料防腐蚀措施分析

金属材料腐蚀与防腐蚀问题与现代科学技术发展和人民生活息息相关, 几乎所有金属材料都是在一定环境中使用。金属材料在使用过程中受环境的作用, 往往随时间的延长而逐渐受到损毁或性能下降, 通常称之为“腐蚀”或“老化”。自然环境主要是指大气、海水、土壤等环境, 它们对金属材料都会发生腐蚀作用。

笔者认为, 随着大型工程, 核电站, 石油与城市建设的发展, 大量的油、气、水管、电缆及其它金属构件大量埋入地下, 由于土壤造成的腐蚀损失也十分可观, 而这些损失是往往在出现漏油、漏气、火灾、爆炸等事故时才被发现, 加强腐蚀与防护问题更是十分突出。

鉴于这些情况, 笔者总结了些在实际工作中的防腐措施, 现形成文字如下。

2.1 可进行涂装材料。

这里我们对涂装材料有技术上的要求。在选用涂料时用经过工程实践证明其综合性能优良, 且能与国际接轨的一流产品;使用的涂料质量, 必须符合国家标准或国际相应涂料标准;涂料应配套使用。底、中、面漆宜选用同一厂家的产品;承包者采用任何一种涂料都应具备下列资料并报监理工程师审查。

2.2 涂装施工措施。

首先是金属材料的表面预处理。我们可以采用除涂层修补外, 应采用喷射方法进行表面预处理;喷射处理所用的磨料必须清洁、干燥。金属磨料应符合GB6484~6487的规定, 磨料料径应在0.5~1.5mm范围内, 磨料应不易碎裂, 粉尘少, 并符合环保条例的有关规定。矿物磨料粒径应在0.5~2.0mm范围内, 严禁使用河砂, 喷射处理所用压缩空气, 必须经过冷却装置及油水分离器处理, 以保证压缩空气的干燥、无油, 空气压力在0.4~0.6MPa范围。

其次是喷射处理后的金属表面清洁度等级:对于涂料涂装应不低于GB8923中规定的Sa212级, 对于热喷金属涂装应达到Sa3级, 对与混凝土接触表面应达到Sa2级, 手工和动力工具除锈只适用于涂层缺陷局部修理和无法进行喷射处理的部位, 其表面清洁度等级应达到GB8923中规定的St3级。

2.3 涂装工艺。

我们根据标书的规定, 制定涂装施工工艺规程报监理工程师批准后, 方能进行涂装施工。金属喷涂工艺可采用电弧喷涂或火焰喷涂, 优先采用电弧喷涂, 涂料喷涂应采用高压无气喷涂, 金属表面喷射除锈经检查合格后, 应尽快进行涂覆, 其间隔时间可根据环境条件一般不超过4~8h。各层涂料的涂装间隔时间, 应在前一道漆膜达到表干后才能进行下一道涂料的涂装, 具体间隔时间可按涂料生产厂的规定进行。金属热喷涂在尚有余温时, 再进行封闭涂料的涂装。

2.4 涂装检验。

首先是涂料涂装。我们要对涂料性能进行抽检, 还应对环境情况 (温度、湿度、天气状况及工件表面温度) 进行检测记录。涂装前应对表面预处理的质量、清洁度、粗糙度等进行检查, 合格后方能进行涂装;涂装结束漆膜固化后, 应进行干膜厚度的测定、附着性能检查、针孔检查等。

其次是热喷金属涂装。需要注意的是涂装前首先要对金属成份、纯度、直径进行抽检;还应对环境情况进行检测记录。涂装前应对表面预处理的质量, 清洁度、粗糙度等进行检查, 合格后方能进行涂装。只有在进行金属涂层的检验并确认合格后, 才能进行封闭涂料的涂装。

2.5 涂装监理。

在涂装施工单位质检基础上, 由监理工程师进行涂装施工全过程监理, 涂装监理除监督质量外, 还将监督涂装资金的使用情况, 确保涂装费用全部用在涂装施工上。

结语

近二、三十年来, 国内外腐蚀与防腐蚀科学成果辉煌, 据国内外有关部门和专家估计, 如果将现在腐蚀与防腐蚀科学知识得以普及, 可使腐蚀损失至少可减少30%。

笔者认为, 现代腐蚀科学正在迅速发展, 新的防腐蚀技术不断涌现, 加速了我国腐蚀科学知识的普及, 进一步把防腐蚀科学在各个领域的大量实际应用, 不仅对我国现代化建设发展意义深远, 而且还可大量节约国家能源, 保护资源, 减少污染, 减少灾害隐患, 提高社会, 经济和环境效益的有效途径。

摘要：金属材料被广泛应用于各种大型工程、核电站、石油与城市建设中, 由于各种外部因素造成的腐蚀损失十分可观, 加强腐蚀与防护问题就很突出。文章结合笔者的实际工作, 简述了金属材料定义、性能。在此基础上, 阐述了防腐蚀措施, 仅供参考。

关键词：金属材料,防腐蚀措施,应用施工

参考文献

[1]劳军, 陈发泉, 何克甫, 韦略.关于金属材料的防腐蚀措施的几点研究[J].民营科技, 2012 (09) .

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[4]韩长智等, 锌铝基重防腐涂料的开发与应用[J].现代涂料与涂装.2010 (08) .

[5]中国工业防腐蚀技术协会[J].全面腐蚀控制.2011 (8) .

金属腐蚀分析 篇4

【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.

涂漆金属的腐蚀因素及其腐蚀模型 篇5

腐蚀是材料在环境作用下引起的破坏或变质,而金属的腐蚀主要是化学或电化学作用引起的破坏(有时还包括机械、物理和生物作用)。实际上金属的腐蚀不仅仅是某一种因素引起的,而是多种因素共同作用的结果,但某种因素在腐蚀过程中起了主要作用。

金属涂装后,金属的腐蚀区域就在漆膜和金属界面区域内发生,然后向金属基体深处侵蚀。界面的氧化物对氧化还原反应起催化作用,促进氧化还原反应的电子及杂散离子均要经过漆膜、氧化物方可到达反应区,同时亦为金属和漆膜之间提供了结合力(即漆膜对金属附着力的一部分)。金属的表面状态及所形成的漆膜结合膜对抗蚀性质有决定性影响。漆膜若能隔离水、氧以及电子、杂散离子等的渗透就可避免发生涂漆金属的再锈蚀。实验证明,水的渗透率主要影响漆膜的附着力,而氧的渗透率则着重影响金属的被腐蚀程度。

涂漆金属的腐蚀集中起来可以划分为气泡、早期锈蚀、瞬时腐蚀、阳极腐蚀、阴极腐蚀、湿漆膜降低附着力等数种形式,其腐蚀形式虽多,但最终都与化学和电化学有关。

2 引起涂漆金属再腐蚀的因素

曾经做过这样一个实验:用冷轧钢板、喷砂钢板及天然锈钢板涂以同样的保护层,因为它们的表面状态明显不同,得到的保护效果也明显不同。喷砂钢板效果最好,而天然锈钢板最差,其被腐蚀速度竟相差百倍之多。天然锈钢板涂漆后,由于锈蚀产生的影响,尤其是阴极极化作用的影响,故腐蚀更为加剧。随着时间的推移,腐蚀速度逐渐加快。因此,涂漆金属的腐蚀不但与金属本身保护层有关,而且与表面处理、间界面特性及接触介质均有极大的关系。

2.1 金属基体的影响

金属基体由于熔炼、锻造存在的缺陷以及运输、堆放、加工过程中产生的均匀腐蚀、局部腐蚀,特别是消除应力所采用的不合理工艺造成的应力腐蚀以及局部腐蚀。而金属本身的缺陷,也增加了涂漆表面处理的困难,而其潜在的危险性极易为人们忽视。

由于金属表面存在缺陷和大气中含有水分及破坏钝化膜的活性离子(如Cl-、Br-、HS-),使钝化膜薄弱处被破坏,而微小的膜破口处的金属成为阳极,破口周围大面积的膜成为阴极,腐蚀迅速向纵深发展。这种缺陷不容易彻底根除,涂漆后也不能阻止金属腐蚀向纵深发展。

另外,金属内部由于应力及氢原子的作用,使得金属易在层与层间、晶界处、原子间发生腐蚀,这种腐蚀更加难以用普通的方法来消除。

因此,涂装前对金属基体进行妥善、相应的工艺处理,是改善金属腐蚀的基础。

2.2 漆膜性能的影响

对需要保护的金属表面通常覆盖一层有足够抗蚀性的金属、非金属或化学保护层,有时还使用暂时保护层,将金属与周围介质隔离,以减少腐蚀作用,从而达到保护的目的。

非金属油漆保护层具有施工方便、成本低廉、抗大气腐蚀及耐潮性好等优点,故应用比较普遍。

漆膜性能对金属的再腐蚀有很大的影响,影响漆膜性能的因素很多,主要由组成漆膜的合成树脂、枝键空间分布、结晶度、溶解度、极性基团及其数目、分子量、自由能及运动的自由度决定的。漆膜的形成通常经溶剂的挥发、氧化聚合、热固化、红外固化及交联固化,最后形成致密的漆膜。漆膜能隔绝活性离子对基体的腐蚀,漆膜的绝缘性能也限制了电子的传导和杂散离子的扩散作用。而无机涂料(以锌粉为主的富锌漆)形成的漆膜是导电的,它的作用类似阳极保护,使金属获得电化学保护。

愈来愈多的防锈、带锈涂料的应用,使得漆膜性能及金属的腐蚀性能有了可喜的改善。理想的防锈、带锈涂料是漆液可以与金属表面发生反应,生成可溶性极低的化合物,在金属和漆膜之间生成一层致密的、稳定性极好的钝化膜,增强漆膜的附着力,并同时抑制了阳极和阴极的反应,抑制氧和氢离子的集结。

然而,鉴于原材料质量、配方设计、制造、贮存、运输及涂装施工工艺不够完善和不合理等问题,难以得到预想的漆膜性能。因此,形成的漆膜存在许多缺陷。漆膜在受到热、光、化学介质、辐射、霉菌及碰撞等影响时,就会在表面发生失光、粉化、龟裂、脱落、生霉等现象,漆膜内则发生了解聚、断链、分解等一系列的分子变化。这时水分子、氧分子以及电子、杂散离子等就从这些缺陷及高分子支链空间穿越、渗透,经过漆膜,因而改变了漆膜的电性能及变化规律,破坏了平衡,从而造成了金属的腐蚀。

所以,需改善涂料的性能,使之成膜后能有效地阻止水、氧及杂散离子渗透到漆膜金属界面处,并能有效地起到化学抑制和钝化金属表面的作用,有效地保护和延缓金属再腐蚀的发生。

2.3 施工预处理和环境的影响

涂漆金属再腐蚀的原因固然很多,但与表面和漆液预处理及环境等有着直接的联系。

由于金属表面质量差、形状复杂、缺陷较多,给除油、除锈工作带来极大的不便,未能彻底除去油、锈以及焊剂、可溶性盐的污染及旧有的漆膜;由于焊接质量过于粗糙且没有进行仔细的打磨、清理焊缝和焊渣,其尖峰处难于被涂层覆盖;表面处理后放置时间过长、保护不当,与污染物接触,使清洁面重新被污染;脱脂溶剂发生潮解,造成Cl-等活性离子附在表面膜上;清晰溶剂未能定期更换,其中污物含有程度较高,降低了溶剂的清洗性能;酸、碱洗后漂洗不干净,酸洗液中含有Cl-;磷化成膜后未能及时钝化处理及密封处理,致密性差,膜中含有电解物质,使膜的耐蚀性能下降;热处理后未能彻底脱除表面盐膜等,这些均将造成漆膜附着力严重下降及金属与漆膜间界面处的平衡失调。

在湿度太高、温度太低的环境中施工,会使漆膜产生发白等现象;稀释剂和漆液中含水量超标,多组分涂料未按正确比例调配或错用稀释剂、固化剂等造成涂料综合性能的改变;使用涂料时未能彻底搅拌,涂料不均匀;底漆、面漆及中间漆与腻子不配套,涂料未按工艺过滤;喷涂次数过多或过少,施工粘度过高或过低,以及所用压缩空气中的油水分离不够好,使气体中含水、油量过高;前道漆和后道漆间隔时间过长或过短,施工场地污染严重;施工后未能按工艺及时采用合理的方法使漆膜干燥;未干之前和硬物接触、碰撞产生划痕及碰伤等,都会造成漆膜性能及漆膜与金属之间结合强度的下降。

因此,提高涂漆前预处理质量,加强工艺的规范化及合理性,加强施工中的质量管理及控制、测试仪器和方法的规范化及准确性,才能有效地防止金属涂漆后的再腐蚀。

3 涂漆金属的腐蚀模型

漆膜对金属的保护作用,取决于漆膜的综合理化性能,而漆膜与金属相互作用的结合强度则是其中的一个决定性因素。前苏联学者E.A.安得留辛等在研究漆涂钢板腐蚀动力学的基础上,结合漆膜同金属相互作用的结合强度,对涂漆金属的腐蚀作了深入细致的研究,其模型所得的计算结果和实验数据相当吻合。

以涂漆和未涂漆的CT3号钢在水中作实验,利用可产生趋肤效应的电阻法,求得腐蚀和时间的关系曲线。

图一所示为CT3钢在20℃蒸馏水中的质量损失与时间的关系曲线。1—无涂层,2—涂层为YP-1161聚氨酯磁漆的eII-0156底漆(涂层厚度为70±10um),3—涂层为AC-2106M丙醛烯基磁漆和BII-02底漆(涂层厚度为50±10um)。

涂漆和未涂漆金属的腐蚀速度k,在实验开始阶段其速度的最大值均是k0,随后则明显下降并达到稳定值k<

这一腐蚀模型的基础是假定腐蚀速度k与未被漆膜及腐蚀产物覆盖的表面活性部分的分率成比例:

式中:k0——初始腐蚀速度(g/m3·h);

θ`、θ``——被漆膜和腐蚀产物分别覆盖的表面分率。

假定稳定过程中腐蚀产物膜层的破坏速度与θ`成比例:

并且,当时间t=0和t→∞时,θ`值相应等于θ`0和θ`∞,则同t的关系式为:

其中a为常数。

方程(3)表明在水分作用下漆膜粘接强度变化的动力学关系与有关的资料相符,并可以近似地认为:

当t=0和t→∞时,θ``值相应等于0和(1-θ`∞)。

解微分方程(4)得:

将以上得到的θ`和θ``值代入方程(1)中并对t求积分,则可得出金属的质量损失△M与时间的关系。

长时间的暴露条件下,即t→∞时,腐蚀过程趋于稳定,则:

式(7)中的线性与实验数据是相符的。

将式(7)和式(1)相比较,可以得出结论:由于漆膜与金属的相互作用,使k`值降低了(1-θ`∞)倍。

如果漆膜的保护效果取决于它对金属的结合强度,则由于漆膜下的腐蚀速度比不变,就可对水分长时间作用下漆膜的残留粘结合强度求出相对的估算值:

式(8)中,对于聚氨酯漆和丙烯基漆来说,它们(1-θ`∞)k`分别为5.5X10-4和-2.5X10-4g/m·h,可得到A=2.2。如果借助压力和所得到的漆膜结合强度的相对计算值可知,由定性得出的结论和实验数据是相符合的。

在测定漆膜的结合强度时,应测出钢质基体到呈十字形冲裂的漆膜开始成片地剥落时的允许最大延伸量s。

式(7)可以对金属涂漆后的腐蚀损失进行长期的预测,在求式(7)的自由项时,系仅考虑了实验初始时的气象条件而得出的。

预测所得到金属的质量损失与实测数据是基本一致的。采用这一模型来预测金属涂漆后的腐蚀速度及金属的损失量对生产实践将具有很大的参考价值。

摘要：本文详细介绍了涂漆金属的腐蚀机理并分析了引起腐蚀的因素,以使能进一步了解漆膜特性,改进涂漆工艺。采用新型耐蚀材料改善漆膜耐蚀性能,从而延缓金属腐蚀,延长金属使用寿命。

关键词：金属腐蚀,涂料

参考文献

[1]张康夫,等.防锈封存包装手册[M].北京:第三机械工业部三0一研究所,1982.

[2](英)U.R艾万思著.华保定译.金属的腐蚀与氧化[M].北京:机械工业出版社,1976.

金属的应力腐蚀 篇6

1987年6月22日,一辆液氨储罐车沿安徽太和到亳州的公路上疾速行驶.钢制的液氨罐长3.45 m,直径约1m.当罐车司机欲减速通过集市时,突然一声巨响,液氨罐一分为二,后封头像一片飞碟飘然而去,飞出64.4m处击中一堵墙壁,洞穿而过.更令人不可思议的是巨大的筒体也挣脱羁绊腾空而起,像一枚火箭,喷撒着气化了的液氨从人们的头上掠过.地球的引力使筒体跌落在地.然而,巨大的反冲力竟使筒体再次腾空而起,飞行总距离达97m之多.小小的集镇顷刻间酿成10人死亡,52人重伤的惨剧.一批专家学者用现代化的手段对“火箭”的空壳前进行了认真的分析:原来是钢罐的焊缝存在着长达40mm焊接缺陷,在应力腐蚀作用下发展成为裂纹.在1.5MPa的压力下,应力腐蚀裂纹迅速扩展,继而贯穿罐壁.液态氨泄漏后迅速气化而吸收热量,使裂纹处温度很低,这大大降低了材料抗断裂的断裂韧性值,当裂纹长度达到临界值时氨罐封头突然断裂.由于瞬间的减压,大量的液氨急速气化,从而上演了一出惨剧.类似的应力腐蚀在石化行业中广泛发生.2000年的调查结果表明,在燕山石化公司等13个大型石化和化工企业中,由于应力腐蚀所造成的经济损失约为其总产值的3.8%左右,这实在是一个庞大的数字.

金属结构的腐蚀破坏事故在其它行业中也经常发生.1982年9月17日下午,日本航空公司上海至东京JL792航班的DC-8喷气式客机从上海虹桥机场起飞9min后因飞机液压系统发生故障而返回虹桥机场降落,飞机接地后径直向北冲出跑道,穿过二百多米的草地,冲破机场铁丝网,又冲向机场护场沟,飞机头重重地撞在沟壁上,造成机上113名乘客和机组人员中的27人受伤.专家们从爆破的机载紧急刹车高压气瓶中找到了事故的元凶,原来是高压气瓶内壁的应力腐蚀裂纹扩展引起爆破,损坏了液压系统的管道及部分附件,使飞机襟翼系统和正常及紧急刹车系统失效,致使飞机着陆速度过快,从而造成了这次重大事故.

在应力腐蚀造成破坏的同时,人们也设法利用应力腐蚀达成一些目的.早在60多年前,德国的反战人士利用依据应力腐蚀原理制成的定时炸弹几乎改变了二次世界大战的进程.美国历史学家威廉·夏伊勒在《第三帝国的兴亡》中生动地记述了反战人士用它刺杀希特勒的行动[2].

在1943年2月间,德国在苏联作战的中央集团军参谋长冯·特莱斯科夫将军等反纳粹人士准备在希特勒飞回腊斯登堡的大本营时炸毁希特勒的座机以刺杀他.经过多次试验,特莱斯科夫将军和他参谋部的年轻军官费边.冯.施拉勃伦道夫决定使用英国特工人员常用的定时炸弹.这是借应力腐蚀引信引爆的定时炸弹,没有使人警觉的导火索燃烧时的嘶嘶声或钟表走动的滴答声.2月13日晚,特莱斯科夫将军请希特勒的一个随员海因兹.勃兰特上校带两瓶白兰地给陆军总司令部的赫尔莫特·斯蒂夫将军.在送行到机场时施拉勃伦道夫启动了伪装成白兰地的定时炸弹上的定时装置,把它交给了走向希特勒座机的勃兰特.按起动按钮会从一个小瓶子中流出一种腐蚀性很强的化学药品,它把一根拉住弹簧的张紧了的金属丝腐蚀断(图1),弹簧会猛地把撞针一推,击发雷管引起爆炸.然而,这次雷管被撞击之后未能发火爆炸,致使希特勒逃过一劫.1944年7月20日中午,施道芬堡上校在希特勒的“狼穴”大本营会议厅中成功地引爆了同样的定时炸弹,不过桌子坚实的橡木底座再一次救了希特勒的命.

目前,应力腐蚀的原理还有不同的解释,但大家公认发生力应力腐蚀必须具备两个基本条件:一是拉伸应力,二是腐蚀环境.人们采取各种措施防止腐蚀和应力腐蚀的发生:在金属表面覆以防腐层、研制抗腐蚀材料、添加缓蚀剂或者降低腐蚀介质中腐蚀离子浓度以及消除裂纹类缺陷等,与此同时人们也大力研究应力腐蚀下的裂纹扩展的规律.

学者们的研究结果表明,利用断裂力学理论描述应力腐蚀裂纹扩展规律是恰当的.控制裂纹扩展的力学参量称为应力强度因子K1,人们通过实验发现,可以用下式描述在应力腐蚀作用下裂纹长度a随时间t增加而扩展的速率与应力强度因子K1之间关系

式中C1,C2是由材料决定的常数.有了这个结果,人们便可以找到时的K1,这是不发生裂纹应力腐蚀扩展的最高界限值,被称为应力腐蚀界限强度因子K1scc,它因材料而异.只要控制所存在裂纹的K1

断裂力学为我们提供了处理裂纹在应力腐蚀下破坏的分析手段.在炸弹定时装置中张紧的金属丝刻痕就是类裂纹缺陷,利用给定的材料参数和几何参数不难算出引爆炸弹需要的时间,反之,也可以给定引爆需要的时间而选择直径适当的金属丝.

参考文献

[1]克舍H著(德)．吴荫顺译．金属腐蚀．北京：化学工业出版社，1984

水库金属结构腐蚀处理 篇7

1 水库金属结构腐蚀的原因

金属结构的腐蚀, 指的是金属返回自身最初自然状态的、稳定氧化化合物状态的全部过程, 而锈则是在这一个过程中所生成的无机物综合体。但是腐蚀的现象, 不仅仅只是金属结构与空气中的氧, 单纯的结合而产生的结果, 事实上还是金属结构的表面在电解质溶液的条件作用下, 金属原子逐渐的失去电子从而变成阳离子, 并且与水酸离子等等进行氧化还原反应的电化学过程。正是因为这样, 金属结构表面上的水份以及金属内部的其他元素以及杂质, 才是造成金属结构腐蚀现象的最主要原因, 而在焊接的部位或者是进行过加工的面等等地方, 其表面的增大也是促成金属结构出现腐蚀的原因。

2 有效处理水库金属结构腐蚀的施工工艺

2.1 涂层材料选择

铁, 属于比较活泼的金属, 在电化学的反应中处于比较低的电位, 作为阳极而被氧化。所以说, 只要能够使得铁转换成为负极, 也就能够有效的减少电子的流失, 从而有效的阻止铁被腐蚀。由此在涂料的选择方面, 要使用更为活泼的金属或者是更容易被氧化的金属代替铁参加相关的反应, 而这种金属的电位要比铁的电位更低, 通过这种活泼金属的不断溶解消耗, 向铁提供保护的化学电流, 从而避免腐蚀的现象发生。而这种符合条件的金属可以是镁、铝、锌等等, 而相对于镁、铝来讲, 锌更适合于较低电阻率的水环境。

2.2 喷砂除锈

喷砂除锈相比于手工以及电动工具的除锈来说, 处理之后的表面更加能够达到粗糙度的标准要求, 而比较合适的粗糙度能够确保涂层与基底之间很好的咬合, 从而实现比较理想的结合力。而通过手工的除锈是不能除去附着牢固的氧化层的, 而表面的清洁度、粗糙度也很难能够达到标准要求;电动工具类的除锈有抛光的作用, 但表面的粗糙度也是很难达到标准要求的。要注意的是这一道工序是非常关键的, 衡量除锈工作是给否进行得好往往有两个指标:表面的清洁度以及表面的粗糙度。表面的清洁度指的是除去金属结构表面的氧化皮、铁锈以及其它附着物的完成程度, 而清洁度的等级越高的话, 其涂层的保护效果也就随之越好;表面的粗糙度指的是金属结构表面的粗糙度。比较合适的粗糙度能够使得涂层和基底得到比较好的咬合, 也就随之具有比较理想的结合力, 而对于钢板来说用钢砂除锈的效果是比较好的。在评定表面清洁度的时侯, 被查基体金属表面与相应的照片进行目视的比较, 用比较块样法来评定表面的粗糙度。经过处理的金属结构表面除锈等级应该要达到Sa2.5级, 而粗糙度则应该在Rz40~80um的范围之内, 并且要干燥没有灰尘。

2.3 喷涂

喷涂的工作与除锈工作之间的间隔时间要尽可能的缩短, 而喷涂的工序有3个衡量的指标, 分别是外观、厚度以及结合性能。涂层的外观应该是均匀的, 没有起泡的、粗的颗粒、鼓起的、裂缝的以及掉块等等这些缺陷的;厚度则是用测厚仪按照规范的要求进行相关的测量;涂层的结合性能检查可以用切割试验法来进行。

2.4 刷漆

在刷第一道底漆的时候, 应该是在金属结构的表面涂层还仍有余温的时侯来进行操作。另外, 刷漆的质量检验也有3个指标, 分别是外观、厚度以及附着力。涂层的外观应该是均匀的、光滑的以及没有杂物、流挂、起皮、皱纹、鼓泡、粗颗粒、裂缝以及漏涂的;厚度也是用测厚仪来进行测量, 应该符合DL/T5018-94中的相关条款规定;附着力应该用切割试验法来进行检查。

3 结论

总而言之, 金属结构的腐蚀问题在水库的实际使用当中, 是不能够被忽略的重要问题。相关的工作人员必须要严格的按照每一道工序来进行认真的施工, 并且要在水库投入使用以后, 定期的、及时的进行相关的质量检测, 一旦发现了任何的问题, 就要立刻做出相关的正确处理。只有这样, 才能够确保投入使用的水库是最佳的状态, 也才能确保人们的生活、工作不受到影响。

摘要：在水库的使用过程中, 往往会出现这样那样的问题, 而金属结构的腐蚀问题绝对是影响到水库使用周期以及工程安全性的严峻问题。本文简单的探讨水库金属结构腐蚀的原因以及有效的抗腐措施。

关键词：水库,腐蚀,防锈,处理

参考文献

[1]潘绍财, 姜晓刚.金属防腐新技术在参窝水库溢流坝检修闸门中的应用[J].吉林水利, 2005.

[2]李标, 郑圣义.流溪河水电站泄洪闸门、启闭机检测及复核计算[J].大坝与安全, 2001.

[3]陆致琛.我国水工金属结构防腐方法简介[J].广西水利水电, 2002.

[4]石峰, 林波.老石坎水库闸门制造中防腐施工质量控制[J].浙江水利科技, 2003.

金属的腐蚀与防护考点剖析 篇8

1.金属腐蚀的实质:金属原子失去电子被氧化消耗的过程, 即:M-ne-=Mn+.

2.金属腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀, 其中电化学腐蚀是金属腐蚀的主要方式.两者的关系见表1.

3.电化学腐蚀分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀, 其中吸氧腐蚀是电化学腐蚀的主要方式.两者的关系见表2.

4.金属腐蚀快慢规律

规律1 在同一电解质溶液中, 电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>应用原电池原理有保护措施的腐蚀>应用电解池原理有保护措施的腐蚀.

规律2 同一种金属在不同介质中腐蚀的快慢顺序为:强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液.

规律3 对于活动性不同的两金属, 活动性差别越大, 氧化还原反应速率越快, 活泼金属腐蚀越快.

规律4 对于同一种电解质溶液, 电解质溶液浓度越大, 腐蚀越快 (除钝化外) .

规律5 纯度越高的金属, 腐蚀的速率越慢 (纯金属几乎不腐蚀) .不纯的金属或合金, 在潮湿的空气中腐蚀速率远大于在干燥、隔绝空气条件下的腐蚀.

5.金属防护的方法很多, 主要从金属的本性和介质两个方面考虑, 分为以下三类:

(1) 改变内部结构或化学成分法.如把铬、镍等加入普通钢中制成不锈钢.

(2) 表面覆盖法.在金属表面覆盖致密的保护层, 使金属跟周围介质隔离开来, 这是一种普遍采用的防护方法.如在钢铁表面涂油漆、覆盖搪瓷等物质, 使钢铁制品不与空气或水接触, 或在钢铁表面镀上一层其它金属, 如Zn、Sn、Cr、Ni等.这些金属能被氧化而形成一层致密的氧化物薄膜, 阻止水和空气等对钢铁的腐蚀.

(3) 电化学保护法.利用电化学原理让被保护金属表面富余大量电子, 抑制金属被氧化.如形成原电池, 把被保护的金属作正极 (又称牺牲阳极的阴极保护法) ;或外接直流电源, 将被保护金属接到电源的负极, 并形成闭合回路而避免腐蚀 (又称外加电源的阴极保护法) .

此外, 减少腐蚀介质的浓度, 控制环境的温度和湿度, 在腐蚀介质中添加能降低腐蚀速率的物质 (称为缓蚀剂) 等都能减少和防止金属腐蚀.

二、考点例析

考点一 金属腐蚀内涵的理解

例1 以下现象与电化腐蚀无关的是 ( )

(A) 黄铜 (铜锌合金) 制作的铜锣不易产生铜绿

(B) 生铁比软铁芯 (几乎是纯铁) 容易生锈

(C) 铁质器件附有铜质配件, 在接触处易生铁锈

(D) 银制奖牌久置后表面变暗

解析:本题直接考查金属腐蚀的实质及分类. (A) 、 (B) 、 (C) 项都因形成原电池属于电化学腐蚀, (D) 项是金属直接被氧化属于化学腐蚀.

答案: (D)

例2 水槽中试管内有一枚铁钉, 放置数天观察:

(1) 铁钉在逐渐生绣.

(2) 若试管内液面上升, 发生_____腐蚀, 电极反应:负极:_____, 正极:_____.

(3) 若试管内液面下降, 则原溶液呈_____性, 发生的电极反应:正极:_____.

解析:本题依据实验现象综合考查了电化学腐蚀的条件及实质, 体现了分析能力和综合运用能力.试管内液面上升, 说明空气中的氧气被消耗掉, 即发生了吸氧腐蚀;试管内液面下降, 说明介质与金属反应产生了新的气体 (H2) , 即发生了析氢腐蚀.

答案: (2) 吸氧;; (3) 较强的酸性;

考点二 金属腐蚀快慢的比较

例3 下列容器中盛有海水, 纯铁在其中被腐蚀时, 由快到慢的顺序是 ( )

(A) ⑤②①④③ (B) ③②⑤④①

(C) ⑤④②③① (D) ⑤②①③④

解析:①中纯铁在海水中的腐蚀属于化学腐蚀.②、③构成原电池, 其中②中铁是负极, 属于原电池原理引起的腐蚀, ③中铁是正极, 属于利用原电池原理有保护措施的腐蚀.容器④、⑤构成电解池, 其中④中铁是阴极, 属于利用电解原理有保护措施的腐蚀, ⑤中铁是阳极, 在外加电流作用下铁不断溶解, 腐蚀速率较快, 属于电解原理引起的腐蚀.根据规律1, 得出铁腐蚀快慢顺序:⑤>②>①>③>④.

答案: (D) .

例4 一根铁丝插入煮沸过的蒸馏水中, 铁丝上有三点:A (水面以下) 、B (水面) 、C (水面以上) .问:

(1) A、B、C三点哪点腐蚀最快?

(2) 若向蒸馏水中加入少量食盐, B处的腐蚀速率将如何变化?

(3) 若将蒸馏水换成:①0.1 mol/L H2SO4溶液, ②1 mol/L H2SO4溶液、③ 18.4 mol/L H2SO4溶液, 则A处腐蚀快慢顺序是.

解析: (1) A在蒸沸的蒸馏水内部, 因缺少氧气, 很难形成电解质溶液, 几乎不腐蚀.B在水面处, 发生了电化学腐蚀 (吸氧腐蚀) .C在水面以上, 与氧气发生化学腐蚀, 根据规律1, 得出腐蚀快慢顺序为B>C>A, 即B腐蚀最快.

(2) 蒸馏水中加入少量食盐 (强电解质) , 构成了原电池, 根据规律2, B点腐蚀速率远大于以前.

(3) ①、②硫酸为稀硫酸, 根据规律4, A处铁丝在②中的腐蚀速率比①中快, ③中18.4 mol/L的硫酸 (98%) 是浓硫酸, 遇到铁很快发生了钝化, 几乎不腐蚀.综上所述, A处腐蚀快慢顺序为②>①>③.

考点三 金属防护的应用

例5 在长期的生产实践中, 人类对各种金属器件的防锈问题已找到一些比较理想的措施.①农机具采用_____:②埋入地下的输油管道采用_____;③远洋巨轮船采用_____;④大型水库的钢铁闸门采用_____. (③④填写方法) .

解析:本题具体考查了金属的防护方法, 体现了学以致用的特点, 具有重要的经济意义和社会意义.

答案:①保持表面光洁、干燥、涂矿物油;②涂防锈油漆:③牺牲阳极的阴极保护法;④外加电源的阴极保护法.

金属腐蚀的分形特征 篇9

在复杂环境作用下,腐蚀是材料逐渐丧失其使用功能的一种现象。据统计,在材料、化工工程领域中,腐蚀现象是导致材料结构功能失效的主要原因。

在腐蚀科学与工程中,根据腐蚀图像,可得到大量的材料腐蚀信息。例如,在金属腐蚀图像中,蚀坑的分布情况、形状以及深度,直观地记录着该金属的腐蚀信息。深入探索腐蚀图像,利用相关软件可拟合出表征腐蚀形貌的特征参数———分形维数,该维数是判别腐蚀类型、程度,研究腐蚀规律与特征的重要依据,为人们分析金属腐蚀的发生和发展及其变化规律,提供了数值参考。

法国数学家Mandelbrot于1968年创立分形理论,并将其发展为一类自然几何理论,该理论可描述复杂的几何对象,并对欧氏几何无法分析的对象加以描述。在自然界中,大多数物体的表面是不平整的,这些看似无规律可循的几何对象,在其局部和整体之间却存在着自相似性,而分维数便可以描述此特性。金属材料的腐蚀形貌也是无规则、不光滑、凹凸起伏的。因此,在一定量度范围内,这种无规则的形貌具有分形的特征。

2 分形维数及其计算方法的简单介绍

定量描述自相似分形特征的参数叫做分形维数,文章用到的分形维数是Hausdorff维数D[1]。若任意一个有固定维数的几何体,可用“尺度δ”度量其维数,结果为一确定的数;当用小于“尺度δ”度量,其维数是无穷大;当用大于“尺度δ”度量,其维数为零。简单的说,就是把一个几何对象每边放大L倍,若它本身变为原来几何体的K倍,则该对象的Hausdorff维数是

分形维数的计算公式是

式中:δ表示小立方体的边长,N(δ)表示覆盖被测形体所需小立方体的数目。

估算对象的分形维数可按以下三个步骤完成[2]:(1)对研究对象采用不同的尺度测量,得到相应的测度(周长、面积、体积等);(2)根据(1)中得到对应尺度,测度数据,计算出它们之间的双对数关系,使用最小二乘法对数据点进行拟合;(3)估计拟合直线的斜率,即Hausdorff维数。

出于算法的可操作性,文章主要介绍三维图像分维数计算方法中的计盒维数法和三角棱柱法。

3 计盒维数法

盒维数又称计盒维数,是通过盒子覆盖图形再计算盒子数目来估计分形维数的,主要包括盒维数法、差分盒维数法、三棱镜盒维数计算法。

3.1 盒维数法

将边像素点为M的原始方形图像划分为N×N的连续网格,则每个网格的边像素为r=M/N。在每个网格上,用边长为N的立方体盒子从投影面开始堆砌。将灰值图像想象成一个在三维空间中的分形曲面,统计覆盖该曲面的最小盒子数N(r),则原始图像的分形维数D由下式决定:

其中:c是常数,分别对等式两边取对数,得到:

再用最小二乘法拟合出ln N(r)相对于lnr的斜率,也就是该图像区域的分形维数D。

3.2 差分盒维数法[4]

与3.1盒维数法中方法相同,划分后的原始图像,其每个网格的边像素为r=M/N。然后在每个网格上,用边长为r的立方体盒子从投影面开始堆砌。将灰值图像想象成一个在三维空间中的分形曲面,利用序号为l和k的盒子,分别包含每个网格对应的灰度面上的最大灰度值和最小灰度值,则有:

其中,i,j为图像坐标,l,k为盒子序号,nr(i,j)为覆盖网格(i,j)对应的灰度面所需的最小盒子数。因此,覆盖整个原始图像所需的最小盒子数Nr为:

那么分维数D为:

对于不同值的r,计算其相应的Nr,再采用最小二乘法拟合InNr-ln(1/r),所得直线方程的斜率即为分形维数D。

4 三角棱柱法

三角棱柱法主要考虑目标图像上的面状特性。与上述两类方法相同,划分后的原始图像,其每个网格的边像素为r=M/N。网格中心点的像素值为4个角点像素的平均值,中心点将网格顶部分成4个三角形,分别计算这4个三角形的面积,其和即为网格的表面积A,如图1所示。改变网格尺寸N,重复上述计算,从而得到图像表面积A与网格尺度N之间的关系:

则图像的分维数为2-B。

5 金属腐蚀图像的分形特征

图2与图3均为从生活中获得的两幅金属腐蚀图像的灰度图,将图像信息存入2204×3920矩阵中(根据像素大小选择矩阵大小)。其灰度值有28个量级,即灰度值的范围是0-255之间的整数,其中0表示图像全白,255表示图像全黑。灰度值能反映原始图像中金属腐蚀的凹凸起伏情况。

分维作为表明图像复杂程度的一种度量,与人类视觉对纹理和粗糙程度的感知是一致的。因此分维值越大,则表面越不规则,越粗糙;反之,则趋于平整光滑。上述两幅图中,图2的腐蚀程度更大。下面运用MATLAB软件,根据上述三种算法编程来计算该金属表面腐蚀形貌的分维值,由此可判断分维值是否能用来描述腐蚀程度。

5.1 传统盒维数法求解分维数

根据传统盒维数法,我们运用MATLAB软件编写的代码运行结果如下:图2的分形维数是2.4580,其拟合图像见图4;图3的分形维数是2.4154,其拟合图像见图5。

5.2 差分盒维数法求解分维数

根据差分盒维数法,我们运用MATLAB软件编写的代码运行结果如下:图2的分形维数是2.4820,其拟合图像见图6;图3的分形维数是2.4262,其拟合图像见图7。

5.3 三角棱柱法求解分维数

根据三角棱柱法,我们运用MATLAB软件编写的代码运行结果如下:图2的分形维数是2.4664,其拟合图像见图8;图3的分形维数是2.333,其拟合图像见图9。

6 结束语

第5节中,三种方法对图2、图3的计算结果汇总见表1。从表1可知,图2的分形维数要比图3的分形维数大,而且三种方法算出的维数近似相等。图2的分形维数约为2.4688,图3的分形维数约为2.3915。计算结果说明图2的腐蚀程度大,这表明分形理论可以用来描述金属腐蚀程度。

参考文献

[1]张济忠.分形[M].北京:清华大学出版社,1995.

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[3]段世铎,林强,王积分,等.分数维数对V型催化剂表面纹理及催化性质表征[J].高等化学学报,1992,13(10):1299-1301.

[4]CHAUDHURI B B,SARKAR N,Texture segmentation using fractal dimension[J].IEEE Trans.on Pattern Analysis and Machine Intelligence,1995,22(10):1109-1113.