第五章腐蚀的控制⽅法
在不同情况下引起⾦属腐蚀的原因是不尽相同的，因此根据不同情况采⽤的防腐技术也是多种多样的。
在⽣产实践中⽤的最多的防腐技术⼤致可分为如下⼏类：
1、合理选材，根据不同介质和使⽤件选⽤合适的⾦属材料和⾮⾦属材料； 2、阴极保护：利⽤⾦属电化学腐蚀原理，将被保护⾦属设备进⾏外加阴极化以降低或防⽌⾦属腐蚀； 反相加法器3、阳极保护，对于钝化溶液和易钝化⾦属组成的腐蚀体系，可以采⽤外加阳极电流的⽅法使被保护⾦属设备进⾏阳极钝化以降低⾦属腐蚀； 4、介质处理，包括去除介质中促进腐蚀的有害成分（例如锅炉给⽔的除氧）调节介质的PH 值及改变介质的湿度等；
5、添加缓蚀剂。往体系中添加少量能阻⽌或减缓⾦属腐蚀的物质以保护⾦属； 6、⾦属表⾯覆盖层。
三维试衣
在⾦属表⾯喷、射、渗、镀、涂上⼀层耐蚀性好的⾦属或⾮⾦属物质以及将⾦属进⾏氧化处理。使被保护⾦属表⾯与介质机械隔离⽽降低⾦属腐蚀；
7.合理的防腐蚀设计及改进⽣产⼯艺流程以减轻或防⽌⾦属的腐蚀。
每⼀种防腐蚀措施都有其应有范围和条件。使⽤时要注意。对⼀种情况有效的措施，在另⼀种情况下就可能是⽆效的；有时甚⾄是有害的。例如：阳极保护只适⽤于⾦属在介质中易于阳极钝化的体系，如果不能造成钝态，则阳极极化不仅不能减缓腐蚀，反⽽会加速⾦属的阳极溶解。另外，在某些情况下，采取单⼀的防腐蚀措施其效果并不明显，但如果采⽤两种或多种防腐蚀措施进⾏联合保护，就⽐单⼀种⽅法效果好得多。
对于⼀个具体的腐蚀体系究竟采⽤哪种措施的防腐蚀，应根据腐蚀原因，环境条件各种措施的防腐蚀效果，施⼯难易以及经济效益综合考虑。
第⼀节合理选⽤耐腐蚀材料
⼀、设备的⼯作条件(介质，温度和压⼒)对材料的要求
设备的⼯作介质的情况是选材时⾸先要分析考虑的。例如⼯作介质是硝酸，其为氧化性酸，应选⽤在氧化性介质中易形成氧化膜的材料，如不锈钢，铝，钛等⾦属材料，稀硝酸⽤不锈钢，浓硝酸⽤纯铝；
如果⼯作介质是盐酸，其为还原性酸，应选⽤⾮⾦属材料。
其次要考虑设备所处的温度。通常温度升⾼腐蚀速度加快，例如在浓度⼤于70%的硫酸中，常温下碳钢是耐蚀的，温度⾼于70C时就不耐蚀了；低温时还要考虑材料的冷脆问题，例如在深度冷冻装置中⼀般选⽤铜、铝、不锈钢，⽽不能⽤碳钢。
另外要考虑设备的压⼒。通常是压⼒越⾼对材料的耐蚀性能要求越⾼，所需材料的强度要求越⾼，⾮⾦属材料、铝、铸铁等，往往难于在有压⼒的条件下⼯作，这时需考虑选⽤强度⾼的其它材料或衬⾥结构等防护⽅法。
2、设备的类型和结构
选材时要考虑设备的⽤途，⼯艺过程、结构设计特点，例如泵是流体输送机械，要求材料具有良好的抗磨蚀性能，良好的铸造性能，⾼温炉要求材料具有耐热性能，换热器除要求材料有良好的耐蚀性外还要求有良好导热性以及表⾯光滑不易⽣成坚实的垢层。
3、环境对材料的腐蚀
除均匀腐蚀外特别要注意晶间腐蚀，电偶腐蚀，缝隙腐蚀，孔蚀，应⼒腐蚀破裂及腐蚀疲劳等局部腐蚀，例如不锈钢，铝在海⽔中可能产⽣孔蚀，选材时应注意。
4、产品的特殊要求。
例如在合成纤维和产物中不允许⾦属离⼦的污染，⼀般采⽤不锈钢，⽽医药⾷品⼯业中不能选⽤有毒的铅，⽽选⽤铝，不锈钢，钛，搪瓷及其它⾮⾦属材料。
⼆、材料的性能
1、结构材料：强度，塑性，冲击韧性。例如铅强度低，不能做独⽴的结构材料使⽤，只做衬⾥。
2、材料加⼯⼯艺性能好坏，往往是决定材料能否⽤于⽣产的关键，例如⾼硅铸铁在很多介质中耐蚀性能都很好，但因其⼜硬⼜脆，切削加⼯困难，只能采⽤铸造⼯艺⽽且成品率较低，使设备成本费增⾼限制了它的应⽤。
此外材料的价格来源经济性。
根据上述原则选材时⼀般要进⾏下列⼏⽅⾯的⼯作：
⾸先，查阅有关资料，许多耐蚀材料⼿册及腐蚀数据⼿册对各种材料在不同介质中的耐蚀性能有定量或定性的介绍；由于实际介质中往往含有多种成分，这些因素在⼿册中常常反映不出来，应该到⽣产实际中进⾏调查研究，根据实际应⽤情况来选⽤材料；如果在缺乏这两⽅⾯的数据和经验时（特别是新⼯艺）就要进⾏材料的耐蚀性能试验。
第⼆节介质处理射频调制器
处理介质的⽬的是改变介质的腐蚀性，以降低介质对⾦属的腐蚀作⽤。
通常有以下⼏种⽅法。
⼀、去除介质中的有害成分。
现以锅炉给⽔的除氧为例说明。⽔中有害物质之⼀是溶解在⽔中的氧，它会引起极化的腐蚀过程。从锅炉给⽔中排除氧是防⽌锅炉腐蚀的有效措施。
常⽤的除氧⽅法有热⼒法和化学法两类。
热⼒法是将给⽔加热⾄沸点以除去⽔中的溶解氧，这是电⼚中通常采⽤的除氧措施。因为锅炉给⽔本⾝就必须加热，⽽且这种⽅法不需要加⼊化学药品，不会带来⽔汽质量的污染问题。
化学法通常是⽤作给⽔除氧的辅助措施，以消除经热⼒除氧后残留在给⽔中的溶解氧。采⽤的药品必须能迅速和氧反应，且⽆害。在电⼚中常⽤联氨、亚硫酸钠。
⼆、调整介质的PH值
锅炉给⽔以及⼯业⽤冷却⽔如果含有酸性物质使其PH值偏低（PH<7）则可能产⽣氢去极化腐蚀，⽽且钢件在酸性介质中不易⽣成表⾯保护膜，此时必须提⾼PH值以防⽌氢去极化腐蚀和⾦属表⾯保护膜的破坏。提⾼⽔的PH值的⽅法，⼀般地加氨或胺。
三、降低⽓体介质中的湿分
当⽓体介质中含⽔分较多时，就有可能在⾦属表⾯形成冷凝⽔膜⽽使⾦属遭受腐蚀，⽽且腐蚀率通常随⽓体相对湿度增加⽽增加，因⽽降低⽓体体质中的湿分是减缓⾦属腐蚀的有效措施之⼀。
⼀般降低⽓体湿分的⽅法有以下⼏种：采⽤⼲燥剂吸收⽓体的湿分；采⽤冷凝的⽅法从⽓体中除去湿分或采⽤提⾼⽓体温度的办法来降低⽓体中的相对湿度，使⽔汽不致冷凝。
第三节阳极保护法
将被保护设备与外加直流电流的正极相连，在⼀定的电解质溶液中将⾦属进⾏阳极极化⾄⼀定电位，如果在此电位下⾦属能建⽴起钝态并维持钝态，则阳极过程受到抑制，⽽使⾦属的腐蚀速度显著降低，这时设备得到了保护，这种⽅法称为阳极保护法。如图6－18所⽰。
阳极保护的实现必须具备两个条件：
第⼀腐蚀体系的阳极极化曲线上存在钝化区，即在阳极极化时⾦属能够钝化。
第⼆阳极极化时⾦属的电位要正移到钝化区内，否则⾦属的腐蚀速度不仅不会减⼩反⽽会增⼤(称为电解腐蚀)。
阳极保护特别适⽤于强氧化性介质的防腐，是⼀种既经济，保护效果⼜好的防蚀技术。
第四节阴极保护
将被保护⾦属进⾏外加阴极极化以减⼩或防⽌⾦属腐蚀的⽅法叫作阴极保护法。
⼀、阴极保护的原理：
由外电路向⾦属通⼊电⼦，以供去极化剂还原反应所需，从⽽使⾦属氧化反应(失电⼦反应)受到抑制。
⼆、阴极保护的⽅法：
外加电极极化可以采⽤两种⽅法来实现：
1）、将被保护⾦属与直流电源的负极相连，利⽤外加阴极电流进⾏阴极化，这种⽅法称为外加电流阴极保护法。
2）、在被保护设备上连接⼀个电位更负的⾦属作阳极（例如在钢设备上连接锌），它与被保护⾦属在电解质，溶液中形成⼤电池，⽽使设备进⾏阴极极化，这种⽅法称为牺牲阳极保护法。
牺牲阳极的性能要求：
（1）电位要⾜够负
（2）阳极溶解性能好
（3）理论发⽣电量⼤
实际发⽣电量总是⼩于理论发⽣电量，所
占百分⽐称为电流效率。
两种阴极保护法⽐较：
外加电流阴极保护所需保护电流是由直流电源(如蓄电池、直流发电机、整流器等)提供的；
牺牲阳极保护中所需保护电流是由牺牲阳极的溶解所提供的。牺牲阳极材料都是活泼的有⾊⾦属，常⽤的有锌、铝、镁。为了有效地发挥保护作⽤，牺牲阳极的电位要⾜够负，阳极极化率要⼩，特别是
表⾯不能⽣成保护性的腐蚀产物膜，阳极溶解要均匀。
牺牲阳极保护法安装简单，不需要直流电源，对周围设备的⼲扰⼩。但牺牲阳极消耗⼤，难以调节在最佳保护电位，且提供的电流较⼩。
外加电流阴极保护法不消耗有⾊⾦属，可以提供较⼤的保护电流，对保护效果易于进⾏监测和控制，但需要直流电源，对保护系统要经常进⾏检查和管理，由于电流流过的范围宽，可能对周围其他⾦属设备产⽣杂散电流腐蚀。
三、阴极保护的应⽤范围
阴极保护的效果很好，⽽且简单易⾏，从理论上来讲，任何体系都可以。但在⼯程上作为⼀种腐蚀控制技术还要求保护电流密度⽐较⼩，在经济上才合算。⽬前在地下输油及输⽓管线、地下电缆、舰艇、海上采油平台、码头等⽅⾯已⼴泛应⽤。
⼀般说来⾦属结构进⾏阴极保护时要考虑以下⼏⽅⾯的因素。
1、腐蚀中介质必须是导电的，并且要有⾜够的量以便能建⽴连续的电路。例如，中性盐溶液⼟壤，海⽔，江⽔，碱溶液，弱酸性溶液（磷酸），有机酸（醋酸）等介质中宜于进⾏阴极保护，⽽⽓体介质，⼤⽓及其它不导电的介质则不能应⽤阴极保护。
2、⾦属材料在所处的介质中要容易进⾏阴极极化，否则耗电量⼤，不宜进⾏阴极保护。常⽤⾦属材料碳钢、不锈钢、铜及合⾦、铝、铝合⾦、铅都可采⽤阴极保护。
3、被保护设备的形状，结构不要太复杂，否则可能产⽣遮蔽现象，使⾦属表⾯电流分布不均匀，造成有的地⽅达不到保护电位，⽽⼀些地⽅由于电流集中造成过保护。
第五节电化学保护中的辅助电极系统
⼀、辅助电极材料
外加电流阴极保护和阳极保护需要有辅助电极构成电流回路。辅助电极的作⽤是通电，故辅助电极材料必须导电良好，能通过较⼤的极化电流密度，有⾜够的耐蚀性、机械性能，加⼯性能和经济性能。
●●外加电流阴极保护中的辅助阳极材料便携式鱼缸
●●阳极保护中的辅助阴极材料
⼆、电流分散能⼒和辅助电极系统设计
●●电流分散能⼒
极化电流均匀地分散到被保护设备表⾯上的能⼒叫电流分散能⼒。分散能⼒越好，被保护设备表⾯上的极化电位越均匀，保护效果越好。
*实际⽣产设备结构复杂，各部件之间还存在着对极化电流的屏蔽作⽤。
*改善极化电流分布的均匀性。
三、辅助电极系统的设计
⾸先是要确定辅助电极的数量和位置。为了减⼩辅助电极到设备表⾯各部位的距离差异，辅助电极的布置是⼗分重要的。
在设备形状较复杂，或不利于电流分布时，应适当增加辅助电极的数⽬。
四、辅助电极的安装
辅助电极安装的基本要求是：
牢固：不能因机械振动，流体冲击等原因⽽损坏或脱落。
绝缘：辅助电极与被保护设备之间要严格绝缘，不能造成短路。
导电：辅助电极与连接导线之间要导电良好，不能形成⼤的电阻。
密封：对于密封设备，辅助电极或导线穿出设备的部位要按密封和绝缘的要求设计。
五、直流电源
直流电源可选⽤蓄电池，整流器，直流发直接接地箱
电机，⽽以整流器应⽤最多。
六、电化学保护应⽤实例
1）碳铵⽣产中碳化塔的阳极保护
电化学保护在化肥⽣产中的应⽤：2）长征轮外加电流阴极保护的设计和应⽤
3）不锈钢浓硫酸换热器的阳极保护研究
4）黄浦江上游引⽔过江钢管的外加电流阴极保护
5）φ1.8⽶海⽔输送管内壁恒电位阴极保护
6）阴极保护在我⼚输油管道上的应⽤
7）氨⽔罐循环极化法阳极保护
8）⽤固体电解质涂料对贮油罐外底实施外加电流阴极保护
9）阴极保护防⽌碱液蒸发锅应⼒腐蚀破裂
10）镁合⾦牺牲阳极对贮⽔式家⽤电热⽔器的阴极保护
11）⼚区埋地钢管外加电流阴极保护
12）阴极保护技术在地下输⽔管道上的应⽤
第六节缓蚀剂
在腐蚀介质中添加⼀些少量物质，可以显著地阻⽌或减缓⾦属腐蚀速度，这些少量的物质被称为缓蚀剂。
缓蚀剂加⼊量都很少，⼀般添加量在0.l%.-1%之间即可起到保护⾦属的作⽤。
缓蚀剂保护⽅法使⽤⽅便，投资少。因⽽得到了⼴泛的应⽤。
⼀、缓蚀剂的分类
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1）按介质的状态、性质可分为液相缓蚀剂(其中包括酸性液相缓蚀剂、中性液相缓蚀剂及碱性液相缓蚀剂)和⽓相缓蚀剂(如亚硝酸⼆环⼄烷基铵)。
2）按缓蚀剂的化学组成分可分为⽆机缓蚀剂(如氧化剂硝酸根、亚硝酸根、铬酸根离⼦、重铬酸酸根离⼦、磷酸盐、多磷酸盐、硅酸盐、铂酸盐、亚硫酸盐等)和有机缓蚀](其中包括胺类、醛类、杂环化合物、咪唑化合物、硫化物等含N、S、O的所有有机物)。
3）按照电化学理论：缓蚀剂分为阳极型(主要抑制阳极反应) 、阴极型(主要抑制阴极反应) 、混合型(对阳极反应和阴极反应都有抑制作⽤)三类。
⼆、缓蚀机理
1，吸附理论
它认为缓蚀剂吸附在⾦属表⾯形成连续的吸附层，将腐蚀介质与⾦属隔离，因⽽起到保护作⽤。⽬前普遍认为，有机缓蚀剂的缓蚀作⽤是它的吸附作⽤的结果。这是因为有机缓蚀剂的分于是由两部分组成：⼀部分是容易被⾦属吸附的亲⽔极性基，另⼀部分是憎⽔或亲油的有机原⼦团(如烷基)。图6-5表⽰极性基的⼀端被会属表⾯所吸附，⽽憎⽔的⼀端向上形成定向排列，结果腐蚀介质就被缓蚀剂分⼦
排挤出去，使介质与⾦属表⾯分隔开、起到保护⾦属作⽤。
吸附原因可归结为物理吸附和化学吸附：●●物理吸附以静电引⼒为主与⾦属表⾯带电状态密切相关。
●●化学吸附是指缓蚀剂分⼦中极性基团中⼼原⼦的未共⽤电⼦对和⾦属形成配价键⽽引起吸附。
2.成相膜理论
它认为⾦属表⾯⽣成⼀层不溶性的络合物，这层不溶性络合物是⾦属、缓蚀剂和腐蚀介质的离⼦相互作⽤的产物。喹啉在浓盐酸中与Fe作⽤，在Fe表⾯上⽣成⼀种难溶的Fe络合物，使⾦属与酸不再接触，减缓了⾦属的腐蚀。
3.电化学理论
从电化学⾓度出发，⾦属的腐蚀是在电解质溶液中发⽣的阳极过程和阴极过程。缓蚀剂的加⼊可以阻滞任何⼀过程的进⾏或同时阻滞两个过程进⾏，从⽽实现减缓腐蚀速度的作⽤。按上述电化原理，缓蚀剂可分为阳极缓蚀剂、阴极缓蚀剂及混合型缓蚀剂。
（a）阳极缓蚀剂⼤部分是氧化。例如过氧化氢、重铬酸盐、铬酸盐、亚硝酸盐等。他们即使在⽆氧的溶液中也能引起钢铁钝化，形成钝化膜，减少腐蚀。这类阳极缓蚀剂常⽤于中性介质中，如供⽔设备、冷却装置、⽔冷系统等。
但如果⽤量不⾜，不能充分覆盖阳极表⾯，反⽽会加剧⾦属的孔蚀。
（b）阴极缓蚀剂可抑制阴极反应。例如在酸性溶液中加⼊砷离⼦、汞盐等，使腐蚀电位负移，使阴极过程缓慢。有如ZnSO4、BaCI2、ZnCl2等均可成为遮蔽阴极的不溶物，起到阴极缓蚀剂作⽤。
阴极缓蚀剂⽤量不⾜时，不会加剧腐蚀，因此⼜有安全缓蚀剂之称。
（c）阳极、阴极混合型缓蚀剂
⼜称混合抑制型缓蚀剂。⼀些有机缓蚀剂如琼脂、⽣物碱和⼀些防⽌⼤⽓腐蚀的⽓象缓蚀剂属于这⼀类。有机缓蚀剂阻滞⾦属的腐蚀是与吸附有关，凡是含有N、S 、P为中⼼的原⼦团都具有与N相同的吸附作⽤，其中硫化物形成配位键吸附在⾦属表⾯的倾向更⼤。
有机缓蚀剂是⼀个很⼤的类别，除了琼脂、糊精、硫化动物胶这类有机胶体外，还有许多有机化合物，在它们分⼦中含有极性基。胺类、醛类、杂环化合物、咪唑啉类、有机硫化物等均属于此类。它们能对阴极过程和阳极过程同时起抑制作⽤，虽然腐蚀电位变化不⼤，但腐蚀电流却可减少很多。
＃⽓相缓蚀剂(VPI)
⽓相缓蚀剂主要⽤于减轻⾦属设备和部件的⼤⽓腐蚀。其作⽤机理是汽化以后，和空⽓中的湿⽓⼀起凝结在⾦属表⾯，形成液膜。
为了使⽓相缓蚀剂能有效发挥作⽤，使⽤空间应当是封闭的，如包装箱、仓库。⽓相缓蚀剂应当有⽐较⼤的蒸汽压，容易挥发充满⾦属设备所在空间。
三、缓蚀剂的协同效应
⼏种物质分别单独加⼊介质中时效果不⼤，甚⾄没有缓蚀作⽤，⽽将它们按某种配⽅复合加⼊，则可能产⽣很⾼的缓蚀效率。这种现象称为缓蚀剂的协同效应(或协同作⽤)。相反，复合加⼊时缓蚀效果反⽽降低，称为负协同效应。协同效应不是简单的加和，⽽是相互促进。
利⽤缓蚀剂的协同效应已经开发出许多⾼效的复合缓蚀剂，今后仍然是缓蚀剂发展的⽅向之⼀。
四、缓蚀剂应⽤的⼏个问题
(1)要根据腐蚀体系的具体情况选择有效的缓蚀剂，因为缓蚀剂的保护效果具有选择性。
(2)要通过试验确定缓蚀剂的最佳投效剂量和最佳使⽤条件。
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