基于化工機(jī)械材料的腐蝕分析及防腐蝕研究

涂相勇 吳建國(guó) 王遠(yuǎn)振

滴要：文章主要介紹了化工機(jī)械材料的腐蝕類(lèi)型，重點(diǎn)研究了化工機(jī)械材料的防腐蝕措施。對(duì)化學(xué)機(jī)械材料進(jìn)行電化學(xué)阻抗譜和極化曲線(xiàn)的測(cè)試，在利用化學(xué)鍍Ni-Fe-p合金鍍層將該材料進(jìn)行表面處理。譜基礎(chǔ)上分別對(duì)施鍍前后化工機(jī)械材料的耐腐蝕性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。試驗(yàn)結(jié)果表明;施鍍后的試樣與施鍍前試樣相比，平均腐蝕速率大幅度降低，自腐蝕電位正移，電荷轉(zhuǎn)移電阻提高了1倍多。充分證明了化學(xué)鍍Ni-Fe-p合金鍍層是提高化工機(jī)械材料耐蝕性的有效措施。

關(guān)鍵詞：機(jī)械材料;化工;防腐蝕

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ050.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-5922（2020）07-0131-04

在化學(xué)生產(chǎn)中化工機(jī)械是必不可少的基礎(chǔ)設(shè)施。但在化學(xué)生產(chǎn)過(guò)程中化工機(jī)械的使用壽命正逐漸縮短，主要原因是在環(huán)境介質(zhì)中遭受到的各種腐蝕。在人們的日常生活中腐蝕是最常見(jiàn)也是最為普遍存在的想象，很容易引起全民的關(guān)注。金屬是制造化工機(jī)械的主要材料。將各類(lèi)金屬材料經(jīng)過(guò)一系列的焊接，鑄造加工等技術(shù)最終形成化工機(jī)械設(shè)施。所以在對(duì)化工機(jī)械制造中，材料的腐蝕問(wèn)題進(jìn)行研究時(shí)，也要確保機(jī)械的耐腐蝕性，保證該機(jī)械的安全性。文章主要以化工機(jī)械腐蝕為重要研究問(wèn)題，提出了不同的防腐措施。

1化工機(jī)械材料的腐蝕類(lèi)型

化工機(jī)械材料的腐蝕類(lèi)型一般分為4種，其中包括全面腐蝕、縫隙腐蝕、點(diǎn)蝕和應(yīng)力腐蝕[1]。因機(jī)械設(shè)施上有很多焊接點(diǎn)與螺栓連接處，造成很多狹窄的縫隙引起腐蝕，則縫隙腐蝕。對(duì)化工機(jī)械造成縫隙腐蝕的主要原因是所處環(huán)境中或在生產(chǎn)過(guò)程中有酸性和中性腐蝕液的存在。還要一種是點(diǎn)蝕，也是生活工作中常見(jiàn)的，簡(jiǎn)單的說(shuō)就是當(dāng)機(jī)械材料的表面和含有特殊離子溶液相接觸時(shí)，是比較容易發(fā)生。應(yīng)力腐蝕則是指化工機(jī)械在腐蝕的環(huán)境中生產(chǎn)工作，且是在應(yīng)力的作用下形成的腐蝕狀態(tài)。所處環(huán)境中含有酸性氣體，氣體的濃度會(huì)對(duì)機(jī)械材料有一定的腐蝕影響。全面，腐蝕是機(jī)械材料表面發(fā)生的腐蝕，當(dāng)化工機(jī)械材料與含有腐蝕性的溶液發(fā)生接觸時(shí)，會(huì)導(dǎo)致機(jī)械材料表面發(fā)生腐蝕，但不容易穿孔。腐蝕分類(lèi)的不同，對(duì)化工機(jī)械材料造成的破壞程度不同，圖1所示腐蝕分類(lèi)及發(fā)生腐蝕類(lèi)型的原因與影響。

2材料腐蝕的原因

2.1材料腐蝕的內(nèi)部因素

化工機(jī)械材料為金屬材料，如果其材料在所處環(huán)境中發(fā)生了物理和化學(xué)反應(yīng)，自身出現(xiàn)了腐蝕情況，導(dǎo)致化工機(jī)械開(kāi)始腐蝕，具體在以下4點(diǎn)中體現(xiàn)：①材料自身的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，晶粒的大學(xué)決定著防腐性能的強(qiáng)弱，在化工機(jī)械制造過(guò)程中，選取的材料都具有定的化學(xué)反應(yīng)，且有很高的活躍度;這就導(dǎo)致了材料自身與外界相接觸時(shí)發(fā)生腐蝕的幾率就會(huì)很大;②化工生產(chǎn)在高溫高濕高腐蝕環(huán)境中，大部分材料被腐蝕的幾率很大，而且有些設(shè)備在使用中還需要溶液，其自身就具有腐蝕性，如果不加以防腐，在生產(chǎn)環(huán)境和帶有腐蝕性溶液的雙重影響下，大程度的提高了發(fā)生腐蝕的幾率;③相同的生產(chǎn)環(huán)境中，各類(lèi)材料的防腐性能不同，這與金屬的活躍度有直接關(guān)系，材料表面越粗糙，越容易被腐蝕。一旦零件被腐蝕很容易造成機(jī)械設(shè)備故障;④化工設(shè)備抗腐蝕性能與機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和養(yǎng)護(hù)維修都有直接關(guān)系，合理的設(shè)計(jì)在使用過(guò)程中不會(huì)堆積塵土和液體導(dǎo)致一些部位腐蝕;日常的維護(hù)也是可以預(yù)防腐蝕的。

2.2腐蝕的外部因素

除內(nèi)部因素外，腐蝕的重要原因就是外部因素。如果化工機(jī)械所處的環(huán)境中的氣體或含有腐蝕性的溶液時(shí)，肯定會(huì)對(duì)設(shè)備造成腐蝕。化工機(jī)械設(shè)備在生產(chǎn)時(shí)環(huán)境中如果酸堿性較強(qiáng)，說(shuō)明存在的腐蝕物質(zhì)比較多，那么長(zhǎng)期生產(chǎn)下去，必定會(huì)對(duì)設(shè)備的表面產(chǎn)生一定的影響，引起腐蝕情況，使設(shè)備被腐蝕。設(shè)備的腐蝕狀況也受氣體或液體的流動(dòng)速度影響田。一般對(duì)機(jī)械設(shè)備造成較大腐蝕性，其氣體或液體的流動(dòng)速度都非常快;腐蝕危害較小的，氣體和液體的流動(dòng)速度相對(duì)較慢。在企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，相關(guān)工作人員對(duì)化工機(jī)械設(shè)備的管理維護(hù)部到位，并未及時(shí)處理設(shè)備中金屬構(gòu)件銹蝕的問(wèn)題，使其在使用中加重腐蝕，最終損害機(jī)械設(shè)備的使用性能。

3機(jī)械材料的選控與防腐措施

3.1耐防腐蝕材料的選擇

企業(yè)中，普通的機(jī)械設(shè)備和化工機(jī)械設(shè)備所處環(huán)境不同，生產(chǎn)時(shí)車(chē)間的溫度和水汽都有明顯的差異?；ぴO(shè)備對(duì)企業(yè)來(lái)說(shuō)非常重要，但也很容易受到環(huán)境的影響，對(duì)設(shè)備自身造成腐蝕破壞。設(shè)備一旦受到破壞和腐蝕，就會(huì)嚴(yán)重影響外觀(guān)，還會(huì)延誤生產(chǎn)任務(wù)。除此以外，如果帶有腐蝕的化工設(shè)備機(jī)械生產(chǎn)工作時(shí)，很容易造成事故的發(fā)生，影響工作人員的安排。因此要使設(shè)備的防腐能力得以保證，需在材料選擇方面充分考慮材料自身的耐腐蝕性。根據(jù)實(shí)際工作環(huán)境中酸堿度和溫濕度等條件進(jìn)行，選擇的材料在惡劣且有腐蝕物質(zhì)存在的環(huán)境中，具有抗腐蝕性能。避免發(fā)生腐蝕導(dǎo)致影響生產(chǎn)效率和安全性。在設(shè)備生產(chǎn)運(yùn)行中還要定期做清潔維護(hù)及保養(yǎng)，盡量延長(zhǎng)設(shè)備壽命，降低企業(yè)的成本，并且還要對(duì)腐蝕情況制定的相應(yīng)的保護(hù)措施。

3.2創(chuàng)新研發(fā)防腐蝕材料

為了能夠降低和減少腐蝕情況的發(fā)生，把金屬材料的防腐蝕工作做到最好，金屬材料防腐蝕方法中的涂層法，經(jīng)過(guò)多次研發(fā)，在原有涂層涂料的基礎(chǔ)。上將樹(shù)脂類(lèi)的物質(zhì)加入到涂料的運(yùn)用中去，相對(duì)于傳統(tǒng)的涂料而言，這種新型的涂料可以更好的克服傳統(tǒng)涂料本身具有的透水性，所以將樹(shù)脂類(lèi)物質(zhì)的金屬材料涂在外層比不加樹(shù)脂類(lèi)物質(zhì)的金屬材料能更好的克服透氣性和滲水性。克服這兩個(gè)缺點(diǎn)，就可以避免由于水分進(jìn)入保溫層和金屬材料之間而對(duì)金屬材料造成損害，極大程度地減少了腐蝕情況并降低了腐蝕情況的發(fā)生，把金屬材料的防腐蝕工作做到最好。

4防腐蝕實(shí)驗(yàn)

4.1實(shí)驗(yàn)方法

將Q235B鋼作為化學(xué)鍍Ni-Fe-p合金鍍層的基本材料，該鋼是機(jī)械材料中比較常見(jiàn)的，將其裁剪成40mmx25mmx5mm大小的試樣，按順序進(jìn)行打磨，清洗，烘千。具體步驟以圖2所示。

4.2結(jié)論與探討

4.2.1腐蝕過(guò)程與形貌分析

試樣施鍍前后的平均腐蝕速率和腐蝕形貌如表2所示。在施鍍前的試樣中混合溶液中有氯離子和溶解氧，而且表面也有很多微觀(guān)腐蝕電池，在試樣加速溶解時(shí)，表面的氧化膜遭到了破壞。試樣在施鍍之后，非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的化學(xué)鍍Ni-Fe-p合金鍍層沉積在了試樣的表面，該非晶態(tài)鍍層沒(méi)有晶界、也沒(méi)有層錯(cuò)和位錯(cuò)的缺陷。它的結(jié)構(gòu)非常的均勻，而且孔隙率很低，該微觀(guān)結(jié)構(gòu)決定了它的耐腐蝕性。也因此，在經(jīng)過(guò)施鍍后的試樣明顯降低了腐蝕速度，被腐蝕的外貌也有明顯差異，表面比較平整，沒(méi)有腐蝕嚴(yán)重的地方。

4.2.2極化曲線(xiàn)分析

根據(jù)圖3所示：試樣在進(jìn)行施鍍前自腐蝕電位與試樣在施鍍后的自腐蝕電位分別是-0.76V和0.55V，有很大差距;與施鍍前相比較電位正移了210V。試樣發(fā)生腐蝕的難易程度，與自腐蝕電位的正負(fù)有很大關(guān)系，電位越正，越不容易發(fā)生腐蝕。因此，施鍍后的試樣耐腐蝕性還是比較好的。

4.2.3電化學(xué)法防腐蝕分析

在企業(yè)機(jī)械化工設(shè)備生產(chǎn)時(shí)，所處的環(huán)境肯定會(huì)有液體的存在。設(shè)備在含有液體的環(huán)境中工作運(yùn)行，一定要保證該金屬設(shè)備良好的防腐性能！。在面對(duì)這種情況下可采用電源法，利用此防腐保證并增強(qiáng)該設(shè)備的防腐蝕性能。電源法是利用電化學(xué)的原理，采用陽(yáng)極和陰極的氧化反應(yīng)，降低腐蝕危害，雖然無(wú)法根.本解決，但還有有一定的保護(hù)能力的。

如圖4所示為試樣電化學(xué)施鍍阻抗譜。很直觀(guān)的可以看出，電化學(xué)阻抗譜是由一個(gè)容抗弧組成，形狀是呈現(xiàn)偏心的半圓形，這就是施鍍前后的試樣。簡(jiǎn)單的說(shuō)，容抗弧的半徑越大，電荷轉(zhuǎn)電阻就越大，這種材料的耐腐蝕性能就越好。

圖5所示：Rs是溶液電阻，Rct是電荷轉(zhuǎn)移電阻;考慮到彌散效應(yīng)，擬合時(shí)純電容用常相位元件（CPE）代替。試驗(yàn)過(guò)程，根據(jù)施鍍前試樣腐蝕過(guò)程和施鍍后的腐蝕情況，將對(duì)試樣用等效電路模型進(jìn)行電化學(xué)阻抗譜擬合。

綜合結(jié)果表明：在保證試樣在施鍍前電荷轉(zhuǎn)移電阻保持在7322.cm，施鍍后電荷轉(zhuǎn)移電阻在1504.cm。將施鍍前后的試樣，電荷轉(zhuǎn)電阻進(jìn)行相比較還不足施鍍后試樣的1/2。這也充分表明了施鍍后的試樣發(fā)生腐蝕時(shí)所受的阻力很大，不會(huì)輕易被腐蝕。

4.2.4物理法防腐蝕

在物理與化學(xué)防腐法比較下，還是物理法防腐蝕比較節(jié)約成本，各企業(yè)生產(chǎn)時(shí)采用的多一些。物理法防腐蝕只需要采用一些物理措施就可以完成防腐工作。生產(chǎn)中比較常見(jiàn)的物理措施使在金屬表面涂層，在化工機(jī)械設(shè)備的表面涂上一層惰性金屬層，隔絕腐蝕性氣體和液體，使機(jī)械設(shè)備在腐蝕性環(huán)境中提高防腐蝕能力"。還可以通過(guò)刷油漆與減小化工機(jī)械間的縫隙來(lái)提高設(shè)備的防腐蝕能力。物理法防腐蝕雖然成本比較低，但是它的防腐蝕效果成效不如化學(xué)防腐蝕法，無(wú)法解決根本問(wèn)題。要做好防腐蝕管理除考慮到經(jīng)濟(jì)性等多種因素外，還需定期對(duì)機(jī)械設(shè)備檢查維護(hù)，一旦發(fā)現(xiàn)被腐蝕的零件，必須及時(shí)更換，避免腐蝕問(wèn)題加重。

5結(jié)語(yǔ)

綜上所述，為確保在生產(chǎn)過(guò)程中化工機(jī)械設(shè)備能有一定的穩(wěn)定性和安全性，必須對(duì)其用料進(jìn)行有效選擇，保證設(shè)備質(zhì)量，從根源上控制化工機(jī)械設(shè)備的成本。腐蝕的破壞是一個(gè)很?chē)?yán)重的問(wèn)題，化工機(jī)械的選料是要嚴(yán)格遵循相關(guān)規(guī)定的。既要達(dá)到國(guó)家乃至企業(yè)內(nèi)部對(duì)化工機(jī)械的質(zhì)量，又要防止該設(shè)備在今后的生產(chǎn)工作時(shí)發(fā)生腐蝕或化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致設(shè)備被腐蝕，生產(chǎn)進(jìn)度也會(huì)被延誤。企業(yè)中常用且最為有效的防腐措施就是對(duì)其表面做防護(hù)處理。通過(guò)全浸試驗(yàn)，再通過(guò)極化曲線(xiàn)的測(cè)試和電化學(xué)抗譜的測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果可以證實(shí)進(jìn)行施鍍的化工機(jī)械材料耐腐蝕性比原機(jī)械材料提高了一倍多。因此，化工企業(yè)在今后的發(fā)展中，在對(duì)機(jī)械設(shè)備的防腐工作加以重視，保證自身的生產(chǎn)安全性，從而提高化工機(jī)械的工作效率。

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