飞机腐蚀与防护范文

关键词： 材料 腐蚀 航空 防护

第一篇：飞机腐蚀与防护范文

材料腐蚀与防护

航空材料的腐蚀与防护

姓 名：王 俊 专 业：材料物理 学号：1320122111

航空材料的腐蚀与防护

摘要：材料腐蚀的概念和研究材料腐蚀的重要性，航空材料的分类和演变，航空材料腐蚀防护技术的历史和现状特点，航空材料腐蚀现象及其机理，腐蚀对航空材料的影响，解决航空材料腐蚀问题及其防护与治理。

关键词：航空材，腐蚀，防护。 前言

金属和它所在的环境介质之间发生化学、电化学或物理作用，引起金属的变质和破坏，称为金属腐蚀。随着非金属材料的发展，其失效现象也越来越引起人们的重视。因此腐蚀科学家们主张把腐蚀的定义扩展到所有材料，定义为：腐蚀是材料由于环境的作用而引起的破坏和变质。

腐蚀现象在人们在社会生产及使用到的各种材料中都普遍存在，由于服役环境复杂多变, 不同构成材料相互配合影响, 导致航空材料在飞行器的留空阶段、停放阶段遭受多种不同种类的腐蚀，增加了飞 行器的运营成本，对飞行器的功能完整性和使用安全性造成严重的危害。因此开展航空产品的腐蚀与防护的研究具有明显的经济和社会效益。

1.航空材料的历史与发展

1.1航空材料的概论

航空材料是航空工业主要基础，航空材料与航空技术的关系极为密切，航空航天材料在航空产品发展中具有极其重要的地位和作用.航空材料既是研制生产航空产品的物质保障，又是推动航空产品更新换代的技术基础。 1.2.航空材料的分类 航空材料有不同的分类方式。 按成份可分为四大类: 

1)金属材料:铝合金、镁合金、钛合金、钢、高温合金、粉末冶金合金等。 

2)无机非金属材料:玻璃、陶瓷等。 

3)高分子材料:透明材料、胶粘剂、橡胶及密封剂、涂料、工程塑料等。 

4)先进复合材料:聚合物基复合材料、金属基复合材料、无机非金属基复合材料、碳 /碳复合材料等。

按使用功能可分为两大类:结构材料和功能材料。 1.3航空材料的演变

早期飞机的结构以木材、蒙布、金属丝绑扎而成，后来又发展为木材与金属的混合结构。到了二十世纪三十年代，随着铝合金材料的发展，全金属承力蒙皮逐渐成为普遍的结构形式。二十世纪

三、四十年代，镁合金开始进入航空结构材料的行列。

四、五十年代，不锈钢 成为航空结构材料。到五十年代中期开始出现钛合金，嗣后并被用于飞机的高温部位。二十世纪六十年代，开发出树脂基先进复合材料，后来在树脂基复合材料的基础上又出现了金属基复合材料。 现代飞机大量采用新型材料。 2.航空材料的不同腐蚀

航空器包括很多不同种类的航空材料，这些材料的种类不同，所处工作环境不同，导致航空材料的腐蚀具有多样性。

2.1环境作用下的电化学腐蚀

电化学腐蚀是一种非常普遍的现象，很多材料物品都会受到其影响。而电位差与电解质溶液就是形成电化学腐蚀的两个基本条件。在飞行器结构中，不同的结构由于承担的功能不同，所使用材料的性质也不同。例如，飞行器的蒙皮多采用具有出色延展性而强度相对较低的铝合金，起落架和龙骨梁则多选用高强度的合金钢。材料不同，它们的电极，如果接触就有可能产生腐蚀的隐患;就算是同种类的材料，由于其内部杂质的存在或其自身就是由不同电极电位多相组成。因此, 构成飞行器的航空材料客观上都存有电化学腐蚀的可能。仅有电极电位差，而没有在电极间传递电荷的电解质溶液, 并不会形成导致腐蚀现象的腐蚀电池，但现实中飞行器的电化学腐蚀现象说明电解质溶液在飞行器中普遍存在。

2.2 承力结构应力腐蚀

材料除受环境作用外还受各种应力作用，因此会导致较单一因素下更严重的腐蚀破坏形式。应力腐蚀是应力和腐蚀环境共同作用下的材料破坏形式。应力腐蚀仅发生在特定的腐蚀环境和材料体系中，其特点是造成此种破坏的静应力远低于材料的屈服强度，断裂形式为没有塑性变形的脆断，且主要由拉应力造成。

以起落架的应力腐蚀为例，飞行器的起落架结构为飞行器的主要受力结构之一，当飞行器处于停放状态时，起落架的轮轴受拉应力作用，可能在相应的腐蚀介质作用下发生应力腐蚀。起落架材质一般为镀铬的高强钢，铬镀层强度高、耐磨但镀层较脆，容易在飞行器起降的交变载荷作用下沿缺陷剥落而失效。

2.3 发动机的高温腐蚀

发动机的主要腐蚀表现形式是高温氧化腐蚀。推力大、效率高、油耗低、寿命长是航空发动机发展趋势。只有对涡轮进口燃气温度进行提升，才能供给出需 要的增压比与流量比，实现提升推力的同时降低油耗。所以发动机涡轮叶片的抗高温腐蚀性能极其关键。对此主要可采取以下几种方法:保障性能前提之下，提高叶片材料本身的熔点及高温抗氧化能力;使用与基体材料亲和力更好、高温性 能更好的抗氧化保护涂层。

2.4 意外腐蚀

飞行器服役中还存在意外腐蚀。这种腐蚀与飞行器的设计、选材及运行环境无关，完全是由人为不当操作造成。比如机上承载强腐蚀性物质，发生泄漏而造成飞行器发生腐蚀。通过编制详细的操作流程与有关部门加强监督管理，并制定相应的强制性规定规范，并由专人进行负责落实便可完全避免人为因素而造成的腐蚀现象。

3.腐蚀机理和测试技术研究

高强度航空材料在力学-环境因素的交互作用下可能会发生应力腐蚀而导致灾难性的事故。因此开展应力腐蚀的测试和研究是腐蚀和防护的一项重要内容。目前已经发展了一些应力腐蚀敏感性的测试标准。这些试验标准在研究新研材料和引进飞机材料的应力腐蚀性能方面发挥了重要作用。另外也有人设计了一些非标准的应力腐蚀试验来模拟试件的服役条件，试验的结果与实际情况符合的较好。由于实际的应力腐蚀往往发生在大气环境中,所以设计了一种便携式拉伸应力腐蚀试验器,用于开展户外大气应力腐蚀的研究。

飞机结构往往由多种材料构成,在一定条件下不同材料的相互接触会导致接触腐蚀和电偶腐蚀。研究者对钢与铝合金和钛合金接触时的电偶腐蚀和防护方法进行研究,得到了很多对实际工程有指导价值的结论。 随着复合材料在航空产品上得到应用,复合材料和金属材料接触时所引起的相容性问题开始得到人们的重视,并提出了一些防护措施。现役飞机铝合金构件的主要腐蚀形式是点腐蚀，点蚀形成的蚀坑通常是腐蚀疲劳的裂纹的裂纹源，航空材料的腐蚀疲劳损伤往往是在腐蚀点上的裂纹生成和扩展导致的。点蚀形成现在比较公认的是蚀点内部发生的自催化过程。铝合金材料点蚀形成是一种自发催化闭塞电池作用的结果，蚀点不断向金属深处腐蚀，并使在钝化过程受到抑制，由于闭塞电池的腐蚀电流使周围得到了阴极保护，因而抑制了蚀点周围的全面腐蚀，但是加速了点蚀的迅速发展。随着腐蚀时间的延长，点蚀的深度和表面半径都在不断的增大，相邻的蚀点会相互交错形成更大更深的蚀点。

4.表面强化和防护

4.1 航空发动机高温防护涂层

航空发动机所用的高温防护涂层一般可分成扩散涂层和包覆涂层。目前我国已经发展出多种发动机部件所使用的镍镉扩散涂层、渗Al，Al+Si料浆涂层、Pt-Al涂层、包覆型M、Cr、Al、X涂层、热障涂层、抗氧化防脆化涂层、封严涂层等,部分涂层进入批量生产阶段。MC r A IY 涂层是一种包覆性涂层,它克服了传统铝化物涂层与基体之间互相制约的弱点，进一步提高了发动机材料的抗氧化的能力。随着航空燃气轮机向高流量比、高推重比、高进口温度的方向发展,燃烧室中的燃气温度和压力不断提高,我国开展了热障涂层(thermal barrier coatings,简称TBC s)的研究。热障涂层是由陶瓷隔热面层和金属粘结底层组成的涂层系统。ZrO2 是目前陶瓷隔热面层中研究最多的成分。热循环试验证明柱状晶组织较普通的纤维状组织具有更高的抗热疲劳性能另外我国还开展了纳米陶瓷热障涂层的研究。 4.2表面强化

表面强化工艺技术涉及到各种金属材料(钢、铝合金、钛合金、高温合金、 金属基复合材料等)，对于不同的晶体结构(面心立方、体心立方、密排六方)有多种不同的强化方法和工艺参教;同时根据航空高强度构件外形的几何形状不同，选择不同工艺参教和前后顺序的搭配方式。但是，所有强化工艺处理后材料都会因为塑性变形引起表层组织结构、残余应力和硬度的梯度以及表面形貌等发生变化，起到降低外加拉应力和应力集中系数的作用，从而对耐磨性和疲劳性能 产生影响。电子束表面处理是利用高能量密度的电子束对材料表面进行加工，是不同于机械加工的一种新型加工方法悄。

12I，其中电子束物理气相沉积以及电子束表面处理等在工业上的应用最为广泛。电子束加工方法起源于德国，经过几十年的 发展，目前全世界已有几千台设备在核工业、航空航天工业、精密加工业及重型 机械等工业部门应用，现已完全被工业部门所接受。电子束表面改性技术是20世纪70年代才发展起来的新技术。电子束表面改性处理包括金属材料的表面淬 火、 表面合金化、 表面清洗及熔覆、 薄极退火，以及半导体材料的退火和掺杂等。目前，电子束表面非晶态处理及冲击淬火等先进处理工艺的研究也已经在世界各国广泛展开。 激光冲击强化(Laser Shock Pening，LSP)技术是一种利用激光冲击波对材料表面进行改性，提高材料的抗疲劳、磨损和应力腐蚀等性能的技术。目前激光冲击技术在工程中应用最广泛的领域是合金材料的表面强化，与滚压、喷丸、冷挤压等材料表面强化处理的方法相比，激光冲击强化处理具有非接触，无热影响区和强化效果显著等突出的优点。其原理是当短脉冲(十几纳秒)的高峰值功率密度(大于109W/cm2)的激光辐射金属靶材时，金属表面吸收层吸收激光能量发生爆炸性汽化蒸发，产生高温(大于10000K)、高压(大于1GPa)的等离子体，该等离子体受到约束层约束时产生高强度压力冲击波，作用于金属表面并向内部传播。材料表层就产生应变硬化，残留很大的压应力。激光束经过凸透镜聚焦后，功率密度可以达到1～50 GW/cm2，接着大部分激光能量将被涂层吸收，能量转化成冲击波的形式，透明物质水即所谓限制层，它将基体和基体表面的涂层包覆起来。

5.航空材料的腐蚀与防护的意义

我国的腐蚀和防护研究为我国航空工业的发展做出了应有的贡献,在腐蚀机理和测试、航空发动机高温防护涂层以及表面处理和防护技术等方面都取得了不小成绩。

参考文献

[ 1]《航空材料与腐蚀防护》--------------讲义中国民航大学理学院材料化学教研室------------苏景新

[ 2]《我国航空材料的腐蚀与防护现状与展望》----------蔡健平，陆峰，吴小梅. [3]《航空材料腐蚀疲劳研究进展.腐蚀与防护》-------耿德平，宋庆功。[4] 《TA 15钛合金与铝合金接触腐蚀与防护研究》-------------张晓云，孙志华，汤智慧等 [5]《航空材料的腐蚀问题与防治对策》------------------------------崔坤林. [6]《民机结构外露关键部位涂层加速腐蚀环境谱研究》--------杨洪源，刘文。

[7]《材料腐蚀与防护》-------------冶金工业出版社------------孙秋霞主编。

第二篇：腐蚀与防护管理规定

腐蚀与防护管理规定 第一章 总 则

第一条 为加强腐蚀与防护管理工作，提高腐蚀与防护管理水平、延 长设备使用寿命，保证炼化装置安全、平稳、长周期运行，依据国家相关 法律、法规和《炼油化工企业设备管理制度》，制定本规定。

第二条 本规定适用于炼油与化工分公司归口管理的炼化企业腐蚀与 防护的设计、选型、采购、制造、安装、使用、检验、修理、改造、更新、 报废等方面的管理工作。

第三条 本规定是对腐蚀与防护管理的基本要求，各企业在生产、技 术引进与开发，新、改、扩建项目和设备管理中，必须严格执行国家有关 法律、法规及本制度。

第二章 管理职责

第四条 炼油与化工分公司按照《炼化企业设备管理制度》的规定， 依据其职责，全面管理各地区公司腐蚀与防护工作，指导各地区公司不断 改进和加强腐蚀与防护管理工作，提高腐蚀与防护管理和技术水平。

第五条 中国石油炼化企业腐蚀与防护工作中心在炼油与化工分公司 的领导下，负责炼化企业的腐蚀与防护技术管理工作。

(一)组织或参与腐蚀与防护规章制度、标准、规范的制定;

(二)组织与实施腐蚀与防护的研究、技术攻关与推广;

(三)组织或参与日常、装置停工检修期间腐蚀检查工作;

(四)组织开展技术交流与培训等工作;

(五)负责腐蚀与防护管理系统的推广应用。

第六条 各地区公司分管副经理依据《炼化企业设备管理制度》管理 要求和职责，全面负责企业腐蚀与防护管理工作。

第七条 各地区公司应建立健全腐蚀与防护管理体系，明确各级、各 部门、各单位的职责，保证腐蚀与防护全过程管理的落实。各地区公司设 备管理部门是腐蚀与防护的主管部门，负责腐蚀与防护全过程管理，应设 专(兼)职技术人员负责腐蚀与防护管理工作。

第八条 设备管理部门职责 :

(一)负责设备腐蚀与防护的管理工作。贯彻执行腐蚀与防护有关的 法律、法规、标准、规范及本规定。

2(二)制定腐蚀与防护的管理规章制度，参与审查工艺操作规程和岗 位操作规程。

(三)组织或参与腐蚀与防护的设计、选型、采购、安装、使用、检验、 修理、改造的全过程管理。

(四)组织建立健全腐蚀与防护档案，完善相关腐蚀与防护资料。装 置检修、改造后及时整理归档，实行动态管理。

(五)负责编制腐蚀与防护工作规划和计划，做好防腐设施的日常巡 检与维护工作，保持防腐设施完好。

(六)组织或参与腐蚀失效原因的调查、分析和处理。

(七)组织有关部门做好腐蚀与防护技术攻关，推广应用新工艺、新 技术、新设备、新材料，加强腐蚀与防护的培训与技术交流，不断提高腐 蚀与防护的技术装备与管理水平。

(八)负责腐蚀与防护管理工作的检查与考核。

(九)负责对工艺防腐蚀措施的评价及效果的检查与考核。

(十)组织或参与工业水水质的管理工作。

(十一)制定腐蚀监(检)测方案，建立腐蚀监测体系，加强腐蚀监(检) 测数据的汇总、分析工作。

(十二)组织做好装置日常、停工期间的腐蚀检查工作。

(十三)参与事故应急措施和救援预案的编制和演练，组织或参与事 故调查和处理。 第九条 生产技术管理部门职责：

(一)组织编制相关的工艺操作规程和岗位操作规程，并符合防腐蚀 技术要求。

(二)负责工艺防腐蚀的技术管理，并对防腐蚀的相关工艺操作进行 监督。

(三)组织工艺防腐蚀技术方案的审定和药剂质量的评定及筛选， 对工艺防腐蚀措施出现的问题，进行技术研究与攻关。

(四)负责组织编制事故应急措施和救援预案，组织或参与事故调查 和处理。 第十条 工程建设管理部门职责： 贯彻执行国家和集团公司、股份公司的有关规范、规程、标准，监督 施工单位严格按防腐蚀设计的技术要求进行施工，并组织对施工质量进行 验收，按规定提供完整的竣工资料。 第十一条 物资供应部门职责： 按照采购计划，依据设计文件、技术协议、相关规范的要求进行采购 与验收，负责及时交付相关技术资料。

第十二条 检修单位职责 负责按有关规程及检修方案，编制合理的施工方案，确保检修质量， 并配合做好腐蚀检查工作。 第十三条 设备检测单位职责 根据企业设备防腐蚀管理工作的要求，做好各类腐蚀监(检)测工作， 提供完整的监(检)测资料，为设备腐蚀状况的分析判断提供依据。 第三章 防腐蚀设计

第十四条 按照国家和行业标准，根据装置的生产工艺、介质的腐蚀 情况，设计合理的工艺及设备防腐蚀方案，以达到安全、经济、有效、可 行的目的，并重点考虑以下方面：

(一)设备选材时，充分考虑工艺介质的腐蚀特性、流动状态与相态、 温度、压力及设备的应力状况、冲击载荷等因素，按照相应标准或导则合 理选材。

(二)在设备设计时，应充分考虑结构对腐蚀的影响，选择合理的结构， 避免设计不合理造成设备腐蚀。

(三)在电化学保护设计时，应对土壤腐蚀等相关参数进行检测，并

应避免过保护引起的腐蚀加剧和其它安全问题。

第四章 工程施工与验收

第十五条 防腐工程的施工、质量验收，必须符合国家、行业和中国 石油有关标准、规范和规程，应选择具有相应施工资质、技术力量和装备 能力强、业绩良好的承包商进行施工。

第十六条 工程施工前应重点做好以下准备工作：

(一)承包商应按技术要求认真编制施工方案，方案中必须进行风险

识别与控制;

(二)施工管理人员和施工人员必须经过专业技术培训，满足现场施

工技术及安全要求;

(三)必须检查确认用于防腐施工的材料满足技术要求，质量达到国

家或有关行业标准。

第十七条 严格执行相应的技术规范和施工工艺，确保施工质量。根 据需要，可委托第三方进行监理。

第十八条 加强防腐工程项目的质量检查和验收 :

(一)严格中间质量检验，施工结束后，进行全面的质量验收;

(二)重要部位的防腐施工必须采用无损检测、金相检验、材质分析、 硬度检测、涂层测厚、针孔检验等技术手段进行检查。 第五章 使用与维护

第十九条 建立健全设备腐蚀与防护档案，内容至少应包括设备名称、 型号、介质、温度、压力、结构、材质和防腐措施等，检修、改造后及时 整理归档，实行动态管理。

第二十条 严格按照工艺操作规程和岗位操作规程进行操作，避免或 减少由于生产工艺波动造成设备腐蚀加剧。

第二十一条 做好防腐设施的日常检查与维护工作，确保防腐措施有 效运行。

第二十二条 防腐措施不得随意变更，确需变更的，应由使用单位提 出需求，经相关部门审核同意后方可变更。

第二十三条 在装置停工处理时，应严格按照操作规程、技术要求对 含腐蚀性介质的系统进行必要的清洗、中和、钝化等处理;在检修及开停 工过程中，对已采取的防腐措施(如衬里、涂料等)进行妥善保护。

第二十四条 对长期停用的装置和设备，应根据其特点采取相应的防 腐措施进行保护。

第二十五条 对于装置运行过程中出现的腐蚀问题，开展腐蚀原因调 查及分析。

第六章 工艺防腐

第二十六条 建立健全工艺防腐管理体系，明确各相关部门的职责， 制定工艺防腐管理制度。

第二十七条 合理选用工艺防腐措施，减缓和抑制腐蚀的发生。

第二十八条 加强对工艺防腐措施中的药剂筛选、材料采购、质量验 收、工艺操作、监测分析、效果评价等环节的管理工作。

第二十九条 工艺防腐措施必须与装置开停工同步，主要控制指标纳 入生产工艺考核。

第三十条 根据工艺防腐运行效果的监测与分析，及时调整工艺操作 或方案。

第七章 工业循环水

第三十一条 建立工业循环水管理制度，加强循环水场、循环水管网、 水冷器等管理。

第三十二条 加强水处理药剂及材料的选型、检验、使用、评价、报 废等管理，积极采用先进、可靠的水处理技术。

第三十三条 加强水质及使用管理，严格控制补水质量，不合格的回 用水不得作为循环水补水。

第三十四条 定期对循环水管网及水冷器进行泄漏检测，发现泄漏及 时处理。

第三十五条 循环水系统应根据运行情况进行清洗、预膜。

第三十六条 大修时应对水冷器结垢、粘泥和腐蚀等状况进行检查处 理，并记录存档。

第八章 腐蚀监(检)测与检查

第三十七条 建立腐蚀监(检)测体系，监(检)测可采用在线腐蚀

监测、化学分析、挂片、测厚等手段，加强对监(检)测数据的分析与管理。

第三十八条 腐蚀监(检)测与检查方案的制定应与 RBI 的结果相结 合。

第三十九条 及时收集、整理、分析各类腐蚀相关监测数据，编制并 发布腐蚀监测月报。

第四十条 做好日常、装置停工检修期间腐蚀检查工作，对设备的腐 蚀状况进行详细检查并编写腐蚀检查技术报告。

第四十一条 推广各类先进腐蚀监(检)测技术，以提高腐蚀监(检) 测结果的准确性与及时性。

第九章 附 则

第四十二条 各地区公司应根据本管理规定结合实际情况，制定本企 业腐蚀与防护管理规定和考核细则。

第四十三条 本规定由中国石油天然气股份有限公司炼油与化工分公 司负责解释。

第四十四条 本规定自下发之日起施行。

第三篇：电化学腐蚀与防护（推荐）

电化学腐蚀与防护

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H2SO

4、H3PO

4、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

曹楚南 北京大学出版社 化学工业出版社

第四篇：钢筋混凝土结构的腐蚀与防护

摘要

大型土木工程结构中,钢筋混凝土的腐蚀对其结构的耐久性具有很大的影响,混凝土结构钢筋腐蚀是影响结构耐久性和安全性的重要因素之一。根据混凝土结构钢筋腐蚀机理,抑制钢筋腐蚀,应控制好混凝土保护层厚度、氯离子含量和混凝土裂缝宽度,并应采取有效措施提高混凝土的密实性、合理选择饰面材料等。因而正确分析钢筋腐蚀原因至关重要。

关键词:钢筋混凝土;腐蚀;抑制措施;

The Corrosion and Protection of Reinforced Concrete

Structures

Abstract:

Large civil engineering structure, the corrosion of reinforced concrete has a great influence on the durability of the structure, the steel corrosion of concrete structure is one of the important factors that affect the structure durability and safety. Based on the mechanism of concrete structure reinforcement corrosion and inhibition of steel corrosion, should control the thickness of concrete cover, chloride ion content and concrete crack width, and effective measures should be taken to improve the compactness of concrete, the reasonable choice facing material, etc. Steel corrosion reason and correct analysis is very important.Key Words: Reinforced concrete; Corrosion; Inhibition of measures

引言

钢筋混凝土结构是由钢筋及混凝土两种力学性能完全不同的材料所组成的复合材料，它具有材料来源容易、价格低廉、坚固耐用等特点[1],有效的利用了钢筋的抗拉性能和混凝土的抗压性能，已成为最常见的建筑结构。但是，钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀会影响钢筋的力学性能，降低了钢筋与混凝土之间的黏结

力，从而引起混凝土胀裂破坏，影响钢筋混凝土结构的可靠度、耐久性和适用性，在使用过程中常因腐蚀而提前失效,甚至导致事故发生,因而人们对钢筋混凝土结构的腐蚀与防护的研究越来越重视[2]。

1钢筋混凝土简介

钢筋混凝土[3](英文：Reinforced Concrete或Ferroconcrete)，是指通过在混凝土中加入钢筋与之共同工作来改善混凝土力学性质的一种组合材料，被广泛应用于建筑结构中。浇筑混凝土之前，先进行绑筋支模，也就是用铁丝将钢筋固定成想要的结构形状，然后用模板覆盖在钢筋骨架外面[4]。

1.1结构现状

目前在中国，钢筋混凝土为应用最多的一种结构形式，占总数的绝大多数，同时也是世界上使用钢筋混凝土结构最多的地区[5]。混凝土是水泥(通常硅酸盐水泥)与骨料的混合物。当加入一定量水分的时候，水泥水化形成微观不透明晶格结构从而包裹和结合骨料成为整体结构。钢筋抗拉强度非常高，一般在200MPa以上[6]，故通常人们在混凝土中加入钢筋等加劲材料与之共同工作，由钢筋承担其中的拉力，混凝土承担压应力部分。

1.2工作原理

钢筋混凝土之所以可以共同工作是由它自身的材料性质决定的。首先钢筋与混凝土有着近似相同的线膨胀系数，不会由环境不同产生过大的应力。其次钢筋与混凝土之间有良好的粘结力，有时钢筋的表面也被加工成有间隔的肋条(称为变形钢筋)来提高混凝土与钢筋之间的机械咬合，当此仍不足以传递钢筋与混凝土之间的拉力时，通常将钢筋的端部弯起180 度弯钩[7]。此外混凝土中的氢氧化钙提供的碱性环境，在钢筋表面形成了一层钝化保护膜，使钢筋相对于中性与酸性环境下更不易腐蚀[8]。

2 混凝土中钢筋腐蚀过程

2.1腐蚀孕育期t0:从浇注混凝土到混凝土碳化层深度达到钢筋表面,或氯离子侵入开始破坏钢筋钝化层,即钢筋开始腐蚀为止。

[9]2.2腐蚀发展期t1:从钢筋开始腐蚀发展到混凝土保护层表面因钢筋锈胀而出现破坏。

2.3腐蚀破坏期t2:从混凝土表面因钢筋锈蚀肿胀开始破坏发展到混凝土严重胀裂、剥落破坏,达到不可容忍的程度,必须全面大修时为止。

2.4腐蚀危害期t3:钢筋修饰已经扩大到使混凝土结构区域性破坏,致使结构不能安全使用[8]。 通常, t0> t1> t2> t3。

3影响钢筋腐蚀的因素

混凝土结构中钢筋腐蚀是一个非常复杂的过程,一方面是由混凝土碳化,钢筋表面的钝化膜遭到破坏,从而产生电化学腐蚀,腐蚀结果在钢筋表面生成红铁锈[10],体积膨胀数倍,引起混凝土开裂;另一方面是由于外加剂或原材料中含有氯盐成分混入混凝土内,或由于环境中所含的氯盐渗透到混凝土中,Cl-进入混凝土并到达钢筋表面,穿透氧化膜,导致钢筋表面局部钝化膜破坏,使钢筋表面产生点蚀(坑蚀)。碳化和Cl-的作用结果都是先腐蚀钢筋,后引起保护层混凝土胀裂破坏,而保护层的破坏又加剧了钢筋的电化学腐蚀[11]。

3.1水对混凝土中钢筋腐蚀的影响

在混凝土中钢筋发生腐蚀的过程中，水发挥着重要作用。水是混凝土中形成电解质的必要条件[12]，也是使钢筋发生化学反应所必需的反应物。此外，水还起到扩散离子的作用，为化学反应提供了适当的反应环境。水对钢筋的腐蚀的影响与水的含量有关。综合各种情况，水对混凝土中钢筋腐蚀的影响具有以下规律：

(1)当混凝土孔隙水含量较多时，会引起腐蚀电位降低，从而加快钢筋腐蚀速率。

(2)当混凝土孔隙水含量处于饱和及过饱和时，腐蚀电位降低，但此时由于过氧控制下阴极的极限腐蚀电流降低，会导致钢筋腐蚀速率下降。

(3)当混凝土孔隙含水量极高时，会发生氧浓差极化，加快钢筋腐蚀速率。

3.2温度对钢筋腐蚀速率的影响

在阳极区，温度的升高使参与腐蚀反应的离子的溶解度提高，从而使混凝土孔隙溶液中离子的活动能力提高，提高了阳极的反应速度。在阴极区，随着温度的升高，O2在水中的溶解度降低，当温度超过一定值后，离子溶解度也会降低，从而降低了钢筋腐蚀速率[6]。

混凝土内钢筋的腐蚀速率由混凝土自身的材料性质和外部的环境气候条件共同决定。环境的相对湿度和环境与温度的综合效应可对钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀速度产生影响。水分及温度对钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀均有较大影响，仅考虑其单独作用并不能真实地反映钢筋腐蚀的规律。水和温度对钢筋的腐蚀是相互影响的，其共同作用不能单纯地进行叠加。水和温度相互之间的关系具有以下特点[12]。

(1)在环境湿度相同的情况下，混凝土的腐蚀速率随着温度的升高而增大，其增长速率随着温度的增加逐渐增大。

(2)在环境温度相同的情况下，混凝土的腐蚀速率随着湿度的增大，在前期处于较平缓的发展，在后期增加幅度较大。

(3)环境的温度与混凝土孔隙水含量对钢筋腐蚀速率的影响并不是孤立的，钢

筋腐蚀速率随着温度的升高，所需混凝土孔隙的水含量也相应降低。

(4)温度、湿度对混凝土腐蚀增长速率的影响也是不同的，总体来说，温度效应比湿度效应的影响明显。

3.3电化学对钢筋腐蚀的影响

钢筋腐蚀机理混凝土内钢筋的腐蚀过程实际是电化学腐蚀过程,其原理本质上是氧化还原反应[13]。这种氧化还原反应是通过阳极反应(氧化反应)和阴极反应(还原反应)同时而分别进行的,类似于将化学能直接转变为电能的原电池,反应过程见图1。

在钢筋混凝土结构中，阳极反应和阴极反应分别看作是一个电极反应过程,在具备阳极、阴极、阳极与阴极间的电连接及电解质的条件下，以微观腐蚀电池及宏观腐蚀电池的形式，在阳极和阴极发生氧化还原反应。具体过程如下：钢筋混凝土中，Fe为阳极，O2与水共同构成阴极，钢筋为阳极与阴极间的电连接，混凝土孔隙液为电解质。在阳极区和阴极区会产生如下反应：

阳极区反应为Fe→Fe2++2e-

阴极区反应为O2+2H2O+4e-→4OH-

阳极区产生的Fe2+由钢筋表面向周围水溶液扩散，阴极区产生的OH-由水溶液通过混凝土孔隙到达阳极，在这种情况下会发生以下反应：

Fe2++2OH-→Fe(OH)2 Fe(OH)又可与O2发生进一步反应：

在氧气充足条件下，有4Fe(OH)2+O2+2H2O→4Fe(OH)3

2Fe(OH)3→Fe2O3+3H2O 在氧气不充足条件下，有Fe(OH)2+O2→2Fe2O3+3H2O

3.4氯盐对钢筋的腐蚀的影响

氯盐对钢筋的腐蚀是电化学腐蚀的一种,使用海砂、含氯盐的施工用水、含氯盐外加剂、在氯盐环境中拌制和浇注混凝土是Cl-进入水泥石的主要途径,这通常是施工管理的问题。此外, Cl-也可通过混凝土宏观、微观缺陷进行侵入,这是综合技术问题,与混凝土的多孔性、密实性、钢筋表面的混凝土保护层等因素有关。

Cl-进入混凝土后,首先是破坏钢筋表面的保护膜。保护膜通常是Fe的氧化物,能阻碍铁基体与外界介质发生,降低钢筋的活性,又被称为钝化膜。该层氧化物遇水微溶呈碱性,Cl-吸附在局部保护膜上可使该处的pH迅速降低,因绝大部分氯化物会不同程度地与水发生反应(NaCl、KCl、BaCl除外),生成碱式盐与盐酸,使酸性增强。如FeCl2+H2O→Fe (OH) Cl+HCl,其中Fe (OH) Cl为碱式氯化亚铁,故Cl-也可以归为酸根[14]。

4钢筋混凝土结构的防护措施

4.1降低混凝土中腐蚀性组分的渗透性

混凝土中腐蚀性组分的渗透是钢筋发生腐蚀的必要条件。因此要抑制钢筋的腐蚀可以从两方面着手，一方面要尽可能控制混凝土中C1一的浓度和相对湿度;另一方面要选择适当的水泥品种以尽量提高混凝土的密实性及适当增加混凝土层厚度以阻止腐蚀性组分的渗人。

4.2 合理选择饰面材料

结构饰面装修除了达到美观效果外,还可达到保护结构的重要目的。不同的饰面材料抑制外部环境对混凝土结构的影响也不一样。设计过程中应根据环境情况合理选择混凝土结构的饰面材料[12]。

4.3采用钢筋的阴极保护

阴极保护常作为一种补助措施来防止混凝土中钢筋的腐蚀。在良好的导电介质中，例如海水中，这可以通过在钢筋上联结牺牲阳极来实现。而在导电性差的环境中，例如在大气中，这种阴极保护则在钢筋和难溶性阳极之间施加电流实现。

4.4在混凝土中加入添加剂

为了改善混凝土某一方面的性能，或防止钢筋的锈蚀，常常使用添加剂。比如亚硝酸钙、油酸乳化丁醋和二甲基乙醇胺常作为缓蚀剂添加到混凝土中[15]，可控制混凝土中钢筋的腐蚀。但缓蚀剂的加入不能破坏混凝土的其他性能，阳极型缓蚀剂要特别慎用。

4.5防止杂散电流混入混凝土结构

电气火车、电车等以接地为回路的交通工具以及电焊机、电解槽等直流电力系统都可以引起杂散电流，正确的接地和隔离杂散电流源，可以有效地防止杂散电流引起钢筋混凝土结构的电化学腐蚀[16]。

4.6进行腐蚀检测或监测

对钢筋混凝土结构的关键部位进行定期的检测或监测，以便及时发现混凝土

结构的早期断裂和潜在的事故隐患。根据检测或监测结果，调整和优化工况条件，作出维修保养的决策。通常采用物理方法和电化学方法来检测或监测钢筋混凝土结构的腐蚀[11]。

4.7 提高混凝土的密实性

提高混凝土的密实性可抑制空气和水分的侵入,抑制外界环境中氯离子和化学介质渗透侵蚀,是抑制混凝土结构钢筋腐蚀的有效措施。

5结论

分析了钢筋混凝土结构的钢筋腐蚀机理,简要地介绍了钢筋腐蚀过程,总结了钢筋腐蚀的影响因素。钢筋混凝土结构的腐蚀主要受电化学腐蚀受到温度、水的综合效应的影响。应重视温度、水等环境对钢筋混凝土结构中钢筋腐蚀的影响[17]。应寻求更加合理、科学的措施来减缓钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀速率，以便对症下药选择最佳的维修对策,更经济有效地延长结构的使用寿命;另一方面也有助于对新建过程项目进行耐久性设计和研究,揭示影响结构寿命的内部和外部因素, 从而提高工程的设计水平和施工质量,保证钢筋混凝土结构的耐久性、可靠性和适用性，确保混凝土结构在使用年限中正常工作。

参考文献

[1]陈雅福.土木工程材料[M].广州:华南理工大学出版社,2001,3:124-127;134-135. [2]陈立军，黄德馨，孔令炜等.水泥组成和粉磨细度对混凝土耐久性的影响及改善途径[J].建筑技术，2009，4(1)：62-64. [3]GB50204-2002,混凝土结构工程施工质量验收规范[S]. [4]GB50119-2003,混凝土外加剂应用技术规范[S]. [5]陈丽金.混凝土结构钢筋腐蚀的产生[J].中国建材科技, 2003,(1):27-30. [6]刘秉京.混凝土结构耐久性设计[M].北京：人民交通出版社，2007. [7]CCES 01-2004，混凝土结构耐久性设计与施工指南[S].北京：中国建筑工业出版社，2005. [8]杜荣归，黄若双，赵冰，等.钢筋混凝土结构中阴极保护技术的应用现状及研究进展[J].材料保护，2003，36(4)：11-13. [9]朱雅仙，蔡伟成，吴烨，等.氯盐环境中钢筋混凝土阴极防护技术有关问题初探[J].混凝土，2010(4)：31-33. [10]王睿，王信刚，齐瑞文.高性能混凝土的抗氯离子渗透性能与耐久性评估[J].混凝土，2010(6)：28-29. [11]田惠文; 李伟华; 宗成中; 侯保荣 等，海洋环境钢筋混凝土腐蚀机理和防腐涂料研究进展[J].涂料工业，2008.1 [12]魏宝明,储 炜,汪 鹰.钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀与防护[A].腐蚀科学与腐蚀工程技术新进展[M].北京:化学工业出版社,2000,7-10. [13]王庆霖,池永亮,牛荻涛.锈后无粘结钢筋混凝土梁的模拟试验与分析[J].建筑结构,2001,(4):51-53. [14]GB/T 50476—2008，混凝土结构耐久性设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2009. [15]RINCON O，PEREZ O，PAREDES E.Long-term performance of ZnO asa rebar corrosion inhibitor[J].Cement & Concrete Composites，2002(24)：79-87. [16]MORRIS W，VICO A，VAZQUEZ M.Corrosion of reinforcing steel bymeans of concrete resistivity measurements[J].Corrosion Science，2002(44)：81-99. [17]董必钦，李伟文，冯文元，等.深港西部通道地道高性能混凝土耐久性对策研究[J].混凝土，2007(6)：30-32.

第五篇：过程装备腐蚀与防护心得体会

学习《过程装备腐蚀与防护》心得

腐蚀现象几乎涉及国民经济的一切领域。例如，各种机器、设备、桥梁在大气中因腐蚀而生锈;舰船、沿海的港口设施遭受海水和海洋微生物的腐蚀;埋在地下的输油、输气管线和地下电缆因土壤和细菌的腐蚀而发生穿孔;钢材在轧制过程因高温下与空气中的氧作用而产生大量的氧化皮;人工器官材料在血液、体液中的腐蚀;与各种酸、碱、盐等强腐蚀性介质接触的化工机器与设备，腐蚀问题尤为突出，特别是处于高温、高压、高流速工况下的机械设备，往往会引起材料迅速的腐蚀损坏。

目前工业用的材料，无论是金属材料或非金属材料，几乎没有一种材料是绝对不腐蚀的腐蚀造成的危害是十分惊人的。据估计全世界每年因腐蚀报废的钢铁约占年产量的30%，每年生产的钢铁约10%完全成为废物。实际上，由于腐蚀引起工厂的停产、更新设备、产品和原料流失、能源的浪费等间接损失远比损耗的金属材料的价值大很多。各工业国家每年因腐蚀造成的经济损失约占国民生产总值的1%~4%。

腐蚀不仅造成经济上的巨大损失，并且往往阻碍新技术、新工艺的发展。例如，硝酸工业在不锈钢问世以后才得以实现大规模的生产;合成尿素新工艺在上世纪初就已完成中间试验，但直到20世纪50年代由于解决了熔融尿素对钢材的腐蚀问题才实现了工业化生产。

通过学习我们可以从最开始的设计阶段就考虑腐蚀对工程的影响，用正确的方法控制腐蚀，这样既能节省资源，又能延长设备的使用寿命，提高了我们的效率。对我们来说，我们更要踏实的学习知识，如果缺乏对于温度的、压力、浓度等的影响腐蚀规律的分析判断能力，那么按照手册相近选定的材料，往往会造成设备的过早破坏。结构复杂的机器、设备，出于某种特定功能的需要，常常选用不同材料的组合结构，如果不注意材料之间的电化学特征的相容性，或两种材料的结构相对尺寸比例不恰当，热处理度不合理，都会加速设备的腐蚀。所以腐蚀贯穿整个设计过程，所以我们要掌握腐蚀的一些基本知识是十分必要的。

因此，研究材料腐蚀规律，弄清腐蚀发生的原因及采取有效的防腐措施，对于延长设备寿命、降低成本、提高劳动生产效率无疑具有十分重要的意义!