2024/1/18材料防護與資源效益一、概述

腐蝕破壞到處可見，腐蝕事故頻頻發(fā)生，這除了因腐蝕本身所具有的自發(fā)性質(zhì)外，很大程度上是因為人們對腐蝕的危害性估計不足，對腐蝕防護的重要意義認識不深，對腐蝕與防護科學缺乏應有的知識，沒有采取防腐蝕措施、或采取的防腐蝕措施不當所致。2024/1/18材料防護與資源效益

據(jù)專家們估計，如果將已掌握的防腐蝕技術在生產(chǎn)實踐中推廣應用，可以使現(xiàn)有的腐蝕損失降低1/3。一些國家的年腐蝕損失調(diào)查結(jié)果也表明，腐蝕損失可避免1/4左右。

因此，加強腐蝕與防護教育、普及防腐蝕知識非常重要。掌握應有的腐蝕與防護科學知識，可以在工程設計、生產(chǎn)施工、設備維護、技術管理等各項工作中努力消除腐蝕隱患，從而避免許多不必要的腐蝕損失。2024/1/18材料防護與資源效益

1.事實上，人類差不多在使用材料的同時就開始了對腐蝕現(xiàn)象的考察及其防護措施的探索。（1）遠在5000年前我們祖先就采用火漆作為木、竹器的防腐涂層。（2）考古學在考證金字塔時發(fā)現(xiàn)，4000多年前世界上最古老的金屬管道用石灰三合土包覆，起到了防腐作用。

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（3）公元前2世紀我國已成功地應用金汞齊的鎏金術來防蝕和裝飾金屬或木質(zhì)工藝品的表面。（4）春秋戰(zhàn)國時期的武器，秦始皇陵出土的大量青銅箭和箭簇，有的至今毫無銹蝕。經(jīng)鑒定，是因為其表面有一層致密的含鉻的黑色氧化物保護層。2024/1/18材料防護與資源效益改變金屬的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)防腐

2000年5月，保利集團在香港拍賣會上花費3000多萬港幣購回在火燒圓明園時流失的國寶：銅鑄的牛首、猴首和虎首，普通銅器時間稍久容易出現(xiàn)銅綠，其主要成分是[Cu2(OH)2CO3],這三件1760年銅鑄的國寶在240年后看上去仍然熠熠生輝不生銹，下列對其原因的分析，最可能的是（D）A.C.銅的金屬活動性比氫小，因此不宜被氧化；B.D.它們的表面都電鍍上了一層耐腐蝕的黃金；環(huán)境污染日趨嚴重，它們表面的銅綠被酸雨溶解洗去；它們是含一定比例金、銀、錫、鋅的合金；練習2024/1/18材料防護與資源效益2.現(xiàn)實的需要推動著防腐蝕技術的發(fā)展與進步（1）第一次世界大戰(zhàn)期間，英國海軍艦艇因遭受嚴重的海水腐蝕幾乎喪失了戰(zhàn)斗力。戰(zhàn)后對海水腐蝕進行的大量研究，促進了陰極防護方法的發(fā)展。2024/1/18材料防護與資源效益

（2）20世紀初開始，化學工業(yè)的迅速發(fā)展，特別是30年代美國石油工業(yè)的大發(fā)展，推動了不銹鋼和耐蝕合金以及緩蝕劑的研究和應用。這一時期在腐蝕與防護科學研究方面也取得了顯著成就，奠定了現(xiàn)代腐蝕與防護科學的基本理論，使它逐步地形成為一門獨立的學科。

2024/1/18材料防護與資源效益3.今日的腐蝕與防護科學已發(fā)展成為一門融合了多門學科的新興邊緣學科，包含腐蝕電化學、腐蝕金屬學、環(huán)境敏感斷裂力學、生物腐蝕學和防護系統(tǒng)工程學等許多學科分支。

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4.解放前我國工業(yè)很落后，腐蝕與防護科技力量也很薄弱。新中國成立后，我國政府開始著手解決某些腐蝕問題，取得了一定的成就。（1）為了更有效地領導和促進腐蝕與防護的科學研究，1960年國家科委專門成立了腐蝕學科組。

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（2）改革開放后，隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，我國腐蝕與防護科學的發(fā)展也進入了一個嶄新時期。圍繞著國民經(jīng)濟中的重大腐蝕問題，一方面組織科技力量進行攻關；另一方面積極開展科學研究，1979年底成立了中國腐蝕與防護學會，1987年至1991年連續(xù)5年國家自然科學基金委員會將“金屬與防護機理研究”列為重大項目，這充分體現(xiàn)了黨和政府對腐蝕與防護科學的重視。

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（3）現(xiàn)在電化學保護技術已在我國的海洋開發(fā)、石油化學工業(yè)、地下結(jié)構(gòu)和裝置等方面獲得了極廣泛的應用，并逐步走向規(guī)范化、法令化階段。

緩蝕劑的理論研究與實際應用，正在建立我國自己的體系。2024/1/18材料防護與資源效益

各種耐蝕材料和表面保護技術的開發(fā)及推廣應用獲得了很大的發(fā)展。

防腐蝕設計和防腐蝕技術管理也日益受到普遍的重視。2024/1/18材料防護與資源效益

（4）在腐蝕理論研究方面，關于鈍化膜破壞過程的電化學特性，稀土元素在高溫氣體腐蝕防護涂層中的作用機理以及氫致開裂機理等方面都取得了令世人矚目的成果。因此我國腐蝕與防護科技水平與世界先進水平的差距正在不斷縮小。

2024/1/18材料防護與資源效益5.腐蝕防護是一項系統(tǒng)工程，它包括防蝕設計、合理選材、環(huán)境處理、防護工藝以及設備腐蝕監(jiān)測等。一臺設備或一項工程設施要獲得良好的防護效果，必須根據(jù)設備或工程設施的工作狀況、環(huán)境條件相應地采取適宜的防護技術措施，切不可簡單地生搬硬套。

下面我們舉例說明腐蝕防護方法及由此帶來的經(jīng)濟效益。

/2024/1/18材料防護與資源效益二、熱力設備的腐蝕防護方法及效益

（一）熱力設備的腐蝕防護方法

從提高材料的耐蝕性和減小介質(zhì)即環(huán)境的侵蝕性兩方面來考慮，防止熱力設備腐蝕的方法主要有：

1)合理選材；2)表面保護

3)介質(zhì)處理；4)電化學保護

2024/1/18材料防護與資源效益1.合理選材

合理選材主要是根據(jù)材料所要接觸的介質(zhì)的性質(zhì)和條件、材料的耐蝕性能，以及材料的價格，選擇在這種介質(zhì)中比較耐蝕、滿足設計和經(jīng)濟性要求的材料。

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如：銅合金由于其優(yōu)良的導熱性、良好的塑性和必要的強度，以及易于機械加工，價格不太昂貴等優(yōu)點，因而在熱交換器中使用得最多。凝汽器管及低壓加熱器管大多數(shù)是用銅合金制造的。

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凝汽器的熱交換容量大，使用的銅合金也多，平均每l0MW發(fā)電能力需要4

5噸。凝汽器銅管的外壁接觸的是高流速的蒸汽及凝結(jié)水；內(nèi)壁則與冷卻水相接觸，冷卻水常常是含有各種雜質(zhì)成分的天然淡水、苦咸水或海水，因而可能產(chǎn)生多種形態(tài)的腐蝕，并且腐蝕程度也較嚴重。

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為防止腐蝕，一方面在空冷區(qū)采用BFe30-1-1白銅管代替黃銅管，以防止銅管的氨腐蝕；另一方面為防止凝汽器管腐蝕，正逐步用不銹鋼管替代黃銅管。2024/1/18材料防護與資源效益

什么是白銅呢？銅合金視其合金元素的種類可分為：黃銅、白銅和青銅等。

黃銅是以銅和鋅元素為主要成分的合金，它以鋅為主要添加元素。根據(jù)化學成分的不同又可分為普遍黃銅和特殊黃銅兩大類。

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特殊黃銅就是在普通黃銅中再加入少量的錫、鋁、砷等其它合金元素后制成的。添加這些合金元素是為了提高黃銅的機械性能和耐蝕性能。2024/1/18材料防護與資源效益

特殊黃銅的牌號命名：代表黃銅的字母H后列出除鋅外的主要添加元素符號，接著是含銅量數(shù)字，然后標出添加元素的量，最后的“A”表示此材料加有微量的砷元素。

例如HAl77-2A是指含銅77%、鋅21%、鋁2%的鋁黃銅；

HSn70-1A是指含銅70%，鋅29%，錫1%的錫黃銅。2024/1/18材料防護與資源效益

白銅是銅和鎳的合金。因為當鎳含量高時，材料常呈銀白色金屬光澤，故一般稱為白銅。這類材料耐蝕性能強，在淡水、尤其在海水中較穩(wěn)定，耐氨腐蝕的性能也優(yōu)于黃銅。

白銅牌號的命名：以字母B表示銅鎳合金，字母B后的數(shù)字表示含鎳量。例如B30表示含鎳30%、銅70%的銅鎳合金。2024/1/18材料防護與資源效益

用作凝汽器管材較多的銅合金是特殊黃銅，如H68A、HSn70-1A、HAl77-2A，和白銅，如B30、B10。2024/1/18材料防護與資源效益

再來看不銹鋼用作凝汽器管的情況。不銹鋼管凝汽器在歐美國家使用較多，美國早在40年代就開始試用不銹鋼管，1958年發(fā)現(xiàn)一臺在役使用的凝汽器銅合金管壽命很短，而同機的304不銹鋼管沒有腐蝕，因此所有銅合金管全部換成了304不銹鋼管。

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至1990年，美國凝汽器用不銹鋼管總長度超過了24.4萬km（約相當于1300臺300MW機組）?，F(xiàn)在美國約有70%機組的凝汽器使用不銹鋼管。2024/1/18材料防護與資源效益

而我國呢？不銹鋼管凝汽器起步較晚，1989年底我國第一臺不銹鋼管凝汽器在河北上安電廠投入使用。

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由于不銹鋼管凝汽器的優(yōu)良性能未被人們認識，當時國內(nèi)不銹銅管凝汽器的發(fā)展處于低潮期或停滯狀態(tài)。直至1996年，因為不銹鋼管凝汽器在上安電廠的使用效果非常好，而且造價與黃銅管差不多，上安電廠二期工程也采用了不銹鋼管凝汽器。隨后我國不銹鋼管凝汽器進入了加速發(fā)展階段。2024/1/18材料防護與資源效益2000年5月我國第一臺舊機組銅管全部換不銹鋼管的凝汽器投入使用，還有一些電廠舊機組銅管部分改換為不銹鋼管(空抽區(qū)和/或迎汽區(qū)的)。據(jù)統(tǒng)計，至2002年國內(nèi)至少已有23家電廠在凝汽器上使用或已確定使用不銹鋼管。2024/1/18材料防護與資源效益

國外在包括海水在內(nèi)的各種冷卻水中，均有使用不銹鋼管的許多實例。使用過的不銹鋼品種也比國內(nèi)多得多，不僅有奧氏體不銹鋼，還有鐵素體不銹鋼和雙相不銹鋼。但奧氏體不銹鋼占絕大多數(shù)。美國國際管材公司的資料表明，從1967年至1997年銷售的61180km凝汽器用不銹鋼管材中，奧氏體不銹鋼占93.6%，其中304和304L占57.7%，316和316L占12.2%。2024/1/18材料防護與資源效益

國內(nèi)凝汽器已用的不銹鋼管幾乎都是奧氏體不銹鋼焊接管，品種有304型、316型、317型，有進口的也有國產(chǎn)的。管璧厚度從0.5mm

1.0mm。機組功率從125MW

600MW，凝汽器冷卻面積從7000m2

40470m2，冷卻水有淡水、微咸水和咸水，有地表水，也有地下水，但是還沒有海水。在海水凝汽器中，國內(nèi)基本上都使用鈦管。2024/1/18材料防護與資源效益

凝汽器用不銹鋼管基本上都是焊接管，不僅尺寸精度高，而且價格比無縫管低。不銹鋼焊接管國內(nèi)外均有生產(chǎn)，不同制造商的價格和質(zhì)量均懸殊很大。

國外不同材料的凝汽器的造價從高到低依次為鈦管、B30白銅管、Al-6XN不銹鋼管、AL29-4C不銹鋼管、B10白銅管、316不銹鋼管、海軍黃銅管、304不銹鋼管。

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總體來講，與銅管、鈦管凝汽器相比，不銹鋼管的機械強度和彈性模量較高，耐腐蝕性能好，總的傳熱性能也不比銅管差，與銅管相比使用壽命較長，造價也不高，具有優(yōu)良的技術經(jīng)濟性能，受到了用戶的歡迎，在我國凝汽器上應用前景十分廣闊。

/2024/1/18材料防護與資源效益2.表面保護技術

金屬表面的保護性覆蓋層可分為金屬鍍層和非金屬涂層2024/1/18材料防護與資源效益表面保護技術就是利用覆蓋層盡量避免金屬和腐蝕介質(zhì)直接接觸而使金屬得到保護。金屬鍍層的制造方法主要有熱鍍（鍍鋅鋼管）、滲鍍（也稱表面合金化）、電鍍等。非金屬涂層可分為無機涂層（包括搪瓷、玻璃涂層以及化學轉(zhuǎn)化涂層，如金屬表面的氧化膜和磷化膜等）和有機涂層（包括塑料、涂料和防銹油等）。2024/1/18材料防護與資源效益在發(fā)電廠，表面保護技術常用于熱力設備的外部防護。例如用有機涂層和電鍍層防止設備外表面的大氣腐蝕等。另外，表面保護技術還常用于一些工作溫度較低的熱力設備的內(nèi)部防護。例如，爐外水處理設備及管道內(nèi)壁的襯膠保護等。2024/1/18材料防護與資源效益課堂練習：1.當鍍層有破損時，對于鍍鋅鐵（白鐵）和鍍錫鐵，哪個更易發(fā)生腐蝕呢？試從原電池原理加以分析。后者更易發(fā)生腐蝕，因鐵比錫活潑，在原電池反應中，鐵失電子被腐蝕，而鋅比鐵活潑，在原電池反應中，鋅失電子被腐蝕，而鐵被保護2024/1/18材料防護與資源效益

有些盛放食品的鐵罐是用“馬口鐵”(鍍錫鐵皮)制成的；屋檐的水槽、澆花用的水壺和水桶等器具一般是用白鐵皮(鍍鋅鐵皮)制成的。當“馬口鐵”鐵罐被腐蝕時，銹斑呈點狀分布，銹孔容易穿透鐵罐；而白鐵皮水槽被腐蝕時，銹斑容易在面上擴展開來，鍍鋅層先被腐蝕而內(nèi)部的鐵卻不易被銹蝕。你知道造成這種現(xiàn)象的原因嗎?/2024/1/18材料防護與資源效益3.介質(zhì)處理

介質(zhì)處理的目的是降低介質(zhì)的腐蝕性，促使金屬表面發(fā)生鈍化。通常采用下列方法：2024/1/18材料防護與資源效益

1）控制介質(zhì)中溶解氧等氧化劑的濃度例如，為了控制汽包爐機組水汽系統(tǒng)熱力設備的氧腐蝕，可采取給水除氧（熱力除氧，亞硫酸鈉、聯(lián)胺化學除氧）的方法。2024/1/18材料防護與資源效益2）提高介質(zhì)的pH值提高介質(zhì)的pH值（用氨水、氫氧化鈉、磷酸三鈉調(diào)pH值，如給水的pH值調(diào)節(jié)）。一方面，可中和介質(zhì)中的酸性物質(zhì)，防止金屬的酸性腐蝕；另一方面，可使溶液呈堿性，促進金屬的鈍化。2024/1/18材料防護與資源效益Fe-H2O體系的電位-pH圖中的腐蝕、兔蝕、鈍化區(qū)2024/1/18材料防護與資源效益

3）降低氣體介質(zhì)中的濕分例如：在熱力設備干法停用鍋爐保護過程中，使用干燥劑吸收空氣中的濕分。

2024/1/18材料防護與資源效益4）向介質(zhì)中添加緩蝕劑在腐蝕介質(zhì)中加入少量某種物質(zhì)就能大大降低金屬的腐蝕速度，這種物質(zhì)稱為緩蝕劑。例如，鍋爐酸洗緩蝕劑和循環(huán)冷卻水緩蝕劑等。2024/1/18材料防護與資源效益4.電化學保護Fe-H2O體系的電位-pH圖中的腐蝕、兔蝕、鈍化區(qū)2024/1/18材料防護與資源效益

如果要將鐵從上兔的C點移出腐蝕區(qū)，從上面的電位-pH圖來看，可以采取下面三種措施:

（l）使鐵的電極電位負移(降低)到免蝕區(qū)，這可通過陰極保護的方法來實現(xiàn)。2024/1/18材料防護與資源效益

（2）使鐵的電極電位正移（升高）到鈍化區(qū)，這可通過陽極鈍化（陽極保護）或化學鈍化的方法來實現(xiàn)?；瘜W鈍化方法就是向溶液中添加鈍化劑（如重鉻酸鉀、高錳酸鉀、亞硝酸鈉、氧氣等強氧化劑），通過金屬與鈍化劑的自然作用使金屬的電位正移到鈍化區(qū)而鈍化，如給水的加氧處理就是一種化學鈍化方法。（3）提高溶液的pH值，使溶液呈堿性，也可使鐵的進入鈍化區(qū)，如爐水的pH值調(diào)節(jié)。2024/1/18材料防護與資源效益

電化學保護是利用外部電流使金屬的電極電位發(fā)生改變，從而防止其腐蝕。它包括陰極保護和陽極保護兩種方法：

2024/1/18材料防護與資源效益1）陰極保護將被保護的金屬作為腐蝕電池或電解池的陰極而不受腐蝕，即在金屬表面上通入足夠大的外部陰極電流，使金屬的電極電位負移、陽極溶解速度減小，從而防止金屬腐蝕的一種電化學保護方法。這種保護方法又可分為犧牲陽極保護和外加電流陰極保護兩種方法。2024/1/18材料防護與資源效益犧牲陽極的陰極保護

和外加電流陰極保護a.犧牲陽極的陰極保護是在被保護金屬上連接一個電位較負的金屬，使被保護金屬成為它與犧牲陽極所構(gòu)成的短路原電池的陰極，從而以犧牲陽極的溶解為代價來防止被保護金屬的腐蝕。

2024/1/18材料防護與資源效益犧牲陽極保護法示意圖犧牲陽極保護法：用較活潑的金屬或其三元合金如）Zn、Al）連接在被保護的金屬上，被保護的金屬作為腐蝕電池陰極而達到不遭腐蝕的目的。2024/1/18材料防護與資源效益如在鐵表面鑲嵌比鐵活潑的金屬鋅，使活潑金屬被氧化，而鋼鐵被保護。ZnFeH+2024/1/18材料防護與資源效益犧牲陽極的陰極保護法犧牲陽極的陰極保護法示意圖2024/1/18材料防護與資源效益b.外加電流的陰極保護是將被保護金屬與直流電源的負極相連，該電源的正極與在同一腐蝕介質(zhì)中的另一種電子導體材料（輔助陽極）相連，被保護金屬在它與輔助陽極構(gòu)成的電解池中作為陰極，發(fā)生陰極極化，電極電位被控制在陰極保護的電位范圍內(nèi)，從而以消耗電能為代價來防止被保護金屬的腐蝕。例如凝汽器水側(cè)管板和管端部、地下取水管道外壁等均可采用犧牲陽極或外加電流陰極保護。2024/1/18材料防護與資源效益外加電流法：將被保護金屬與另一附加電極作為電解池的兩個電極。被保護金屬作為電解池陰極，在直流電的作用下陰極受到保護。

利用電解裝置,只要外加電壓足夠強,就可使被保護的金屬不被腐蝕。此法可用于防止土壤、海水和河水中金屬設備的腐蝕。外加電流法示意圖2024/1/18材料防護與資源效益

金屬與外加電源負極相連，避免金屬失去電子。CFe海水2024/1/18材料防護與資源效益外加電源的陰極保護法輔助陽極（不溶性）2024/1/18材料防護與資源效益2024/1/18材料防護與資源效益練習題：1.下列各情況，在其中Fe片腐蝕由快到慢的順序是(5)(2)(1)(3)(4)2024/1/18材料防護與資源效益2.下列裝置中四塊相同的Zn片，放置一段時間后腐蝕速率由慢到快的順序是_____________________________________(4)(2)(1)(3)2024/1/18材料防護與資源效益2）陽極保護陽極保護是在金屬表面上通入足夠大的陽極電流，使金屬的電極電位正移，達到并保持在鈍化區(qū)內(nèi)，從而防止金屬腐蝕的一種電化學保護方法。

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陽極保護通常是將被保護的金屬與直流電源的正極相連，這樣被保護金屬在它與輔助陰極構(gòu)成的電解池中作為陽極，發(fā)生陽極極化，電極電位被控制在鈍化區(qū)的電位范圍內(nèi)而得到保護。此時，由于金屬表面可形成在腐蝕介質(zhì)中非常穩(wěn)定的保護膜，從而使金屬的腐蝕速度大為降低。因此，陽極保護只適用于可能發(fā)生鈍化的金屬，如碳鋼或不銹鋼濃硫酸貯槽的陽極保護。/2024/1/18材料防護與資源效益

上面說的這4種熱力設備保護方法，在發(fā)電機組凝汽器的腐蝕防護中都用到了。（1）凝汽器管的選材前面已講述。2024/1/18材料防護與資源效益

（2）表面保護處理

1）膠球清洗

2）亞鐵離子造膜2024/1/18材料防護與資源效益

1）膠球清洗膠球是由發(fā)泡橡膠制成的多孔隙、能壓縮的圓球，吸滿水后的密度與水相近，其直徑比凝汽器管徑大約1mm，膠球投入冷卻水中后，利用冷卻水的流動壓力，隨冷卻水貫流過銅管，依靠膠球與銅管內(nèi)壁的連續(xù)摩擦作用，將管壁上的附著物擦去，也可防止新的附著物粘著在管壁上。因此，在恢復凝汽器的真空度和防止銅管腐蝕方面很有效。2024/1/18材料防護與資源效益

膠球清洗的頻率和用球量在不同的國家以及一個國家內(nèi)各廠都不完全相同。使用中應根據(jù)凝汽器管內(nèi)附著沉積物的種類以及沉積速度通過試驗定出合適的清洗頻率和投球量。一般每臺凝汽器所需膠球量為凝汽器管總數(shù)的5%

10%。一次清洗每根管子平均通過3

5個球。每次投球清洗間隔時間應視具體情況通過試驗而定，有的每星期一次，有的每天一次。2024/1/18材料防護與資源效益

2）亞鐵離子造膜往冷卻水中加硫酸亞鐵，或用其它方式如用鐵作陽極的電解法使水中含有亞鐵離子，會在銅管表面原有的氧化亞銅膜上形成一層鐵氧化物保護膜。因此這時銅管的表面膜基本上是由兩層氧化膜組成的。

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外層膜的厚度大約有50

m，內(nèi)層膜大約10

15

m厚。外層膜主要是無定形或微晶的水合氧化鐵FeOOH；內(nèi)層膜中主要是氧化亞銅和少量的鋅氧化物或氫氧化物，僅有極少量的水合氧化鐵。2024/1/18材料防護與資源效益

由此可知，此時銅管表面膜的外層是水中亞鐵離子的氧化產(chǎn)物膜，內(nèi)層是銅管的自身氧化膜，依靠兩層中間的鐵、銅、鋅等元素的分布交錯將兩層聯(lián)系在一起。水合氧化鐵的生成很可能是按下面的反應進行的：2Fe2++40H-+1/2O2

2FeOOH+H2O

而銅管表面的自身氧化亞銅膜則是靠銅管表面均勻腐蝕而生成的。2024/1/18材料防護與資源效益（3）

凝汽器陰極保護陰極保護可有效地防止銅管沖刷腐蝕、水室與管板及凝汽器管束之間的電偶腐蝕、管與管板連接部位的腐蝕。

外加電流和犧牲陽極法都可實現(xiàn)對凝汽器的陰極保護。

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（4）介質(zhì)處理

對發(fā)電機組的熱力設備來說，腐蝕介質(zhì)多為高溫高壓的水或蒸汽，常規(guī)方法大都不適用，而主要是通過水質(zhì)調(diào)節(jié)使金屬表面形成穩(wěn)定、致密、完整、牢固的氧化物膜(鈍化)來防止高溫介質(zhì)的侵蝕。2024/1/18材料防護與資源效益

對于循環(huán)冷卻水，常加入水質(zhì)穩(wěn)定劑進行阻垢、緩蝕、殺菌處理，以防止凝汽器管的腐蝕。水質(zhì)穩(wěn)定劑通常由阻垢劑、緩蝕劑（主要是銅緩蝕劑）、殺菌劑等組成。/2024/1/18材料防護與資源效益

（二）凝汽器管選材、停用保護、發(fā)電機內(nèi)冷水處理帶來的效益1.凝汽器管選材帶來的經(jīng)濟效益下面以TP304不銹鋼管和HSn70-1A黃銅管為例進行經(jīng)濟比較說明。2024/1/18材料防護與資源效益

某電廠1臺凝汽器原用HSn70-1黃銅管，因腐蝕，決定改用不銹鋼管（TP304）。

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雖然TP304不銹鋼焊接管每噸的價格比HSn70-1A黃銅管高，但由于不銹鋼密度比黃銅低，管壁薄，厚度只有黃銅管的60%，總重量約為黃銅管的56%，所以換TP304不銹鋼焊接管的材料費用并不一定比HSn70-1A黃銅管高，甚至有可能比HSn70-1A黃銅管低。

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但更重要的是在淡水中，304不銹鋼管的腐蝕速率大大低于黃銅管，使用壽命大大高于黃銅管。該凝汽器HSn70-1黃銅管的壽命約為6.5年。機組壽命如按45年計算，換成不銹鋼管后，機組再運行32年凝汽器也不需再換管。這樣就可以少換管4次，可節(jié)約換管材料和人工費用約900萬元。

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此外，由于換成不銹鋼管后腐蝕泄漏率會大大降低，不僅減少了停機檢修時間，而且安全性能大大提高，由此帶來的經(jīng)濟效益更大。/2024/1/18材料防護與資源效益2停用腐蝕與保護

鍋爐、汽輪機、凝汽器、加熱器等熱力設備停運期間，如果不采取有效的保護措施，設備金屬表面會發(fā)生強烈氧腐蝕，這種腐蝕常稱為熱力設備的停用腐蝕。多年來，我國火電機組常因停運后未采取防腐蝕措施或采取的防腐蝕措施不當，造成銹蝕和損壞，尤其是水汽側(cè)的腐蝕，對電廠的安全經(jīng)濟運行造成嚴重影響。2024/1/18材料防護與資源效益2.1

停用腐蝕產(chǎn)生的原因

（l）水汽系統(tǒng)內(nèi)部有氧氣因為熱力設備停運時，水汽系統(tǒng)內(nèi)部的溫度和壓力逐漸下降，蒸汽凝結(jié)。停運后，空氣從設備不嚴密處或檢修處大量滲入設備內(nèi)部，帶入的氧溶解在水中。

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（2）金屬表面有水膜，或金屬浸于水中由于停運放水時，不可能徹底放空，因此有部位仍積有水，使金屬浸于水中。積水蒸發(fā)或潮濕空氣的影響，使水汽系統(tǒng)內(nèi)部濕度很大。在潮濕的金屬表面形成氧腐蝕電池，使金屬迅速腐蝕生銹。

2024/1/18材料防護與資源效益2.2停用腐蝕的危害

（1）在短期內(nèi)即使停用設備遭到大面積破壞，甚至腐蝕穿孔。

（2）加劇熱力設備運行時的腐蝕。因為鍋爐再啟動時，停用腐蝕的腐蝕產(chǎn)物會進入鍋爐，使鍋爐爐水濃縮腐蝕速度增加、爐管內(nèi)摩擦阻力增大、水質(zhì)惡化等；汽機中的停用腐蝕部位，可能成為汽機應力腐蝕破裂或腐蝕疲勞裂紋的起源。

2024/1/18材料防護與資源效益2.3停用保護為保證熱力設備的安全經(jīng)濟運行，熱力設備在停、備用期間，必須采取有效的防銹蝕措施，通常稱為停用保護，以避免或減輕停用腐蝕，。按照保護方法或措施的作用原理，停用保護方法可分三類：

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一是阻止空氣進入熱力設備水汽系統(tǒng)內(nèi)部，其實質(zhì)是減小氧的濃度，這類方法有充氮法、保持蒸汽壓力法等。二是降低熱力設備水汽系統(tǒng)內(nèi)部的濕度，其實質(zhì)是防止金屬表面凝結(jié)水膜，形成腐蝕電池。這類方法有烘干法、干燥劑法等。

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三是使用緩蝕劑，減緩金屬表面的腐蝕；或加堿化劑，調(diào)整保護溶液的pH值，使腐蝕減輕，所用藥劑有氨、聯(lián)胺、氣相緩蝕劑、新型除氧-鈍化劑等。這類方法的實質(zhì)是使腐蝕電池的陽極和/或陰極過程受到阻滯。

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停用保護方法選用得當，取得保護效果后，可帶來顯著的經(jīng)濟效益。如我們經(jīng)常采用高溫成膜保護法進行停用保護，進行停用保護后，機組再啟動時水汽品質(zhì)合格時間至少可縮短2h以上。下面以1臺300MW機組為例，計算機組再啟動時水汽品質(zhì)合格時間縮短2h帶來的直接經(jīng)濟效益。

2024/1/18材料防護與資源效益1臺600MW機組2h的發(fā)電量為：6001062Wh=12105KWh

假設上網(wǎng)電價為0.3元/KWh，則1臺600MW機組2h的發(fā)電量帶來的經(jīng)濟效益為：12105KWh0.3元/KWh=3.6105元=36萬元而實施一次停用保護的費用為幾萬元。兩者之差就是實施一次停用保護帶來的經(jīng)濟效益。/2024/1/18材料防護與資源效益3發(fā)電機空芯銅導線的腐蝕防護及效益3.1發(fā)電機為什么采用水內(nèi)冷發(fā)電機在運轉(zhuǎn)過程中存在能量轉(zhuǎn)換：動能轉(zhuǎn)換成熱能。這部分熱能如不及時導出，容易引起發(fā)電機定子、轉(zhuǎn)子繞組升溫甚至燒毀，因此需要用一定的介質(zhì)來冷卻發(fā)電機定子和轉(zhuǎn)子。

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目前，發(fā)電機所用的冷卻介質(zhì)主要有以下四種：空氣、氫氣、水、油。由于空氣的冷卻能力小，摩擦損耗大，不適宜大容量機組，因此空冷發(fā)電機已經(jīng)逐漸被淘汰。2024/1/18材料防護與資源效益

油的運動為層流，表面?zhèn)鳠岜容^困難，容易在銅體和油之間產(chǎn)生較高的溫度降，并且在運行中易發(fā)生火災。

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氫氣的熱導率是空氣的6倍以上，而且它是最輕的氣體，對發(fā)電機轉(zhuǎn)子的阻力最小，所以大型發(fā)電機廣泛采用氫氣冷卻方式。但氫冷需要有嚴密的發(fā)電機外殼、氣體系統(tǒng)及不漏氫的軸密封，需增設油系統(tǒng)和制氫設備，對運行技術和安全要求都很高，這些都給制造、安裝和運行帶來一定困難。2024/1/18材料防護與資源效益

而純水有較高的絕緣性，它的最大優(yōu)點是有較大的熱容量，此外，在實際允許的流速下，水的粘度小，其流動是紊流，這使表面易于傳熱，從而保證銅導線與水之間的溫度降很小。因此，汽輪發(fā)電機采用直接冷卻方式時，普遍用氫氣和水作為冷卻介質(zhì)。

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目前常用的發(fā)電機冷卻方式有：水-氫-氫，即定子繞組水內(nèi)冷，轉(zhuǎn)子繞組氫內(nèi)冷，鐵芯氫冷；水-水-氫，即定子繞組水內(nèi)冷，轉(zhuǎn)子繞組水內(nèi)冷，鐵芯氫冷；水-水-空，即定子繞組水內(nèi)冷，轉(zhuǎn)子繞組水內(nèi)冷，鐵芯空冷。

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隨著電網(wǎng)容量不斷增長，要求發(fā)電機單機容量相應增大，而提高發(fā)電機單機容量的最好途徑就是改善冷卻方式。

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由于水的冷卻能力比空氣大50倍，發(fā)電機的定子、轉(zhuǎn)子采用水冷卻后，線負荷和電流密度大幅度增加，單機容量提高、重量減輕、體積縮小，且維護方便。因此，現(xiàn)代大型發(fā)電機均采用水直接冷卻。可以說水內(nèi)冷發(fā)電機的應用，為發(fā)電機的發(fā)展開辟了一條新的道路。

2024/1/18材料防護與資源效益3.2銅導線腐蝕的危害及運行中內(nèi)冷水水質(zhì)存在的主要問題

由于發(fā)電機內(nèi)冷水在高壓電場中做冷卻介質(zhì)，水質(zhì)的優(yōu)劣直接影響著機組的安全、經(jīng)濟運行。雖然水內(nèi)冷發(fā)電機有眾多優(yōu)點，也得到了廣泛應用，但仍存在一些問題，其中之一就是發(fā)電機空芯銅導線的腐蝕。2024/1/18材料防護與資源效益

銅導線的腐蝕會產(chǎn)生極其嚴重的后果，輕者使冷卻水電導率升高、泄漏電流增大、電氣絕緣性能降低，腐蝕產(chǎn)物堵塞空芯銅導線而造成發(fā)電機線圈溫升增加，熱傳導受阻，水壓降增大，影響發(fā)電機的出力；重者將使發(fā)電機被迫停機檢查，甚至燒毀發(fā)電機。

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目前大型發(fā)電機組內(nèi)冷水水質(zhì)及運行方面存在的主要問題是：內(nèi)冷水pH控制不穩(wěn)，電導率、銅離子含量超標嚴重，銅導線腐蝕速率高，沉積物阻塞水回路造成線圈溫升增加，且由于系統(tǒng)密閉性較差造成補水頻繁、水量損失較大等。具體表現(xiàn)在水質(zhì)控制指標難以合格、運行操作量大、水量損失嚴重等。2024/1/18材料防護與資源效益

一些電廠曾發(fā)生因內(nèi)冷水水質(zhì)不理想引起發(fā)電機空芯銅導線燒毀、頻繁跳機或降負荷運行等事故，對發(fā)電機安全運行造成了嚴重威脅。

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分析發(fā)電機內(nèi)冷水系統(tǒng)事故原因，我們發(fā)現(xiàn)：內(nèi)冷水系統(tǒng)堵塞事故，主要是由冷卻水水質(zhì)不合格造成的。因此，保持內(nèi)冷水水質(zhì)穩(wěn)定，盡可能減緩或防止發(fā)電機銅導線的腐蝕，防止腐蝕產(chǎn)物堵塞水流，是內(nèi)冷水處理所面臨的主要問題。2024/1/18材料防護與資源效益

3.3

發(fā)電機內(nèi)冷水處理即發(fā)電機空芯銅導線防腐蝕現(xiàn)狀目前我國發(fā)電廠采用的內(nèi)冷水處理方式主要有中性處理（包括換除鹽水溢流、小混床旁路處理、保持系統(tǒng)密閉處理、除氧法與氧化法等）、堿化處理（包括加堿化劑、補凝結(jié)水或凝結(jié)水與除鹽水的混合水及換凝結(jié)水或凝結(jié)水與除鹽水的混合水溢流、鈉型小混床旁路處理等）和加緩蝕劑處理等。2024/1/18材料防護與資源效益

內(nèi)冷水腐蝕防護效益經(jīng)濟比較，先考慮節(jié)水一項。如果對內(nèi)冷水不加處理，而任其溢流，如果將溢流水直接排放，則需補充較多的凝結(jié)水或除鹽水，從而損失的水量較大。如某廠1臺機組每天將損失約10噸以上的除鹽水，年損失約3600噸以上。

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采用鈉型小混床旁路處理并安裝在線儀表監(jiān)測交換器出水和內(nèi)冷水水質(zhì)。內(nèi)冷水的pH達7.0以上，電導率低且穩(wěn)定，銅含量也低，樹脂使用周期可延長到1

2年，可實現(xiàn)閉式循環(huán)及防止補水對內(nèi)冷水產(chǎn)生的沖擊性污染問題，實現(xiàn)長周期穩(wěn)定運行及免維護等功能，節(jié)約水95%以上

。

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采用鈉型小混床旁路處理一年可節(jié)水3600

0.95=3420噸以上；目前除鹽水23元/噸左右。因此由節(jié)水而節(jié)約的費用并不多。一般一臺鈉型小混床旁路處理裝置的費用在10

20萬之間，還有運行維護費用。

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所以，對內(nèi)冷水處理，如果單從可節(jié)省的費用考慮，意義并不大。更重要的是從安全考慮，如果發(fā)電機由于內(nèi)冷水問題致空芯銅導線腐蝕而發(fā)生一次燒毀事故，單是換發(fā)電機的費用就不得了，更不用說機組停運引起的直接損失和間接損失了。/2024/1/18材料防護與資源效益

（三）電化學保護及其與涂層聯(lián)合保護的經(jīng)濟效益首先，對金屬實施電化學保護是經(jīng)濟的。一條沒有采用陰極保護的地下管道，在不同的土壤環(huán)境中，其壽命由幾年至幾十年不等，但是，采用了陰極保護技術后至少可用十幾年以至一百年以上。2024/1/18材料防護與資源效益

為了安全，經(jīng)常要增加金屬構(gòu)件的壁厚以給出“腐蝕裕量”，這樣必然增加金屬材料的用量。如果采用陰極保護，管壁就無需加厚，不僅降低了設備費用，而且還減輕了設備的重量，這對造船工業(yè)及航運業(yè)有很大意義。

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在某些情況下，如果采用陰極保護設備能具有足夠的耐蝕性，則有些裝置可以用高強度的非合金鋼建造，否則就要采用耐蝕的高合金鋼或合金。這些材料不僅造價高，而且機械性能較差。2024/1/18材料防護與資源效益

其次，涂料雖能把金屬構(gòu)件與腐蝕介質(zhì)機械地隔開，起保護金屬的作用。但是，絕對的隔離是不可能的。因為一切有機物質(zhì)都不同程度地吸水和透氣，在涂敷過程中不可避免地有缺陷存在。如涂層本身的微孔、老化，往往出現(xiàn)龜裂、剝離；另外，施工不良使涂層產(chǎn)生針孔，在安裝過程中機械損傷等都會使涂層的使用壽命大大縮短。

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而且裸露部分的金屬與涂層部分形成小陽極大陰極的腐蝕電池，使金屬局部腐蝕嚴重。因此，單獨采用涂料保護，往往不能得到滿意的保護效果。

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而對裸露的金屬構(gòu)件進行陰極保護，需要大量的保護電流，安裝和運行費用也很高。對于裸金屬構(gòu)筑物，陰極保護的設備費用粗略估算為總建筑費用的1%

2%。對于表面有物理保護涂層的構(gòu)筑物，其陰極保護費用為總建筑費用的0.1%

0.2%。2024/1/18材料防護與資源效益

如裸鋼管的保護電流密度為5

50mA/m2，而鋼管表面敷以厚4mm的瀝青玻璃纖維布時，保護電流密度僅為0.050.25mA/m2，前者是后者的100200倍，這不僅增加了設備投資和運行成本，而且很大的保護電流會對附近的金屬構(gòu)件產(chǎn)生嚴重的干擾。

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因此，如果采用涂料和陰極保護聯(lián)合防腐蝕，則裸露部分的金屬表面，由于獲得集中的保護電流而得到陰極保護，這就可以彌補涂層的缺陷，可使金屬構(gòu)件的腐蝕降到最低，因而可大大延長設備的檢修周期，并延長金屬構(gòu)件的使用壽命，也不會增加很多投資。2024/1/18材料防護與資源效益

例如，某油田的地下輸油管道，在單獨使用涂層（瀝青玻璃布）防腐時，不到3年就發(fā)生穿孔漏油，造成停產(chǎn)事故。在采用涂層與陰極保護聯(lián)合防腐后，5年多未發(fā)現(xiàn)腐蝕穿孔現(xiàn)象。

2024/1/18材料防護與資源效益

所以，毫無疑問，涂層和陰極保護相結(jié)合，不論從技術上還是從經(jīng)濟上都是最佳方案。2024/1/18材料防護與資源效益1.犧牲陽極的陰極保護

2.陽極氧化：用電解方法通以陽極電流，使金屬表面形成氧化膜以達到防腐耐蝕目的的工藝。

以鋁的陽極氧化為例，在陽極鋁表面上，一種是Al2O3的形成反應，另一種是Al2O3被電解液不斷溶解的反應。當Al2O3的生成速率大于溶解速率時，氧化膜就能順利地生長，并保持一定的厚度。

陽極(Al)2Al+3H2O–6e-=Al2O3+6H+

主要反應

2H2O–4e-=4H++O2↑次要反應陰極(Pb)2H++2e-=H2↑

陽極氧化可采用稀硫酸、鉻酸或草酸溶液。四、電化學腐蝕的利用2024/1/18材料防護與資源效益陽極氧化膜（厚度可達5～300μm）靠近基體：純度較高的致密Al2O3膜，厚度0.01~0.05m，稱阻擋層?？拷娊庖海河葾l2O3和Al2O3·H2O所形成的膜，硬度較低，有松孔，可使電解液流通，如圖所示。陽極氧化膜示意圖2024/1/18材料防護與資源效益3.電解拋光電拋光原理：在電解過程中，利用金屬表面上凸出部分的溶解速率大于金屬表面上凹入部分的溶解速率，從而使金屬表面平滑光亮。2024/1/18材料防護與資源效益電拋光時，將工件(鋼鐵)作為陽極材料，用鉛板作為陰極材料，在含有磷酸、硫酸和鉻酐(CrO3)的電解液中進行電解。工件(陽極)鐵的表面將(被)氧化而溶解。陽極

Fe=Fe2++2e-

6Fe2++Cr2O72-

+14H+=6Fe3++2Cr3++7H2O陰極

Cr2O72-

+14H++6e-=2Cr3++7H2O和2H++2e-=H2(g)電拋光結(jié)果：能獲得平滑及有光澤的金屬表面。

2024/1/18材料防護與資源效益練習

銀質(zhì)獎章較長時間后變黑，形成黑銹，可以采用拋光的方法恢復光澤，拋光的簡單方法是：將變質(zhì)的獎章放入盛有食鹽的鋁鍋中，放置一段時間后，黑銹就被除去,而銀不會損失。（1）形成黑銹的原因：

4Ag+2H2S+O2=2Ag2S+2H2O（2）除銹的原理：負極：2Al-6e-=2Al3+正極：3Ag2S+6e-=6Ag+3S2-2Al3++3S2-+6H2O=3H2S+2Al(OH)32Al

+3Ag2S+6H2O=3H2S+2Al(OH)3+6Ag2024/1/18材料防護與資源效益4.電刷鍍

電刷鍍是把適當?shù)碾婂円核㈠兊绞軗p的機械零部件上使其回生的技術。幾乎所有與機械有關的工業(yè)部門都在推廣應用，能以很低的成本換得較大的經(jīng)濟效益。電刷鍍的電鍍液不是放在電鍍槽中，而是在電刷鍍過程中不斷滴加電鍍液，使之浸濕在棉花包套中，在直流電的作用下不斷刷鍍到工件陰極上。這樣就把固定的電鍍槽改變?yōu)椴还潭ㄐ螤畹拿藁ò?，從而擺脫了龐大的電鍍槽，使設備簡單而操作方便。用鍍筆作陽極，工件作陰極、并在操作中不斷旋轉(zhuǎn)。2024/1/18材料防護與資源效益5.電路板的制作

2024/1/18材料防護與資源效益自行車的構(gòu)件分別采取了什么防銹措施？你能對防止鐵制品銹蝕提出些建議嗎？2024/1/18材料防護與資源效益幾種腐蝕速率的比較電解腐蝕

原電池腐蝕

化學腐蝕

有防腐措施的CFeFe海水CFeCFe海水海水海水大于

大于

大于

2024/1/18材料防護與資源效益金屬腐蝕的快慢：2024/1/18材料防護與資源效益一、金屬的電化學腐蝕

在同一電解質(zhì)溶液中，金屬腐蝕的快慢規(guī)律如下：電解原理引起的腐蝕＞原電池原理引起的腐蝕＞化學腐蝕＞有防腐措施的腐蝕小結(jié)2024/1/18材料防護與資源效益1、下列裝置中四塊相同的Zn片，放置一段時間后腐蝕速率由慢到快的順序是(4)(2)(1)(3)2024/1/18材料防護與資源效益

原電池的組成條件（簡記：兩極一液一連線）(1)、活潑性不同的兩種金屬（或金屬與石墨）構(gòu)成兩個電極(2)、電解質(zhì)溶液(3)、構(gòu)成閉合電路復習2024/1/18材料防護與資源效益電子流出（電流＿＿＿）的極是＿＿極，電子＿＿（電流＿＿＿）的極是＿＿極

發(fā)生氧化反應的是___極（電極消耗）發(fā)生____反應的是___極（電極放出氣體或析出金屬）原電池正負極的判斷根據(jù)金屬的活潑性判斷根據(jù)電極反應來判斷根據(jù)電子的流向或電流方向判斷活潑金屬做＿＿極,不活潑金屬(或可導電的非金屬）做＿＿極還原負正負正流入流入流出負正復習2024/1/18材料防護與資源效益二、常見合金的組成及應用概念:兩種或兩種以上金屬（或非金屬）相互 熔合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。特性:①合金的熔點低于其各組成金屬熔點低。②合金的硬度和強度高于其組成金屬。K金:商店里出售的金首飾，上面都標有K數(shù)。K數(shù)是表示金的純度指標，K數(shù)越高，表示含金量越高，價格也越高。24K表示含金量達99.5%以上，，這種金很軟，強度也較差；18K金表示含金量在75%左右，這種金比純金的硬度和強度大；有些金筆尖是14K金（含金58.3%），硬度就更大一些，也更耐磨。合金2024/1/18材料防護與資源效益合金種類主要組成元素常用生活器件碳鋼鐵、碳刀具黃銅銅、鋅門鎖及家庭裝修材料等青銅銅、錫青銅器白銅銅、鎳餐具堅鋁鋁、銅、鎂、錳門窗框架鎂鋁合金鎂、鋁計算機和照相機外殼武德合金鉛、錫、鉍、鎘保險絲焊錫鉛、錫焊接時使用的材料表3－3生活中常見的合金2024/1/18材料防護與資源效益黃銅材質(zhì)的銅號鋁合金窗框熔斷器2024/1/18材料防護與資源效益

鐵合金在生活中應用十分廣泛，各種鐵合金都有自己的特性。請查閱資料，討論不同鐵合金的應用。生鐵：含碳2％～4％鋼：含碳0.3％～2％錳鋼：含錳，具有很強的耐磨性和韌性，可用于制造拖拉機履帶和汽車車軸等。鎢鋼：含鎢，耐高溫，硬度大，可用于制作切削金屬的刀具。鎳鋼：含鎳硅鋼：含硅特種鋼2024/1/18材料防護與資源效益5.2金屬腐蝕與防護一、合理選用材料純金屬的耐蝕性能一般比含有雜質(zhì)或少量其他元素的金屬更好。但一般只用在極少的特殊場合，大多數(shù)情況下都是使用合金材料。選用材料時還應考慮材料使用時所處的介質(zhì)種類和條件，如空氣的濕度、溶液的濃度、溫度等。不銹鋼并不是在所有情況下都不生銹，也并非是最耐腐蝕的材料。它是由含鉻115％一30％，含鎳低于22％，加上其他少量合金元素所組成的，包括30種以上不同合金系列的通稱。不銹鋼雖然在耐腐蝕方面有著良好的性能，但并不耐所有腐蝕劑。2024/1/18材料防護與資源效益二、防止介質(zhì)與材料接觸1.隔絕介質(zhì)與材料的接觸

采用覆蓋層的辦法，可將金屬或合金與周圍介質(zhì)隔離開來，從而達到防腐蝕的目的。覆蓋層是采用化學處理的方法，使金屬表面形成一層鈍化膜保護層。鈍化膜最常見的有氧化膜和磷化膜兩種。鋼鐵發(fā)藍，也稱發(fā)黑，其結(jié)果是使鋼鐵表面生成一層藍黑色的致密的四氧化三鐵（Fe3O4）薄膜，牢固地與金屬表面結(jié)合。鋼鐵磷化是把鋼鐵制件放人磷酸鹽溶液中