腐蚀与防护技术新进展


第 5卷

2002 年第 1 期

四川化工与腐蚀控制

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腐蚀与防护技术新进展
郑国汉

( 中国成达化学工程公司, 成都, 610041)

摘 关键词: 腐蚀 防护 技术 进展



综述了腐蚀与防护领域的新理论、 新技术、 新材料和重点研究领域的发展情况。

腐 蚀是材 料与 环境 之 间进 行 的化 学 或 电 化学 反应 导致的 变质 破坏 。 众所周 知 , 由 于 腐 蚀 给 国 民 经 济 和 环 境 带来严 重 的 危 害, 因 此 腐 蚀 防 护 科 学 及 其 工 程技 术在 促进社 会经 济 和技 术 的 持续 发 展 中 具有 十分 重要的 作用 。无 论 是 建 筑系 统 还 是 电子装 置, 所 有 工 业 品 的 全 部 生 命 周 期 中 都 需要 腐蚀 防护。 随着 腐 蚀 防 护 科 学 及 其 工 程 技 术 的 进 步, 现 已 可 把 腐 蚀 减 轻 到 最 低 程 度 。 二 十 世 纪末, 腐蚀 防护 科学 已有 很 大的 发 展, 腐 蚀 防 护科学 家 预 言, 二 十 一 世 纪 腐 蚀 防 护 科 学 及 其工程 技 术 将 得 到 迅 速 的 发 展, 甚 至 可 能 有 奇 迹 出 现。 本文 就目 前 腐蚀 防 护技 术 的 新 进展 作简 要的论 述。

等的 持续 发展 。 腐蚀防 护科 学 和工 程 技 术 就是 涉 及 到 材 料和 环境 相互 作用的 工业 生态 学。 2 混 沌理 论 由于很 多 腐 蚀 过 程 涉 及 到 振 荡 现 象, 例 如随 着点 蚀产 生的电 化 学噪 声 中 观察 到 的 波 动现象 , 运 用 混 沌 理 论 就 可 以 测 定 这 种 振 荡 是随机 的 还 是 混 乱 的, 从 而 可 以 判 断 腐 蚀 机 理。 3 渗 透理 论 脱合金 元素 成 分对 腐 蚀 过 程涉 及 到 合 金 中某元 素 的 选 择 性 溶 解, 该 过 程 产 生 相 联 溶 解元素 的 空 位 通 道, 只 有 当 过 程 满 足 这 一 局 部渗透 条 件, 才 能 确 定 合 金 中 未 溶 解 元 素 所 占晶 格位 置的 连通性 。 4 非 晶态 理论 该理论 认为 不 锈钢 表 面 钝 化膜 是 具 有 良

一、 新理论
二十一 世纪 腐 蚀防 护 科 学 的主 题 思 想 提 出了 许多 新概念 , 发 展了 众多 的新 理论 。 1 工 业生 态学 工业生 态学 是 二十 一 世 纪 腐蚀 防 护 的 主 题思想 , 也 是一 种方 法。 借 助于 它 , 人 类 可 以 理性 地在 一个所 希望 的 承受 能 力 下将 腐 蚀 降 低到最 低 限 度, 以 保 持 社 会 经 济 、 化、 术 文 技

好保 护性的 氧化 膜。 这 是因 为 它 具有 类 似 于 玻璃态 的 非 晶 态 结 构, 并 具 有 很 好 的 短 程 有 序性 。但它 无 晶 体 的 长 程 有 序 性, 没 有 或 缺 少晶界 或 缺 陷, 从 而 减 少 了 导 致 钝 性 破 裂 的 扩散 通道 。

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表面显 微 组 织 的 特 征, 也 可 以 控 制 点 蚀 发 生

二、 新技术
腐蚀防 护科 学 最新 前 沿 研 究表 明 有 许 多 新技 术出 现, 现 择要 介绍 于后 。 1 新 型显 微镜 扫描隧 道 显 微 镜 ( STM) 和 原 子 力 显 微 镜 ( AFM ) 正 在越 来越 广 泛 地 用于 腐 蚀 防 护 科 学 的研究 中。 腐蚀 防护 科学 家 可 以 用这 些 显 微 镜以 原子 尺度的 分辨 率 观察 基 材 表面 原 子 结 构的变 化, 对 腐 蚀 过 程 进 行 原 位 或 非 原 位 的 研究 。 扫描电 化学 显 微镜 可 以 原 位观 察 环 境 的 变化, 例 如 固 液 界 面 1 m2 区 域 中 的 反 应 物 、 C1 的 局部 分 布 、 层 底 层 的 变 化 等 , 并 能 确 涂 定基 材表 面发生 点蚀 的位 置。 2 新 型原 位光谱 仪 新型原 位光 谱 仪是 利 用 辐 射或 微 粒 子 为 动力 源。 X 射 线吸 收 光 谱 仪 需 要 高 辐 射 通 量 的 X 射 线 源, 它 可 由 同 步 加 速 器 辐 射 光 源 产 生 。 该技 术可 以观察 到很 薄 的 钝 化膜 层 。随 吸 收 光谱中 采 用 的 区 域 不 同, 就 可 确 定 钝 化 膜 的 成分和 化合 价, 膜中 的电 子 转移 , 组成 膜 的 原 子间的 能 带 宽 度, 配 位 数 及 其 在 膜 中 排 列 的 有序 程度 。 中子反 射仪 可 用一 核 反 应 堆产 生 慢 中 子 源对钝 化 膜 的 结 构、 分 和 磁 性 进 行 原 位 测 成 量。 3 电 化学 阻抗谱 和微 椭园 术 局部 电化 学阻 抗 谱 ( LEIS ) 是 利 用 一 种 能 产生合 金 显 微 组 织 特 征 的 电 化 学 阻 抗 的 探 针, 它 可以 确 认 控 制 点 蚀 发 生 位 置 的 显 微 组 织的 特征 。 动态成 像 微 椭 圆 术 ( DIM ) 是 一 种 具 有 高 空间分 辨率 的快 速、 全域 的 成像 技 术, 可 以 进 行原位 椭 圆 术 测 量 膜 厚 和 光 学 常 数, 以 得 到

位置 的显 微组 织的特 征。

三、 新材料
新材料 的研 究主 要有 金 属 玻 璃、 金属 陶 瓷、 化 物 高 聚 物 、 型 合 金、 型 半 导 体 碳 新 新 等。其 中 特 别 对 优 良 耐 腐 蚀 性 能 的 金 属 玻 璃进行 广 泛 深 入 地 研 究。 可 以 预 测, 未 来 对 上述新 材 料 的 研 究 将 全 面 展 开, 并 在 防 腐 蚀 中得 到广 泛应 用。

四、 重点研究领域
腐蚀防 护 科 学 是 一 门 跨 学 科 的 科 学, 其 应用 领域十 分广 泛。 国 际上 的 腐 蚀防 护 科 学 家普遍 认 为, 人 们 不 可 能 对 所 有 的 或 大 多 数 的腐蚀 基 础 课 题 进 行 全 面 研 究, 只 能 选 择 重 点。他 们认 为 : 全 面 腐 蚀 、 化 及 其 破 坏 、 钝 应 力腐 蚀和 缝隙 腐蚀四 个 领域 是 本 世纪 的 研 究 重点 。 1 全 面腐 蚀 全面 腐蚀 的研 究重点 包括 以下 几方 面: ( 1) 恒电 位仪在 腐蚀 研究 中的 应用 恒电位 仪是 研 究腐 蚀 反 应 非常 有 用 的 工 具。因 为用 它 可 以 选 择 一 个 恒 定 电 位 , 作 为 研究 腐 蚀 反 应 的 推 动 力 来 研 究 腐 蚀 的 全 过 程。 ( 2) 交流 阻抗和 二次 谐波 透射 技术 这些技 术的 应 用是 由 于 高 精度 仪 器 和 计 算机 在腐 蚀防 护科学 中广 泛应 用的 结果 。 ( 3) 单晶 体表面 研究 对单晶 体表 面 进行 深 入 研 究可 以 揭 示 结 构表 面对 腐蚀 过程的 影 响。 它 是 基础 腐 蚀 研 究的 很有 效的 一种方 法。 ( 4) 缓蚀 理论 对有机 和无 机 缓蚀 剂 结 构 和提 高 缓 蚀 率 的机 理进 行广 泛深入 地研 究。 ( 5) 腐蚀 电化学 研究

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3 应 力腐 蚀

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用直 流 和 交 流 技 术 进 行 腐 蚀 电 化 学 研 究, 恒电位 仪从 中具 有重 要的 作用 。 ( 6) 添 加贵 金属 添加贵 金属 对 钛合 金 腐 蚀 的影 响 和 冷 加 工对 腐蚀 的影响 也是 研究 的方 向之 一。 2 钝 化及 其破坏 钝化是 腐蚀 研 究 的方 向 之 一。 所 有 的 腐 蚀归 根到 底是钝 化膜 产 生 破 裂而 引 起 的。 主 要研 究方 向有以 下几 方面 : ( 1) 电 子衍 射技 术 由该技 术研 究 钝化 膜 的 结 构和 成 分 这 一 强有 力的 工具用 来测 定 金属 或 合 金表 面 极 薄 钝化 膜的 结构和 成分 。 ( 2) 钝 化膜 形成 和破 裂的 动力 学 采用 电化 学技 术、 电流 检 测 技 术、 圆 微 椭 测量等 对 钝 化 膜 的 形 成 和 破 裂 进 行 研 究 , 以 深入 了解 钝化膜 的形 成机 理。 ( 3) 放 射性 示踪 元素 的应 用 应用该 技术 可 以测 定 进 入 钝化 膜 合 金 元 素如 Cr 和破 坏性 离子 如 C1 。 ( 4) 钝 化性 缓蚀 剂的 钝化 机理 对传统 型铬 酸 盐缓 蚀 剂 和 特效 锝 酸 盐 的 缓蚀 机理 进行广 泛深 入地 研究 。 ( 5) 椭 圆术 光谱 的应 用 利 用 光 学 技 术 和 椭 圆 术 光 谱 研 究 C1 等 对钝 化膜 的破坏 过程 。

近年来 腐蚀 防 护科 学 家 把 应力 腐 蚀 广 义 地叫 环 境 敏 感 断 裂。 主 要 研 究 方 向 有 以 下 几个 方面 : ( 1) 确认 氢在腐 蚀 中 的 重要 作 用, 研 究 氢 脆机 理, 特别是 对氢 提高 塑性 的认 识; ( 2) 加强 对裂纹 尖端 化学 作用 的认 识; (3) 裂纹尖端扩展区形变实验和理 论的 研究 ; ( 4) 膜诱 导断裂 模型 ; ( 5) 重视 断裂力 学 的 研 究, 它 不仅 是 腐 蚀 防护科 学 家 的 重 要 工 具, 也 是 腐 蚀 防 护 工 程 师检 测合 金应 力腐蚀 开裂 敏感 的有 效方 法; ( 6) 提高 高温对 应力 腐蚀 的认 识; (7) 在应力腐蚀开裂中引入低频循 环应 力的 重要 概念 。 4 缝 隙腐 蚀 局部腐 蚀 是 一 个 随 机 过 程 , 这 方 面 引 人 注目 的 有 更 精 确 的 缝 隙 腐 蚀 的 微 观 环 境 模 型、 沌理 论 与 局 部 腐 蚀、 电 荷 pH 值 等 新 混 零 概念 。 运用新 技 术 深 入 认 识 缝 隙 腐 蚀 的 机 理 , 如电化 学噪 声 测量 技 术、 射线 吸 收 光谱 学 、 X 电化学 扫 描 技 术、 态 成 像 微 椭 圆 测 量 技 术 动 等在 缝隙 腐蚀 中的应 用。

彭州市将建成大型化工基地
2001 年 1 0 月 18 日, 由 中 国 成 达 化 学 工 程公 司设 计的华 融化 工公 司 建设 的 30kt / a 高 纯度氢 氧 化 钾 项 目 在 彭 州 市 奠 基 开 工, 计 划 今年 底 建 成 投 产 。 三 年 后 将 建 成 30kt / a 烧 碱、 / a 高 纯 度 氢 氧 化 钾、 / aPVC, 一 座 40kt 50kt 新的 化工 城将在 成都 彭 州 市 崛起 。以 上 三 个 装置建 成 后, 将 充 分 利 用 四 川 目 前 每 年 廉 价 的 26GkW! h 的 富裕 电 力, 年 销 售 收入 达 8 亿

元, 年利 税过亿 元。 该公司 正 与 一 家 中 外 合 资 公 司 合 作, 计 划在 彭 州 市 建 成 一 投 资 10 亿 元 的 天 然 气 化 工基 地。 11 月 11 日 , 兰 州至 成 都 880km 的 输 油 管 道已 铺通。 这条 我国 目 前最 长 的 成品 油 输 油 管道的 铺 通, 为 彭 州 市 建 成 投 资 上 百 亿 元 的 60 0kt / a 大 型石 油化 工 项目 提 供 了 基 础条 件 , 届时 彭州 市将 成为大 型化 工基 地。 ( 郑 国汉 )


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