金属腐蚀与防护论文范文
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导语：如何才能写好一篇金属腐蚀与防护论文，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
关键词：金属腐蚀 灰色关联度 因子分析 因子
一、腐蚀现状
据有关专家介绍，全球每1分钟就有1吨钢腐蚀成铁锈。目前我国由于金属材料和周围环境发生化学或电化学反应所带来的腐蚀损失每年大约5000亿人民币，约占我国国民生产总值的6%左右[4]。
近年来，石化行业大量进口高硫重质原油，在拓展原油采购渠道、提高原油加工量、降低原油成本和提高经济效益等方面起到了重要的作用，但是大量加工高硫重质原油，也使石化行业中金属设备的腐蚀日趋严重，因此搞清金属腐蚀的机理，制定合理的防护措施，对于确保金属构件安全长周期运行具有十分重要的意义[4]。
二、灰色关联度分析
1.序列选择
1.因子分析的基本方法
1.1因子提取
通过分析原始变量之间的相互关系，从中提取出数量较少的因子。提取方法是利用样本数据得到因子载荷矩阵。利用因子载荷矩阵求解变量相关矩阵的特征值，根据特征值的大小确定因子数量。
1.2因子旋转
因子分析的以这个重要的目的在于对原始变量进行综合评价。利用因子分析提取得到的结果虽然保证了因子的正交性，也就是因子之间不相关，但因子对变量的解释能力较弱，不易解释和命名。这时可以通过对因子模型的旋转变换，使公共因子的载荷系数更接近1或者接近0，通过这种方法得到的公共因子对变量的命名和解释将变得更加容易。
1.3计算因子得分
四、结论与建议
从计算分析结果能够看出该油田的腐蚀主因素是温度、pH值、Cl-、HCO3-和Ca2+四个影响因素，在腐蚀的防治中要对这几个重点影响因素进行预防。通过运用不同数学方法对数据进行分析，从不同的角度得出了相近的结果，两种方法相互进行了验证，保证了结论的正确性。
结合灰色关联理论和因子分析两种分析方法得出灰关联因子分析法，该方法综合了两种方法的优点，一方面可以将不明确的内部关系明显化，另一方面又能够将众多的因素进行整合。灰关联因子分析计算理论简单，得出的分析结果具有系统性，能够反应出金属腐蚀因素的主次关系。
参考文献
[1]张红兵，贾来喜，李潞.SPSS宝典[M].电子工业出版社北京.2007.2.
[2]于秀林，任学松.多元统计分析[M].中国统计出版时北京.1995.5.
[3]于倩秀.陆梁油田生产系统腐蚀规律实验研究及腐蚀速率预测技术[D].成都：西南石油大学[硕士论文]，2006.5.
篇2
【关键词】油气储运管道问题防腐问题研究分析
中图分类号： P641.4+62 文献标识码： A
一．引言
近年来国内外在管道防腐层材料和技术应用方面都取得了快速发展，防腐蚀新材料、新工艺和新设备不断出现并得到广泛应用。防腐层技术是新建钢质管道和在役管道安全运行的保障技术，防腐层的生产制造质量决定着钢质管道的使用寿命，了解国内外解钢质管道防腐层技术应用现状及发展趋势，抓住钢质管道建设快速增长的发展机遇，进一步提高防腐蚀技术应用水平是非常必要的。
二．对腐蚀的理解。
腐蚀金属在周围介质的化学、电化学作用下所引起的一种破坏现象。按管道被腐蚀部位，可分为内壁腐蚀和外壁腐蚀；按管道腐蚀形态，可分为全面腐蚀和局部腐蚀；按管道腐蚀机理，可分为化学腐蚀和电化学腐蚀等。
管道腐蚀一般是指避免管道遭受土壤、空气和输送介质（石油、天然气等）腐蚀的防护技术。
三．管道腐蚀的原因。
管道内壁腐蚀金属管道内壁因输送介质的作用而产生的腐蚀。主要有水腐蚀和介质腐蚀。水腐蚀指输送介质中的游离水，在管壁上生成亲水膜，由此形成原电池条件而产生的电化学腐蚀。介质腐蚀指游离水以外的其他有害杂质（如二氧化碳、硫化氢等）直接与管道金属作用产生的化学腐蚀。
长输管道内壁一般同时存在着上述两种腐蚀过程。特别是在管道弯头、低洼积水处和气液交界面，由于电化学腐蚀异常强烈，管壁大面积减薄或形成一系列腐蚀深坑。这些深坑是管道易于内腐蚀穿孔的地方。
管道外壁腐蚀视管道所处环境而异。架空管道易受大气腐蚀；土壤或水环境中的管道，则易受土壤腐蚀、细菌腐蚀和杂散电流腐蚀。
（1）. 大气腐蚀。大气中含有水蒸气会在金属表面冷凝形成水膜，这种水膜由于溶解了空气中的气体及其他杂质，可起到电解液的作用，使金属表面发生电化学腐蚀。影响大气腐蚀的自然因素除污染物外，还有气候条件。在非潮湿环境中，很多污染物几乎没有腐蚀效应。如果相对湿度超过80％，腐蚀速度会迅速上升。因此，敷设在地沟中的管道或潮湿环境的架空管道表面极易锈蚀。
（2）. 土壤腐蚀。土壤颗粒间充满空气、水和各种盐类，使它具有电解质的特征。管道金属在土壤电解质溶液中构成多种腐蚀电池。
（3）. 细菌腐蚀。也称微生物腐蚀。参与管道土壤腐蚀过程的细菌通常有硫酸盐还原菌、氧化菌、铁细菌、硝酸盐还原菌等。
（4）. 杂散电流腐蚀。流散于大地中的电流对管道产生的腐蚀，又名干扰腐蚀，是一种外界因素引起的电化学腐蚀。管道腐蚀部位由外部电流的极性和大小决定，其作用类似电解。杂散电流从管道防腐层破损处流入，在另一破损处流出，在流出处形成阳极区而产生腐蚀。杂散电流源有电气化铁路、阴极保护设施、高压输电系统等。
四．管道的主要防腐方法。
我国钢质管道外防腐层材料和制造应用技术主要经历了石油沥青、煤焦油沥青、煤焦油瓷漆、胶带、夹克、液体环氧涂料、挤压聚乙烯（2PE）、熔结环氧粉末(FBE)、三层聚乙烯(3PE)等发展过程。目前，我国管道防腐层材料生产制造基本实现了标准化，并不断有新品出现，近年来新建的埋地油气输送管道的外防腐层结构根据输送介质温度和施工条件的不同，主要采用熔结环氧粉末(FBE)、（3PP）、(DPS)和三层聚乙烯(3PE)防腐技术，并使用阴极保护技术。
3PE的底层为熔结环氧粉末防腐蚀层，中间层为聚乙烯共聚物热熔胶粘剂，面层为聚乙烯专用料保护层。上述三种材料构成的钢管防腐蚀结构层称为3PE防腐，压力管道元件行业称之为“聚烯烃防腐蚀（3PE）管道”。
3PE防腐是目前世界范围内广泛采用的钢质管道涂层体系，是我国输油、输气、输水大型管道工程和市政工程的首选防腐蚀结构，西气东输、西南成品油等重大工程全部使用了3PE防腐。
涂层防腐用涂料均匀致密地涂敷在经除锈的金属管道表面上，使其与各种腐蚀性介质隔绝，是管道防腐最基本的方法之一。70年代以来，在极地、海洋等严酷环境中敷设管道，以及油品加热输送而使管道温度升高等，对涂层性能提出了更多的要求。因此，管道防腐涂层越来越多地采用复合材料或复合结构。这些材料和结构要具有良好的介电性能、物理性能、稳定的化学性能和较宽的温度适应范围等。
内壁防腐涂层：为了防止管内腐蚀、降低摩擦阻力、提高输量而涂于管子内壁的薄膜。常用的涂料有胺固化环氧树脂和聚酰胺环氧树脂，涂层厚度为 0.038～0.2毫米。为保证涂层与管壁粘结牢固,必须对管内壁进行表面处理。70年代以来趋向于管内、外壁涂层选用相同的材料，以便管内、外壁的涂敷同时进行。
防腐保温涂层：在中、小口径的热输原油或燃料油的管道上，为了减少管道向土壤散热，在管道外部加上保温和防腐的复合层。常用的保温材料是硬质聚氨脂泡沫塑料,适用温度为－185～95℃。这种材料质地松软，为提高其强度，在隔热层外面加敷一层高密度聚乙烯层，形成复合材料结构，以防止地下水渗入保温层内。
外加电流法是利用直流电源，负极接于被保护管道上，正极接于阳极地床。电路连通后，管道被阴极极化。当管道对地电位达到最小保护电位时，即获得完全的阴极保护。
阴极保护：将被保护金属极化成阴极来防止金属腐蚀的方法。这种方法用于船舶防腐已有 150多年的历史;1928年第一次用于管道,是将金属腐蚀电池中阴极不受腐蚀而阳极受腐蚀的原理应用于金属防腐技术上。利用外施电流迫使电解液中被保护金属表面全部阴极极化，则腐蚀就不会发生。判断管道是否达到阴极保护的指标有两项。一是最小保护电位，它是金属在电解液中阴极极化到腐蚀过程停止时的电位；其值与环境等因素有关，常用的数值为- 850毫伏（相对于铜-硫酸铜参比电极测定，下同）。二是最大保护电位，即被保护金属表面容许达到的最高电位值。当阴极极化过强，管道表面与涂层间会析出氢气，而使涂层产生阴极剥离，所以必须控制汇流点电位在容许范围内，以使涂层免遭破坏。此值与涂层性质有关,一般取－1.20至－2.0伏间。实现地下管道阴极保护有外加电流法和牺牲阳极法两种。
五．结束语
当今世界经济迅猛发展，石油和天然气作为我国的经济发展命脉及现代工业的主要能源得到了广泛运用，防腐蚀行业已成为国民经济中一个不可或缺的新兴产业，防腐涂层技术的应用，对于钢质管道建设工程的安全运行起到了很好的保障作用，在几十年的实践中，防腐涂层技术不断的提高和发展，材料方面朝着环保、高性能、适合流水作业施工的方向发展，施工方面朝着自动化生产线发展，正是上述技术的发展进步使得管道的高效建设及投产得到支持。因此，我们应该大力研发防腐技术并且进行推广，从而促进我国油气储运的发展。
参考文献：
[1] 石磊 油气储运过程中的管道防腐问题研究与分析 [期刊论文] 《科技创新导报》 -2011年12期
[2] 张宗前 油气储运管道防腐问题研究与分析 [期刊论文] 《中国石油和化工标准与质量》 -2013年9期
[3] 沈乾坤 论油气储运中的管道防腐问题 [期刊论文] 《中国石油和化工标准与质量》 -2012年10期
[4] 张旭魏子昂 浅谈油气储运中管道的防腐问题 [期刊论文] 《中国石油和化工标准与质量》 -2011年10期
[5] 芦彬 针对油气储运中管道防腐技术进行探究 [期刊论文] 《化工管理》 -2013年2期
篇3
关键词：无线电监测设备；海洋大气腐蚀；设备腐蚀形态
前言
随着无线电监测系统应用领域的不断扩展，由频谱传感器、监测测向设备和天线组成的户外部署设备在沿海地区、舰船、岛礁等环境的使用日益广泛。这些长期曝露在海洋大气环境下的无线电监测设备，其工作寿命和可靠性与其抵抗盐雾侵蚀的能力密切相关。提高设备的抗蚀性能既是系统可靠性设计的重要环节，也是无线电监测系统长期工作于海洋大气环境时必须面对的关键技术。针对这一难题，成都华日通讯技术有限公司组织相关科研人员进行了专题科研攻关。经过研究腐蚀形成的机理，采取相应的防腐蚀对策，在大量实验的基础上，最终取得了较好的效果。按照IEC61969-3防护要求，工作于户外的频谱传感器机箱通常采用IP55以上防护等级的全密封结构设计。为了满足密封状态下内部电路的传导散热要求，箱体金属构件大多采用传热性能优越的铝合金材质生产。同时，铝合金还以其优良的电性能和较高的比强度，在各类天线构件中获得广泛应用。可以说，监测设备的核心金属构件几乎全部采用铝合金材质生产。根据金属材料腐蚀理论，氯离子对铝合金材料具有强烈的腐蚀性[1]。在海洋大气环境下，曝露于高盐雾介质中的铝制构件在氯离子作用下将产生严重的电化学腐蚀，进而导致设备可靠性遭到破坏。监测测向设备的损坏形态不仅取决于海洋大气腐蚀特征，也与其具体结构形式密切相关。需要针对不同的腐蚀成因，采取科学、合理的措施，才有可能阻止或减缓腐蚀进程的发生，有效提高设备的抗腐蚀性能。
1海洋大气的腐蚀特征
海洋腐蚀环境可以分为海洋大气区、飞溅区、潮差区、海水全浸区、海底泥土区。处溅区的构件由于表面供氧充足、干湿交替，因而是最严峻的海洋腐蚀环境[2]。从防腐蚀和维修便利性考虑，海洋环境下监测测向设备的选址应尽可能远离飞溅区，布置于海洋大气区。海洋大气区是海水蒸发形成的含有大量盐分的大气环境，具有高盐雾、高湿度的特点。对铝合金的腐蚀特征主要体现在两方面：其一是大气中的溶解盐直接作用于铝合金和无机材料产生腐蚀；其二是结晶盐粒吸湿后在铝合金表面形成液膜，为腐蚀发生所需的电化学反应提供活性电解质，加速金属构件的腐蚀进程。海洋大气对设备的腐蚀性取决于设备所处位置、降雨量的多少、温度的高低。数据显示：海洋大气中氯离子含量随着离开海岸线的距离呈指数级降低[3]。因此海岸线附近的腐蚀远高于海洋其他区域。海洋大气陆上腐蚀范围一般在距海岸20km左右，距海岸越近、降雨量越小、温度越高腐蚀就越强，24m处比240m处腐蚀大12倍。对处于海岸、舰船或岛屿上的无线电监测测向设备而言，海洋大气的腐蚀、老化作用是其必须面对并长期承受的环境因素。
2设备的腐蚀形态
铝与氧有极强的亲和力，在普通大气环境下其表面会自然形成厚度为0.5~4微米的氧化膜，使铝处于钝化状态，阻止其与周围环境继续接触，保护基体不被腐蚀损坏。但在海洋大气环境下，由于氯离子的作用，钝化膜的防护作用极易被破坏。如没有有效的防护措施，曝露在腐蚀介质中的监测设备将出现以下几种腐蚀形态：
2.1合金成分引起的腐蚀
海洋性气候的腐蚀介质中主要是高浓度的氯离子和促进阴极反应的溶解氧。由于氯离子的半径很小，极易透过膜的孔隙缺陷到达合金基体。当合金中含有加速阴极反应的其他金属成分时，电解液中的活性阴离子便与这些金属阳离子结合，生成可溶性氯化物，形成俗称“白斑”的小孔腐蚀。腐蚀的严重程度不仅与介质有关，更与铝合金的成分有关。实验表明[4]：高纯铝具有很强的抗点蚀性，而含铜铝合金则对小孔腐蚀最为敏感。安装在海洋环境中的铝合金天线构件，仅几年时间就发生腐蚀，严重部位的表面几乎完全呈白色粉末状态（见图1），对天线结构与性能造成较大破坏。究其原因，不仅与腐蚀环境有关，应该还与材质中含有能够加速腐蚀进程的铜元素有关。因此，对应用于海洋环境的机箱、天线等铝合金构件应充分重视材料自身的抗腐蚀特性。设计时不仅应避免使用铝-铜系合金，还应对各类防锈铝的实际含铜量给予高度关注。
2.2异相金属接触引起的腐蚀
由于铝的自然电位较负，与异相金属接触时总是处于阳极，异相金属则成为铝合金电解的阴极体，在电解质的作用下发生电化学腐蚀，也称电偶腐蚀或双金属腐蚀。几乎所有常用金属，只要和铝合金之间存在湿润导电接触都会导致铝的电化学腐蚀。在各种金属对铝材的电偶腐蚀影响中，尤以铜引起的腐蚀最为严重[4]。电偶腐蚀引起的损坏程度取决于两种金属的电位差、阴阳极的接触面积比。实验证明[5]：电位差越大，阴阳极面积比就越大、腐蚀越严重。安装在沿海地区的天线，其连接处的腐蚀往往比其他位置严重。图1中有插座连接的地方以及使用螺栓连接的螺孔都显现出更严重的腐蚀痕迹（螺孔内部已完全呈白色）。造成这种现象的原因，不仅有腐蚀介质在合金表面的点蚀结果，更主要的是连接处存在促使铝合金电解的其他金属，两种金属在盐雾介质作用下发生了电偶腐蚀。监测设备上安装的各种插座、装配用到的紧固件其材质大都为钢或铜，当它们与铝合金之间有电解液膜时则会发生电偶腐蚀，对设备造成破坏。因此，在天线与机箱的设计中应尽量减少或避免采用腐蚀电位悬殊的异种金属材料，装配中还必需对产生电偶腐蚀的条件加以控制，无法控制时应采取相应的隔离措施，以便有效避免或减缓电偶腐蚀的发生。
2.3结构缝隙引起的腐蚀
振子与振子座连接处、箱体与盖板间、插座与面板间、垫圈与螺钉连接处、搭接焊处、铆接处均有缝隙存在，在腐蚀介质的作用下，缝隙金属面将发生腐蚀。腐蚀作用初期，缝隙内外腐蚀介质中的氧浓度差异不大。随着腐蚀的进行，缝隙内的氧很快被消耗。缝隙内外腐蚀介质因溶解氧浓度不同形成氧浓差电池（也称差异充气电池），促使缝隙内金属不断发生腐蚀。缝隙腐蚀现象与金属成分关系不大，但对缝隙宽度较为敏感。最易发生腐蚀的缝宽为0.025～0.100mm，这种宽度下盐雾液膜既能侵入又不会流失，非常有利于腐蚀进程的持续发生，是设计中必须注意解决的问题。缝隙腐蚀的另一特点是其临界腐蚀电位较低，因此它比点蚀更容易发生。加之腐蚀发生在缝隙内，缝隙外部腐蚀迹象并不明显，通常不易被发现，因而对设备具有更大的破坏性。
2.4涂层缺陷引起的腐蚀
当有机涂层与金属膜层之间因针孔或膜层损坏渗入电解液后，涂层下金属在氧浓差电池效应下被逐步侵蚀，由于其膜下腐蚀路径呈蠕虫状，也称丝状腐蚀。这种腐蚀的活性头部区域为阳极，尾部是阴极。由于腐蚀电池两级之间是依靠氧浓差维持，因此其活性头部总是向缺氧方向发展。当接近另一条丝状腐蚀线时，活性头部会避开涂层已破坏的高氧区而转向涂层尚未破坏的低氧区，使丝状腐蚀具有不交叉的典型特征。需要注意的是，丝状腐蚀是一种膜下腐蚀，且只发生在有机涂层与金属之间，一般不发生在的氧化膜上面，因而在腐蚀前期往往不易发觉，具有很大的隐蔽破坏性。图2是遭受丝状腐蚀后的对数天线，可以看出很多振子都已出现丝状腐蚀。左侧上下两振子的表层金属已出现严重的蓬松剥离状态，结构强度与电性能均已遭受破坏。为了减少丝状腐蚀的产生，铝合金构件的涂覆工艺需要特别注意增强金属表面和有机涂层的结合力。确保涂膜的完整性不被损坏是避免丝状腐蚀发生的关键。因此要特别注意在运输、安装环节做好对涂层的防护，避免涂膜出现针孔与破损。
2.5加工工艺引起的腐蚀
构件加工中涉及焊接和人工时效，若处理不当这些工艺过程，往往会导致合金元素或金属间化合物沿晶界沉淀析出，相对于晶粒形成阳极，在海洋性气候下构成腐蚀电池，引起晶间腐蚀。尤其需要注意的是铝-铜-镁系、铝-锌-镁系合金对晶间腐蚀敏感性较强，在海洋性气候下应避免采用该类合金。晶间腐蚀带来的另一不利因素是在加工应力和腐蚀介质的共同作用下还可诱发应力腐蚀，最终使构件产生裂纹、断裂，丧失使用功能。晶间腐蚀、应力腐蚀都与构件的加工有关，即：构件加工工艺不仅仅关乎结构变形带来的尺寸精度问题，同时还是发生腐蚀的内在诱因。因此，在接收机机箱、天线构件的加工中必须制定合理的工艺路线，控制和减少各类应力产生的外在原因，避免金属中合金元素沿晶界的沉淀析出，以此破坏原电池产生的条件。
3设备的防腐蚀措施
由于户外监测设备具有上述腐蚀形态中的全部工况，加之其在系统可靠性中所处的地位，成为海洋大气环境下监测测向设备防腐研究的重点。从前述分析不难看出，设备的防腐蚀是一项系统性的工作。需要在材料选择、加工工艺、氧化工艺、密封设计、涂覆处理、安装紧固处理等诸多方面采取针对性措施，才能有效提高其抵抗盐雾侵蚀的能力。
3.1合金材料的选用
监测设备材料的选择除了考虑其常规力学性能、物理性能、加工性能外，还必须考虑材料的耐蚀性能。由于监测测向设备自身并不作为力学构件使用，因而在海洋性气候环境下应重点关注材料的耐蚀性和加工工艺性。从多种文献资料的实验数据来看，铝-铜系合金中的铜离子在与海洋大气中的氯离子接触后具有强烈的腐蚀诱发作用，需要严格避免使用。常用的LY12铝合金只能适用于内陆气候，在海洋性气候下并不具有抵抗腐蚀的优势。即便标注为防锈铝的材料也要注意其生产厂家，避免使用小厂产品（小厂产品含铜量往往得不到保证）。
3.2结构设计
在充分了解设备安装使用环境的基础上，合理确定抗蚀面和导电面界限，以便于氧化膜的可靠形成；合理确定开孔位置与数量，尽量减少所需密封通道；选用高质量的导电密封材料，并按30%~50％压缩量确定嵌入槽的公差与尺寸；为了减少和防止缝隙腐蚀的发生，设计中对结合面缝隙应采取措施，提出合理的形状、位置公差要求，避免因贴合不严形成敏感缝隙，从源头消除差异充气电池产生的条件，对无法避免的敏感缝隙，应在外部设计消缝沟槽，减少电解液的进入与滞留；散热翅片设计应避免尖角、锐边，减小热量集中对氧化膜的生成影响，尽量不用异种金属，减少电偶腐蚀产生条件。
3.3加工工艺
全密封接收机机箱的生产涉及焊接和大面积散热翅片加工，容易产生和积累加工应力。为了避免晶间腐蚀和应力腐蚀，加工中应减小吃刀深度、减缓进刀速度，在应力集聚工序后均应进行人工时效处理，消除或减小材料内部的微观应力和加工应力。避免和减少晶间腐蚀、应力腐蚀的出现。对具有密封界面构件的加工，要严格控制装夹应力，确保其加工平面度符合设计要求。
3.4氧化膜处理
常用的铝合金氧化膜有两种形式，一种是具有良好导电性的化学氧化膜（分为酸性和碱性氧化），另一种是具有高硬度、高耐磨性的阳极氧化膜，后者以其致密、厚实的膜层优势拥有远高于天然氧化膜的抗腐蚀性能。但阳极氧化膜30V/μm击穿电压带来的高绝缘性却无法满足接收传感设备对电气性能、屏蔽性能的要求，这也是电子设备通常直接采用化学氧化膜（导电氧化）加涂覆方式进行表面处理的重要原因。通过改进结构设计和加工工艺，华日海洋环境户外设备合理地将两种氧化膜的优点集于一体。使其不仅具有良好的电气性能与屏蔽性能，而且还拥有优异的耐磨性和高抗蚀性。这一氧化膜处理工艺有效解决了天线振子的连接与防护矛盾，也为采用有机涂层后易导致丝状腐蚀的天线构件提供了新的解决措施。需要指出的是，两种氧化膜都有多种生成工艺，其抗蚀性能因工艺方法和工艺参数不同而差异较大。本次研究中，通过对比分析不同工艺下氧化膜的抗蚀性能参数，优选出有利于提高设备防护性能的氧化膜生成工艺。实验表明：按选定工艺方法生成的阳极氧化膜，在不喷涂任何有机防护涂层的情况下，直接曝露在富含铜离子的酸性盐雾环境中。其承受腐蚀的能力也远高于军品盐雾防护所规定的验收标准，显示出良好的抗蚀性能。
3.5涂覆处理
从铝合金的腐蚀机理可知，氯离子对氧化膜的穿透是造成金属基体腐蚀的根本原因。因而，在氧化膜的表面增加对腐蚀介质有隔离作用的有机涂层可以大大提高抗蚀层厚度，降低电解液与氧化膜的接触几率，进而减缓氯离子对氧化膜的侵蚀进程。从涂层的耐蚀性、耐候性、附着性考虑，监测设备底层应采用适用于有色金属的环氧类防腐底漆，面漆采用具有较强耐候性、抗腐性的改性丙烯酸涂料。从防腐效果看，光泽不积水的漆膜可以有效减少腐蚀介质的存留，破坏腐蚀电池产生的条件。常用的橘纹漆面、磨砂漆面、喷砂面不宜用于海洋大气环境。鉴于涂覆工艺与产品最终抗蚀性的密切关系，本文研究过程中对监测设备的喷涂方式、涂覆层数、涂层膜厚、间隔时间等提出了具体要求，并进行了相应验证。需要注意的是喷涂前基体表面应参照ISO8504进行清洁处理，以提高附着性、避免和减少丝状腐蚀的产生。
3.6装配处理
分析设备的腐蚀形态可知，其抵抗电偶腐蚀、缝隙腐蚀的能力相当一部分是由装配环节实现的。因此监测设备的装配应遵循以下原则：（1）由于电偶腐蚀主要存在于异种金属的接触处，因此需对紧固件、插接件的非导电面涂绝缘胶或加装绝缘垫后装入，以阻断电气接触；（2）无法避免电气接触时，异种金属构件应选用腐蚀电位与铝相近的材料，紧固件可进行镀镉处理，以减小电偶腐蚀对箱体造成的危害；（3）对弹垫、平垫间的缝隙，箱盖与箱体间的缝隙，插座与面板间的缝隙均应采用聚氨酯弹性密封胶填充，以减少缝隙腐蚀的发生；（4）装配完成后应对所有紧固件、插接件外露部分喷涂聚氨酯清漆实现表面隔离防护，避免不同金属外露部分通过表面电解液膜构成腐蚀回路。
4设备的防腐蚀验证
海洋大气环境对监测设备的腐蚀是一个多因素作用下的缓慢、渐进过程，通常采用盐雾试验方法对产品抗蚀能力与防护措施的合理性进行评估验证。图3CASS试验后的户外机箱常见的盐雾试验有：中性盐雾试验（NSS）、乙酸盐雾试验（ASS）、铜加速乙酸盐雾试验（CASS）三种。其中NSS是军品防腐蚀验收标准规定试验方法，CASS的腐蚀加速性为NSS试验的8倍。为验证本文防腐措施的有效性，采用CASS标准对海洋环境户外机箱进行了与军品验收时间要求相同的抗蚀性试验（见图3），结果显示：机箱表面无点蚀及起泡空鼓现象，漆膜光泽亮丽，内置电路板卡，导电结合面完好如初，无任何腐蚀迹象，防腐效果符合设计期望。
5结束语
由于腐蚀介质的不同，工作于海洋大气环境的无线电监测设备在结构设计与制造工艺上都与内陆设备有着较大的区别。本文所提出的防腐措施为提高该类设备的防腐性能积累了经验，为无线电监测设备在海洋大气环境下的可靠应用提供了技术借鉴。
参考文献：
[1]魏保民.金属腐蚀理论及应用.化学工业出版社
[2]侯宝荣等.海洋腐蚀环境理论及其应用.科学出版社
[3]李晓刚等.我国海洋大气腐蚀分级分类与机理.2014海洋材料腐蚀与防护大全
[4]朱祖芳.铝合金阳极氧化与表面处理技术.化学工业出版社
篇4
【关键词】Ni-Cr-Al高温合金;性能;研究现状;发展
1.引言
镍是一种耐腐蚀性优良、韧性较好的金属材料，具有良好的力学、物理和化学性能，添加适宜的元素可提高它的抗氧化性、耐腐蚀性、高温强度和改善某些物理性能。Ni-Cr-Al合金的成分主要是镍铝，铬的含量较少，是重要的高温合金材料，在能源开发、化工、电子、航海、航空和航天等部门中都有广泛的应用，物理与化学的性能不言而喻，耐高温、抗蠕变、抗腐蚀性能好，凭借这些优良性能，使镍铬铝合金成为未来高温合金材料中最有前景和价值的合金材料之一，因此，研究镍铬铝合金对现实工业生产具有重要的意义。
2.概述
Ni-Cr-Al高温合金依靠其耐高温抗氧化性能，成为重要高温材料之一，在国防和工业生产中，扮演着重要的角色，以其优良的性能被广泛应用于航空航天，电力，冶金等高温部件。Ni-Cr-Al高温合金这样良好的性能主要依靠Al和Cr来形成一层Al2O3和Cr2O3保护性氧化膜，氧化膜生长缓慢，粘附性较好，对基体起到良好的保护作用。
3.Ni-Cr-Al合金的发展历程
3.1 Ni-Cr合金：Ni-Cr合金可作为耐热、抗高温氧化和耐腐蚀的涂层。典型的镍铬合金为镍含量80%、铬含量为20%，但也有镍为60%，铬为16%和其余为铁的。其中80Ni20Cr合金是热喷涂常用的材料，该合金具有较好的耐高温氧化性能，耐酸和碱腐蚀，是制备耐热、耐蚀涂层的典型材料。由于涂层致密、与基体材料的粘结性好，通常作为耐热陶瓷涂层的粘结底层，既能增加涂层的结合强度，同时又能防止高温氧化和腐蚀性气体对金属的侵蚀，但该合金不耐硫化氢、亚硫酸气体、盐类及高温潮湿下还原性气体的腐蚀，在硝酸、盐酸溶液中也容易受到侵蚀。可广泛应用于锅炉水冷管壁（包括重油余热锅炉中的水冷管壁及燃煤锅炉水冷管壁）和换热器管壁，以减缓锅炉管壁的腐蚀与冲蚀。如美国TAFA公司为喷涂锅炉水冷壁保护涂层而设计的牌号为45CT的镍铬合金丝，保护锅炉管道，延长其使用寿命。
3.2 Ni-Al合金：用于电弧喷涂的Ni-Al合金丝，镍、铝的质量比为Ni：Al=95：5，成分近似于镍包铝自粘结复合粉末。许多方面Ni-Al合金丝可以代替Ni-Al复合丝，而它的冶金结合性能优于Ni-Al复合丝。Ni-Al合金丝用作电弧喷涂时，电弧使熔滴强烈过热，镍和铝的氧化反应（而不是铝化镍的形成）放出大量的热量，使熔滴地撞击到工件表面的瞬间与基体表面发生冶金结合，形成一些微“焊合”点，导致涂层与工件之间的牢固结合。Ni-Al合金涂层除具有良好的抗高温氧化性能外，还具有良好的腐蚀性能。
3.3 Ni-Cr-Al-Y合金：为四元系高温热腐蚀涂层，航空、舰船、发电用的在高温合金制作的高温部件，在其表面施加这种四元系涂层，厚度在45-200?m，可以提高机体材料的抗热腐蚀能力，耐热寿命可延长达几千小时，以致近几万小时[1]。
4. Ni-Cr-Al抗高温氧化合金性能的研究现状
随着航天、航空、电力、冶金、能源、石工工业的迅速发展，对高温抗氧化合金材料的服役性要求越来越高，高温抗氧化合金材料已经成为影响工业发展的决定性因素，这就给高温抗氧合金的研制和开发提出了新的挑战机遇，目前提高合金抗高温氧化的手段如下：
4.1 通过向合金内添加亲氧元素，使合金表面发生择优氧化，进而形成一层连续、致密、粘附性较好的氧化薄膜更好的保护基体，产生择优氧化的条件[2]：
4.1.1 添加在合金中的元素对氧的亲和力要大于基体金属的。
4.1.2 在基体中掺杂的合金元素的离子半径要小于基体的，这样容易向表面扩散。
4.1.3 在更容易发生扩散行为的情况下加热。
其中添加元素Cr、Al、Si在提高合金抗氧化性起到重要作用。
4.2 通过处理表面来加强合金的抗氧化能力
4.2.1 扩散掺层法
4.2.2 通过注入稀土元素改层法
4.3 通过防护涂层法来进一步加强防护能力
4.3.1 合金涂层
高温合金抗氧化涂层有以下分类[3]
4.3.1.1 铝-铬、铝-铅、铝-硅等铝化物涂层是通过用化学气相沉积的方法经改进所获得，这些涂层有制作简单、自身性质稳定、而且造价较低等较好的优点，其缺点是组成的成分的控制很不容易。
4.3.1.2 M-CrAl-Re，其中M包括的范畴为铁、钴、镍等磁性材料，Re包括的范畴为稀土元素钇、铈、铪等活性元素）此类涂层属于包覆涂层，这种涂层在低温低压的条件下用等离子喷涂、电子束物理气相沉积、溅射离子镀等手段制作，此类涂层的组成部分是可以控制的，同时具备抗腐蚀性能等优点，其缺点是生产的成本较高而且工艺设备造价很高，即便生产出来也难以均匀的涂在基体表面。
4.3.2 陶瓷涂层
此涂层是可以在低温低压下用等离子喷涂制作而成的。
4.4 纳米涂层[4]
如果用离子溅射沉积的方法来处理铸态合金表面，可以得到这种纳米涂层在二个方面的作用：一方面，这种涂层的应用可以明显提高合金基体的抗高温抗氧化性能，进而提高对合金基体进行保护作用，其作用机理就是改善氧化薄膜，另一方面这种涂层的使用不会使其材料与基体发生不利的作用。
5.Ni-Cr-Al合金高温氧化的研究进展
Ni-Cr-Al合金是在80Ni-20Cr 合金的基础上加入Al元素发展起来的， 由于该合金优良的耐高温氧化和腐蚀能力而被广泛地用于热防护涂层。
Ingard A等人研究了含不同Cr/A1比的Ni-Cr-Al合金在800-1300℃空气或1个大气压氧气中的氧化行为。发现氧化速率随时间迅速降低，且为理想的抛物线。主要反应产物为NiO，Cr2O3，α-A12O3和Ni（Cr，A1）2O4。反应产物相对量是成分、温度、氧压和反应时间的函数。Ni-9Cr-6Al合金由于在所有温度下都形成α-A12O3具有最好的抗氧化性能。
孙长波等研究了Ni-Cr-Al合金在1000℃空气中的氧化行为，经过试验发现在合金中添加Al元素以后使合金的氧化速度很明显的下降了，促使合金在高温条件下自身的抗氧化性能得到显著的提高;合金元素Al的添加使合金表面生成连续致密的Cr2O3薄膜，继而还降低了在合金外层形成Cr2O3薄膜需要Cr的含量，合金元素Cr，还使合金表面氧化薄膜的内部生成极薄A12O3，含Cr为20%，含Al为2.5%的Ni基合金在高温情况下在合金表面形成连续致密的氧化薄膜，成分为Cr2O3，而在Cr2O3薄膜内部形成极薄的A12O3薄膜，进而抑制了NiO的生长. 这些研究结果表明，合适的Al，Cr合金化可以使合金发生选择氧化。Cr，Al选择氧化可以提高Ni-Cr-Al合金的高温氧化性能。Ni-Cr-Al合金氧化膜与基体的粘附性不是很好，导致氧化过程中有轻微的氧化膜剥落，就其原因人们作了大量研究。早期有人注意到杂质硫会向Ni及Ni基合金表面的偏聚，且氧化膜的粘附性与杂质元素硫偏聚有关。
Ni-Cr-Al合金在真空炉中进行高温退火处理时，发现当以杂质元素形式存在的硫含量为50×10-6的合金，表面的硫含量可以达到20at%，从而引起氧化膜的严重剥落。Ni-Cr-Al合金内添加微量稀土可以显著改善合金的抗高温氧化性能。如已发展的含稀土氧化物的弥散强化合金即（ODS合金），抗高温腐蚀性能最优异的包覆涂层MCrAl-Y（M代表Ni、Co或Fe）。Funkenbusch等曾对不同S与Y添加量的Ni20Cr12Al（%）合金的循环氧化进行了研究.由于Y的加入，合金表面的氧化膜的粘附性确实得到了很大提高。人们已经对稀土元素的微观作用机制进行了大量研究，其中提出了一些具有代表性的模型：微钉理论、空位阱理论、生长应力消除理论、氧化膜塑性理论及硫效应模型，但到目前还没有统一的模型， 已经提出的多种模型都存在局限性。
6.Ni-Cr-Al-Y涂层高温氧化研究进展
Ni-Cr-Al-Y耐高温涂层材料，其热膨胀系数介于金属和陶瓷之间，有着良好的抗氧化抗腐蚀的综合性能，即可以单独用作热障涂层（TBCS）也可以作为热障涂层中的粘结层使用。广泛应用于大型燃气涡轮发动机叶片等高温部件的热障涂层中，工作温度一般在1000℃以上。热障涂层的应用不仅可以提高基体抗高温腐蚀能力，进一步提高发动机工作温度，而且可以减少能耗、提高效率、延长热端部件的使用寿命。
李美等研究了溅射Ni-Cr-Al-Y涂层氧化过程A12O3膜结构与形貌的转变，结果发现溅射Ni-Cr-Al-Y涂层在900℃～1100℃氧化过程中，氧化膜存在θα-A12O3相变，其相变的速度与温度有关，温度越高，相变越快;涂层表面生成的氧化膜形貌取决于氧化温度和时间，θ-A12O3随着温度的提高或同一温度下时间的延长，从针状依次变化为晶须状和刀片状或簇拥成团，而α-A12O3为颗粒状;对溅射Ni-Cr-Al-Y涂层进行真空热处理，可促进氧化膜的相变，使涂层表面快速形成保护性的α-A12O3 。
张玉娟等[22]研究了Ni-Cr-Al-Y涂层的表面状态对高温氧化行为的影响，经研究发现：抛光态涂层在1050℃恒温氧化，短期内（150h）生成α-A12O3保护膜，氧化膜与基体的粘附性好，氧化动力学曲线成抛物线型，涂层抗氧化性好;150h后，保护性氧化膜被破坏，动力学曲线转为线性上升，涂层抗氧化能力下降。喷涂态涂层的长期抗恒温氧化能力比抛光态涂层强。在1050℃恒温氧化300h，动力学曲线符合抛物线规律，表面α-A12O3保护膜无破坏。无涂层涂覆的基体合金表面不能生成α-A12O3保护膜，合金抗氧化能力差。
楼翰一等研究Ni-Cr-Al纳米晶合金在1000℃的高温氧化行为，研究发现纳米晶化大大扩展了铸态Ni-Cr-Al合金氧化时，连续外A12O3层生成区的成分范围;更为重要是，在常温高温合金所在的成分区域内，纳米晶合金可以在氧化初期直接一步生成抗氧化性和粘附性十分优良的A12O3膜。
7.展望
随着科学技术的进一步发展，Ni-Cr-Al高温合金将被更广泛的应用到国防、工业生产的各个领域，合理的控制好合金中Al和Cr的含量有利于氧化薄膜更好的形成，同时适量的加入稀土元素有利于控制S元素对薄膜脱落的影响，更好的保护Ni-Cr-Al合金基体，以便更好的发挥Ni-Cr-Al合金优良的抗高温、抗氧化性能。
参考文献
[1]石力开.化学材料词典[M].化学工业出版社，2006.
[2]朱日彰.金属腐蚀学[M].北京冶金工业出版社，1989.
[3]唐兆麟.Ti-Al金属间化合物的高温氧化防护涂层[D].沈阳：中科院金属所博士论文，1997.
篇5
关键词：优化内容；改革方法；寓学于乐
中图分类号：TQ；G6420 文献标志码：A 文章编号：1005-2909(2012)04-0053-03
在当今科技高度发展、学科交叉进一步加强的时代，化学已经渗透到建筑、信息、材料、能源、机电、生命、环保等学科领域。大学化学是高校建筑类专业的公共基础课程，它在化学基本理论与工程具体实践之间搭起了一座桥梁。大学化学课程对优化学生的知识结构，培养学生用化学的观点分析、认识科学技术和社会实际中的化学问题，对把学生培养成为厚基础、宽口径、强能力、高素质的创新人才有着重大的现实意义。
一、围绕专业需求，安排教学内容
大学化学是建筑类专业学生大学期间唯一一门化学类课程，具有相对的独立性和完整性。教师在讲授大学化学时，经常会犯“讲得过多”和“讲得过少”两类错误［1］。所谓“讲得过多”是指教师系统地介绍现代化学的所有内容，力图追求化学理论知识的完善；而“讲得过少”则是指教师只罗列一些与化学有关的热点问题和案例，基本不阐述化学的基础原理和规律。实践证明，“讲得过多”和“讲得过少”都不利于理论与实际的结合，不利于建筑类专业学生创新能力的培养。
因此，要针对建筑类专业的实际需要［2］，合理安排教学内容，需要对教学内容进行适当删减、强化、增加。删减、回避过细的化学计算和复杂的化学公式；强化水化学、胶体化学、材料化学等建筑领域中所必需的化学基础知识的教学，使学生能运用化学理论、观点和方法审视环境、能源、材料等社会热点论题；增加化学学习与专业应用之间的联系以及化学在工程实践应用中新成果。如华中科技大学针对建筑类专业学生的特点，在电化学原理部分的教学中，增加了阳极氧化和电解抛光知识。从电化学的角度出发，介绍了阳极氧化和电解抛光原理以及电解液的选用，分析和讨论这两种工艺的应用及其优缺点，让学生理解化学知识与专业实际息息相关，与工程技术紧密联系，并能学以致用。
二、改革教学方法，贯彻启发式学习理念
培养学生创新思维是教育的关键，而创新源于兴趣、起于自主、发于尝试。传统“教师中心论”的教学模式，教师处于完全的主导地位，在课堂上只向学生灌输知识，而不注意把握学生的心理，这与创新格格不入。因此要改革教学方法，贯彻启发式学习理念，充分调动学生学习的积极性。
（一）理论讲授要精心设计，遵循学生认知思路，突出以学生为中心的教学模式
教学活动是学生在教师的指导下进行的有目的、有计划的学习活动。化学基本原理中大量公式的教学，应当是在教师引导下训练学生有意识地进行抽象逻辑思维活动。教师要设计一系列问题，并留出学生积极思考的时间，通过师生间的讨论和交流，使学生主动得出结论。如在讲授化学热力学中化学反应方向的判断时，教师可以设计下列的教学程序。
首先，在压力为标准态和温度为298.15 K时，判断标准是ΔrGθm(298.15 K)，它可以由参与反应的各个物质的ΔfGθm(298.15 K)而计算出来，这一点学生都清楚。其次，教师引导学生思考“若压力仍是标准态，但温度不是298.15 K，该怎么办？”并提示ΔrHθm(T)和ΔrSθm(T)与温度无关，提醒学生可以用吉—亥公式求解。然后，进一步发问：“若压力不是标准态，温度也不是298.15 K，该怎么办？”此时提示学生利用热力学等温方程式中的ΔrGm与ΔrGθm的关系，将非标准状态化为标准状态，从而求解。
通过学生和教师间的这种互动、提问、设疑、解答，学生在自觉、主动、多层次的参与过程中不但学会了复杂的化学反应原理，而且也掌握了分析问题、解决问题的科学方法。
（二）应用部分要勇于放手，让学生走向讲台
教育的关键是使学生具备将所学知识应用于实际的能力。化学应用部分的目的正是培养学生利用所学的化学原理分析、解决工程实际问题的能力。在学生课后自学和相互讨论的基础上，学生和教师换位，由学生讲解该部分内容，对专业中遇到的实际问题，如金属腐蚀的防护与利用上升到化学原理加以分析，论述自己的观点。学生为了讲解清楚课堂内容必须认真预习，做好充分的准备。因此，他们在主动获取知识的同时，无形中提高了对这门课程的学习积极性。
（三）改革考试方法，以课程论文、实验设计代替闭卷考试
学生学学化学的基本原理和方法的目的不是为了成为化学家，而是具备基本的化学素养的化学思维，能以化学的眼光、角度、世界观分析和解决工程实际中遇到的化学问题。若通过做习题来检测学生的学习效果，不管是开卷或闭卷的考核形式都没有意义。相反，布置课程论文，让学生在查阅资料的基础上，对一些典型案例抽象化，建立理论模型，再用课堂上所用的原理进行分析，提出自己的见解；或者要求学生运用化学基本原理，结合专业特点，对自己感兴趣的内容自行构思、自拟方案，完成一个综合实验设计，并通过实验验证。这两种方式表面上不直接考察学生理论知识，实际上考察他们运用理论知识解决实际问题的能力是更深层次的要求［4］。
实践证明，布置论文或综合实验设计的考核方式行之有效，很多学生写出了较高质量的论文，大学化学实验设计也深受学生欢迎，真正达到了培养学生创新能力的目的。
