金屬腐蝕與防護論文范文
時間：2023-03-28 20:43:43
導語：如何才能寫好一篇金屬腐蝕與防護論文，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。
篇1
關鍵詞：金屬腐蝕 灰色關聯度 因子分析 因子
一、腐蝕現狀
據有關專家介紹，全球每1分鐘就有1噸鋼腐蝕成鐵銹。目前我國由于金屬材料和周圍環境發生化學或電化學反應所帶來的腐蝕損失每年大約5000億人民幣，約占我國國民生產總值的6%左右[4]。
近年來，石化行業大量進口高硫重質原油，在拓展原油采購渠道、提高原油加工量、降低原油成本和提高經濟效益等方面起到了重要的作用，但是大量加工高硫重質原油，也使石化行業中金屬設備的腐蝕日趨嚴重，因此搞清金屬腐蝕的機理，制定合理的防護措施，對于確保金屬構件安全長周期運行具有十分重要的意義[4]。
二、灰色關聯度分析
1.序列選擇
1.因子分析的基本方法
1.1因子提取
通過分析原始變量之間的相互關系，從中提取出數量較少的因子。提取方法是利用樣本數據得到因子載荷矩陣。利用因子載荷矩陣求解變量相關矩陣的特征值，根據特征值的大小確定因子數量。
1.2因子旋轉
因子分析的以這個重要的目的在于對原始變量進行綜合評價。利用因子分析提取得到的結果雖然保證了因子的正交性，也就是因子之間不相關，但因子對變量的解釋能力較弱，不易解釋和命名。這時可以通過對因子模型的旋轉變換，使公共因子的載荷系數更接近1或者接近0，通過這種方法得到的公共因子對變量的命名和解釋將變得更加容易。
1.3計算因子得分
四、結論與建議
從計算分析結果能夠看出該油田的腐蝕主因素是溫度、pH值、Cl-、HCO3-和Ca2+四個影響因素，在腐蝕的防治中要對這幾個重點影響因素進行預防。通過運用不同數學方法對數據進行分析，從不同的角度得出了相近的結果，兩種方法相互進行了驗證，保證了結論的正確性。
結合灰色關聯理論和因子分析兩種分析方法得出灰關聯因子分析法，該方法綜合了兩種方法的優點，一方面可以將不明確的內部關系明顯化，另一方面又能夠將眾多的因素進行整合。灰關聯因子分析計算理論簡單，得出的分析結果具有系統性，能夠反應出金屬腐蝕因素的主次關系。
參考文獻
[1]張紅兵，賈來喜，李潞.SPSS寶典[M].電子工業出版社北京.2007.2.
[2]于秀林，任學松.多元統計分析[M].中國統計出版時北京.1995.5.
[3]于倩秀.陸梁油田生產系統腐蝕規律實驗研究及腐蝕速率預測技術[D].成都：西南石油大學[碩士論文]，2006.5.
篇2
【關鍵詞】油氣儲運管道問題防腐問題研究分析
中圖分類號： P641.4+62 文獻標識碼： A
一．引言
近年來國內外在管道防腐層材料和技術應用方面都取得了快速發展，防腐蝕新材料、新工藝和新設備不斷出現并得到廣泛應用。防腐層技術是新建鋼質管道和在役管道安全運行的保障技術，防腐層的生產制造質量決定著鋼質管道的使用壽命，了解國內外解鋼質管道防腐層技術應用現狀及發展趨勢，抓住鋼質管道建設快速增長的發展機遇，進一步提高防腐蝕技術應用水平是非常必要的。
二．對腐蝕的理解。
腐蝕金屬在周圍介質的化學、電化學作用下所引起的一種破壞現象。按管道被腐蝕部位，可分為內壁腐蝕和外壁腐蝕；按管道腐蝕形態，可分為全面腐蝕和局部腐蝕；按管道腐蝕機理，可分為化學腐蝕和電化學腐蝕等。
管道腐蝕一般是指避免管道遭受土壤、空氣和輸送介質（石油、天然氣等）腐蝕的防護技術。
三．管道腐蝕的原因。
管道內壁腐蝕金屬管道內壁因輸送介質的作用而產生的腐蝕。主要有水腐蝕和介質腐蝕。水腐蝕指輸送介質中的游離水，在管壁上生成親水膜，由此形成原電池條件而產生的電化學腐蝕。介質腐蝕指游離水以外的其他有害雜質（如二氧化碳、硫化氫等）直接與管道金屬作用產生的化學腐蝕。
長輸管道內壁一般同時存在著上述兩種腐蝕過程。特別是在管道彎頭、低洼積水處和氣液交界面，由于電化學腐蝕異常強烈，管壁大面積減薄或形成一系列腐蝕深坑。這些深坑是管道易于內腐蝕穿孔的地方。
管道外壁腐蝕視管道所處環境而異。架空管道易受大氣腐蝕；土壤或水環境中的管道，則易受土壤腐蝕、細菌腐蝕和雜散電流腐蝕。
（1）. 大氣腐蝕。大氣中含有水蒸氣會在金屬表面冷凝形成水膜，這種水膜由于溶解了空氣中的氣體及其他雜質，可起到電解液的作用，使金屬表面發生電化學腐蝕。影響大氣腐蝕的自然因素除污染物外，還有氣候條件。在非潮濕環境中，很多污染物幾乎沒有腐蝕效應。如果相對濕度超過80％，腐蝕速度會迅速上升。因此，敷設在地溝中的管道或潮濕環境的架空管道表面極易銹蝕。
（2）. 土壤腐蝕。土壤顆粒間充滿空氣、水和各種鹽類，使它具有電解質的特征。管道金屬在土壤電解質溶液中構成多種腐蝕電池。
（3）. 細菌腐蝕。也稱微生物腐蝕。參與管道土壤腐蝕過程的細菌通常有硫酸鹽還原菌、氧化菌、鐵細菌、硝酸鹽還原菌等。
（4）. 雜散電流腐蝕。流散于大地中的電流對管道產生的腐蝕，又名干擾腐蝕，是一種外界因素引起的電化學腐蝕。管道腐蝕部位由外部電流的極性和大小決定，其作用類似電解。雜散電流從管道防腐層破損處流入，在另一破損處流出，在流出處形成陽極區而產生腐蝕。雜散電流源有電氣化鐵路、陰極保護設施、高壓輸電系統等。
四．管道的主要防腐方法。
我國鋼質管道外防腐層材料和制造應用技術主要經歷了石油瀝青、煤焦油瀝青、煤焦油瓷漆、膠帶、夾克、液體環氧涂料、擠壓聚乙烯（2PE）、熔結環氧粉末(FBE)、三層聚乙烯(3PE)等發展過程。目前，我國管道防腐層材料生產制造基本實現了標準化，并不斷有新品出現，近年來新建的埋地油氣輸送管道的外防腐層結構根據輸送介質溫度和施工條件的不同，主要采用熔結環氧粉末(FBE)、（3PP）、(DPS)和三層聚乙烯(3PE)防腐技術，并使用陰極保護技術。
3PE的底層為熔結環氧粉末防腐蝕層，中間層為聚乙烯共聚物熱熔膠粘劑，面層為聚乙烯專用料保護層。上述三種材料構成的鋼管防腐蝕結構層稱為3PE防腐，壓力管道元件行業稱之為“聚烯烴防腐蝕（3PE）管道”。
3PE防腐是目前世界范圍內廣泛采用的鋼質管道涂層體系，是我國輸油、輸氣、輸水大型管道工程和市政工程的首選防腐蝕結構，西氣東輸、西南成品油等重大工程全部使用了3PE防腐。
涂層防腐用涂料均勻致密地涂敷在經除銹的金屬管道表面上，使其與各種腐蝕性介質隔絕，是管道防腐最基本的方法之一。70年代以來，在極地、海洋等嚴酷環境中敷設管道，以及油品加熱輸送而使管道溫度升高等，對涂層性能提出了更多的要求。因此，管道防腐涂層越來越多地采用復合材料或復合結構。這些材料和結構要具有良好的介電性能、物理性能、穩定的化學性能和較寬的溫度適應范圍等。
內壁防腐涂層：為了防止管內腐蝕、降低摩擦阻力、提高輸量而涂于管子內壁的薄膜。常用的涂料有胺固化環氧樹脂和聚酰胺環氧樹脂，涂層厚度為 0.038～0.2毫米。為保證涂層與管壁粘結牢固,必須對管內壁進行表面處理。70年代以來趨向于管內、外壁涂層選用相同的材料，以便管內、外壁的涂敷同時進行。
防腐保溫涂層：在中、小口徑的熱輸原油或燃料油的管道上，為了減少管道向土壤散熱，在管道外部加上保溫和防腐的復合層。常用的保溫材料是硬質聚氨脂泡沫塑料,適用溫度為－185～95℃。這種材料質地松軟，為提高其強度，在隔熱層外面加敷一層高密度聚乙烯層，形成復合材料結構，以防止地下水滲入保溫層內。
外加電流法是利用直流電源，負極接于被保護管道上，正極接于陽極地床。電路連通后，管道被陰極極化。當管道對地電位達到最小保護電位時，即獲得完全的陰極保護。
陰極保護：將被保護金屬極化成陰極來防止金屬腐蝕的方法。這種方法用于船舶防腐已有 150多年的歷史;1928年第一次用于管道,是將金屬腐蝕電池中陰極不受腐蝕而陽極受腐蝕的原理應用于金屬防腐技術上。利用外施電流迫使電解液中被保護金屬表面全部陰極極化，則腐蝕就不會發生。判斷管道是否達到陰極保護的指標有兩項。一是最小保護電位，它是金屬在電解液中陰極極化到腐蝕過程停止時的電位；其值與環境等因素有關，常用的數值為- 850毫伏（相對于銅-硫酸銅參比電極測定，下同）。二是最大保護電位，即被保護金屬表面容許達到的最高電位值。當陰極極化過強，管道表面與涂層間會析出氫氣，而使涂層產生陰極剝離，所以必須控制匯流點電位在容許范圍內，以使涂層免遭破壞。此值與涂層性質有關,一般取－1.20至－2.0伏間。實現地下管道陰極保護有外加電流法和犧牲陽極法兩種。
五．結束語
當今世界經濟迅猛發展，石油和天然氣作為我國的經濟發展命脈及現代工業的主要能源得到了廣泛運用，防腐蝕行業已成為國民經濟中一個不可或缺的新興產業，防腐涂層技術的應用，對于鋼質管道建設工程的安全運行起到了很好的保障作用，在幾十年的實踐中，防腐涂層技術不斷的提高和發展，材料方面朝著環保、高性能、適合流水作業施工的方向發展，施工方面朝著自動化生產線發展，正是上述技術的發展進步使得管道的高效建設及投產得到支持。因此，我們應該大力研發防腐技術并且進行推廣，從而促進我國油氣儲運的發展。
參考文獻：
[1] 石磊 油氣儲運過程中的管道防腐問題研究與分析 [期刊論文] 《科技創新導報》 -2011年12期
[2] 張宗前 油氣儲運管道防腐問題研究與分析 [期刊論文] 《中國石油和化工標準與質量》 -2013年9期
[3] 沈乾坤 論油氣儲運中的管道防腐問題 [期刊論文] 《中國石油和化工標準與質量》 -2012年10期
[4] 張旭魏子昂 淺談油氣儲運中管道的防腐問題 [期刊論文] 《中國石油和化工標準與質量》 -2011年10期
[5] 蘆彬 針對油氣儲運中管道防腐技術進行探究 [期刊論文] 《化工管理》 -2013年2期
篇3
關鍵詞：無線電監測設備；海洋大氣腐蝕；設備腐蝕形態
前言
隨著無線電監測系統應用領域的不斷擴展，由頻譜傳感器、監測測向設備和天線組成的戶外部署設備在沿海地區、艦船、島礁等環境的使用日益廣泛。這些長期曝露在海洋大氣環境下的無線電監測設備，其工作壽命和可靠性與其抵抗鹽霧侵蝕的能力密切相關。提高設備的抗蝕性能既是系統可靠性設計的重要環節，也是無線電監測系統長期工作于海洋大氣環境時必須面對的關鍵技術。針對這一難題，成都華日通訊技術有限公司組織相關科研人員進行了專題科研攻關。經過研究腐蝕形成的機理，采取相應的防腐蝕對策，在大量實驗的基礎上，最終取得了較好的效果。按照IEC61969-3防護要求，工作于戶外的頻譜傳感器機箱通常采用IP55以上防護等級的全密封結構設計。為了滿足密封狀態下內部電路的傳導散熱要求，箱體金屬構件大多采用傳熱性能優越的鋁合金材質生產。同時，鋁合金還以其優良的電性能和較高的比強度，在各類天線構件中獲得廣泛應用。可以說，監測設備的核心金屬構件幾乎全部采用鋁合金材質生產。根據金屬材料腐蝕理論，氯離子對鋁合金材料具有強烈的腐蝕性[1]。在海洋大氣環境下，曝露于高鹽霧介質中的鋁制構件在氯離子作用下將產生嚴重的電化學腐蝕，進而導致設備可靠性遭到破壞。監測測向設備的損壞形態不僅取決于海洋大氣腐蝕特征，也與其具體結構形式密切相關。需要針對不同的腐蝕成因，采取科學、合理的措施，才有可能阻止或減緩腐蝕進程的發生，有效提高設備的抗腐蝕性能。
1海洋大氣的腐蝕特征
海洋腐蝕環境可以分為海洋大氣區、飛濺區、潮差區、海水全浸區、海底泥土區。處濺區的構件由于表面供氧充足、干濕交替，因而是最嚴峻的海洋腐蝕環境[2]。從防腐蝕和維修便利性考慮，海洋環境下監測測向設備的選址應盡可能遠離飛濺區，布置于海洋大氣區。海洋大氣區是海水蒸發形成的含有大量鹽分的大氣環境，具有高鹽霧、高濕度的特點。對鋁合金的腐蝕特征主要體現在兩方面：其一是大氣中的溶解鹽直接作用于鋁合金和無機材料產生腐蝕；其二是結晶鹽粒吸濕后在鋁合金表面形成液膜，為腐蝕發生所需的電化學反應提供活性電解質，加速金屬構件的腐蝕進程。海洋大氣對設備的腐蝕性取決于設備所處位置、降雨量的多少、溫度的高低。數據顯示：海洋大氣中氯離子含量隨著離開海岸線的距離呈指數級降低[3]。因此海岸線附近的腐蝕遠高于海洋其他區域。海洋大氣陸上腐蝕范圍一般在距海岸20km左右，距海岸越近、降雨量越小、溫度越高腐蝕就越強，24m處比240m處腐蝕大12倍。對處于海岸、艦船或島嶼上的無線電監測測向設備而言，海洋大氣的腐蝕、老化作用是其必須面對并長期承受的環境因素。
2設備的腐蝕形態
鋁與氧有極強的親和力，在普通大氣環境下其表面會自然形成厚度為0.5~4微米的氧化膜，使鋁處于鈍化狀態，阻止其與周圍環境繼續接觸，保護基體不被腐蝕損壞。但在海洋大氣環境下，由于氯離子的作用，鈍化膜的防護作用極易被破壞。如沒有有效的防護措施，曝露在腐蝕介質中的監測設備將出現以下幾種腐蝕形態：
2.1合金成分引起的腐蝕
海洋性氣候的腐蝕介質中主要是高濃度的氯離子和促進陰極反應的溶解氧。由于氯離子的半徑很小，極易透過膜的孔隙缺陷到達合金基體。當合金中含有加速陰極反應的其他金屬成分時，電解液中的活性陰離子便與這些金屬陽離子結合，生成可溶性氯化物，形成俗稱“白斑”的小孔腐蝕。腐蝕的嚴重程度不僅與介質有關，更與鋁合金的成分有關。實驗表明[4]：高純鋁具有很強的抗點蝕性，而含銅鋁合金則對小孔腐蝕最為敏感。安裝在海洋環境中的鋁合金天線構件，僅幾年時間就發生腐蝕，嚴重部位的表面幾乎完全呈白色粉末狀態（見圖1），對天線結構與性能造成較大破壞。究其原因，不僅與腐蝕環境有關，應該還與材質中含有能夠加速腐蝕進程的銅元素有關。因此，對應用于海洋環境的機箱、天線等鋁合金構件應充分重視材料自身的抗腐蝕特性。設計時不僅應避免使用鋁-銅系合金，還應對各類防銹鋁的實際含銅量給予高度關注。
2.2異相金屬接觸引起的腐蝕
由于鋁的自然電位較負，與異相金屬接觸時總是處于陽極，異相金屬則成為鋁合金電解的陰極體，在電解質的作用下發生電化學腐蝕，也稱電偶腐蝕或雙金屬腐蝕。幾乎所有常用金屬，只要和鋁合金之間存在濕潤導電接觸都會導致鋁的電化學腐蝕。在各種金屬對鋁材的電偶腐蝕影響中，尤以銅引起的腐蝕最為嚴重[4]。電偶腐蝕引起的損壞程度取決于兩種金屬的電位差、陰陽極的接觸面積比。實驗證明[5]：電位差越大，陰陽極面積比就越大、腐蝕越嚴重。安裝在沿海地區的天線，其連接處的腐蝕往往比其他位置嚴重。圖1中有插座連接的地方以及使用螺栓連接的螺孔都顯現出更嚴重的腐蝕痕跡（螺孔內部已完全呈白色）。造成這種現象的原因，不僅有腐蝕介質在合金表面的點蝕結果，更主要的是連接處存在促使鋁合金電解的其他金屬，兩種金屬在鹽霧介質作用下發生了電偶腐蝕。監測設備上安裝的各種插座、裝配用到的緊固件其材質大都為鋼或銅，當它們與鋁合金之間有電解液膜時則會發生電偶腐蝕，對設備造成破壞。因此，在天線與機箱的設計中應盡量減少或避免采用腐蝕電位懸殊的異種金屬材料，裝配中還必需對產生電偶腐蝕的條件加以控制，無法控制時應采取相應的隔離措施，以便有效避免或減緩電偶腐蝕的發生。
2.3結構縫隙引起的腐蝕
振子與振子座連接處、箱體與蓋板間、插座與面板間、墊圈與螺釘連接處、搭接焊處、鉚接處均有縫隙存在，在腐蝕介質的作用下，縫隙金屬面將發生腐蝕。腐蝕作用初期，縫隙內外腐蝕介質中的氧濃度差異不大。隨著腐蝕的進行，縫隙內的氧很快被消耗。縫隙內外腐蝕介質因溶解氧濃度不同形成氧濃差電池（也稱差異充氣電池），促使縫隙內金屬不斷發生腐蝕。縫隙腐蝕現象與金屬成分關系不大，但對縫隙寬度較為敏感。最易發生腐蝕的縫寬為0.025～0.100mm，這種寬度下鹽霧液膜既能侵入又不會流失，非常有利于腐蝕進程的持續發生，是設計中必須注意解決的問題。縫隙腐蝕的另一特點是其臨界腐蝕電位較低，因此它比點蝕更容易發生。加之腐蝕發生在縫隙內，縫隙外部腐蝕跡象并不明顯，通常不易被發現，因而對設備具有更大的破壞性。
2.4涂層缺陷引起的腐蝕
當有機涂層與金屬膜層之間因針孔或膜層損壞滲入電解液后，涂層下金屬在氧濃差電池效應下被逐步侵蝕，由于其膜下腐蝕路徑呈蠕蟲狀，也稱絲狀腐蝕。這種腐蝕的活性頭部區域為陽極，尾部是陰極。由于腐蝕電池兩級之間是依靠氧濃差維持，因此其活性頭部總是向缺氧方向發展。當接近另一條絲狀腐蝕線時，活性頭部會避開涂層已破壞的高氧區而轉向涂層尚未破壞的低氧區，使絲狀腐蝕具有不交叉的典型特征。需要注意的是，絲狀腐蝕是一種膜下腐蝕，且只發生在有機涂層與金屬之間，一般不發生在的氧化膜上面，因而在腐蝕前期往往不易發覺，具有很大的隱蔽破壞性。圖2是遭受絲狀腐蝕后的對數天線，可以看出很多振子都已出現絲狀腐蝕。左側上下兩振子的表層金屬已出現嚴重的蓬松剝離狀態，結構強度與電性能均已遭受破壞。為了減少絲狀腐蝕的產生，鋁合金構件的涂覆工藝需要特別注意增強金屬表面和有機涂層的結合力。確保涂膜的完整性不被損壞是避免絲狀腐蝕發生的關鍵。因此要特別注意在運輸、安裝環節做好對涂層的防護，避免涂膜出現針孔與破損。
2.5加工工藝引起的腐蝕
構件加工中涉及焊接和人工時效，若處理不當這些工藝過程，往往會導致合金元素或金屬間化合物沿晶界沉淀析出，相對于晶粒形成陽極，在海洋性氣候下構成腐蝕電池，引起晶間腐蝕。尤其需要注意的是鋁-銅-鎂系、鋁-鋅-鎂系合金對晶間腐蝕敏感性較強，在海洋性氣候下應避免采用該類合金。晶間腐蝕帶來的另一不利因素是在加工應力和腐蝕介質的共同作用下還可誘發應力腐蝕，最終使構件產生裂紋、斷裂，喪失使用功能。晶間腐蝕、應力腐蝕都與構件的加工有關，即：構件加工工藝不僅僅關乎結構變形帶來的尺寸精度問題，同時還是發生腐蝕的內在誘因。因此，在接收機機箱、天線構件的加工中必須制定合理的工藝路線，控制和減少各類應力產生的外在原因，避免金屬中合金元素沿晶界的沉淀析出，以此破壞原電池產生的條件。
3設備的防腐蝕措施
由于戶外監測設備具有上述腐蝕形態中的全部工況，加之其在系統可靠性中所處的地位，成為海洋大氣環境下監測測向設備防腐研究的重點。從前述分析不難看出，設備的防腐蝕是一項系統性的工作。需要在材料選擇、加工工藝、氧化工藝、密封設計、涂覆處理、安裝緊固處理等諸多方面采取針對性措施，才能有效提高其抵抗鹽霧侵蝕的能力。
3.1合金材料的選用
監測設備材料的選擇除了考慮其常規力學性能、物理性能、加工性能外，還必須考慮材料的耐蝕性能。由于監測測向設備自身并不作為力學構件使用，因而在海洋性氣候環境下應重點關注材料的耐蝕性和加工工藝性。從多種文獻資料的實驗數據來看，鋁-銅系合金中的銅離子在與海洋大氣中的氯離子接觸后具有強烈的腐蝕誘發作用，需要嚴格避免使用。常用的LY12鋁合金只能適用于內陸氣候，在海洋性氣候下并不具有抵抗腐蝕的優勢。即便標注為防銹鋁的材料也要注意其生產廠家，避免使用小廠產品（小廠產品含銅量往往得不到保證）。
3.2結構設計
在充分了解設備安裝使用環境的基礎上，合理確定抗蝕面和導電面界限，以便于氧化膜的可靠形成；合理確定開孔位置與數量，盡量減少所需密封通道；選用高質量的導電密封材料，并按30%~50％壓縮量確定嵌入槽的公差與尺寸；為了減少和防止縫隙腐蝕的發生，設計中對結合面縫隙應采取措施，提出合理的形狀、位置公差要求，避免因貼合不嚴形成敏感縫隙，從源頭消除差異充氣電池產生的條件，對無法避免的敏感縫隙，應在外部設計消縫溝槽，減少電解液的進入與滯留；散熱翅片設計應避免尖角、銳邊，減小熱量集中對氧化膜的生成影響，盡量不用異種金屬，減少電偶腐蝕產生條件。
3.3加工工藝
全密封接收機機箱的生產涉及焊接和大面積散熱翅片加工，容易產生和積累加工應力。為了避免晶間腐蝕和應力腐蝕，加工中應減小吃刀深度、減緩進刀速度，在應力集聚工序后均應進行人工時效處理，消除或減小材料內部的微觀應力和加工應力。避免和減少晶間腐蝕、應力腐蝕的出現。對具有密封界面構件的加工，要嚴格控制裝夾應力，確保其加工平面度符合設計要求。
3.4氧化膜處理
常用的鋁合金氧化膜有兩種形式，一種是具有良好導電性的化學氧化膜（分為酸性和堿性氧化），另一種是具有高硬度、高耐磨性的陽極氧化膜，后者以其致密、厚實的膜層優勢擁有遠高于天然氧化膜的抗腐蝕性能。但陽極氧化膜30V/μm擊穿電壓帶來的高絕緣性卻無法滿足接收傳感設備對電氣性能、屏蔽性能的要求，這也是電子設備通常直接采用化學氧化膜（導電氧化）加涂覆方式進行表面處理的重要原因。通過改進結構設計和加工工藝，華日海洋環境戶外設備合理地將兩種氧化膜的優點集于一體。使其不僅具有良好的電氣性能與屏蔽性能，而且還擁有優異的耐磨性和高抗蝕性。這一氧化膜處理工藝有效解決了天線振子的連接與防護矛盾，也為采用有機涂層后易導致絲狀腐蝕的天線構件提供了新的解決措施。需要指出的是，兩種氧化膜都有多種生成工藝，其抗蝕性能因工藝方法和工藝參數不同而差異較大。本次研究中，通過對比分析不同工藝下氧化膜的抗蝕性能參數，優選出有利于提高設備防護性能的氧化膜生成工藝。實驗表明：按選定工藝方法生成的陽極氧化膜，在不噴涂任何有機防護涂層的情況下，直接曝露在富含銅離子的酸性鹽霧環境中。其承受腐蝕的能力也遠高于軍品鹽霧防護所規定的驗收標準，顯示出良好的抗蝕性能。
3.5涂覆處理
從鋁合金的腐蝕機理可知，氯離子對氧化膜的穿透是造成金屬基體腐蝕的根本原因。因而，在氧化膜的表面增加對腐蝕介質有隔離作用的有機涂層可以大大提高抗蝕層厚度，降低電解液與氧化膜的接觸幾率，進而減緩氯離子對氧化膜的侵蝕進程。從涂層的耐蝕性、耐候性、附著性考慮，監測設備底層應采用適用于有色金屬的環氧類防腐底漆，面漆采用具有較強耐候性、抗腐性的改性丙烯酸涂料。從防腐效果看，光澤不積水的漆膜可以有效減少腐蝕介質的存留，破壞腐蝕電池產生的條件。常用的橘紋漆面、磨砂漆面、噴砂面不宜用于海洋大氣環境。鑒于涂覆工藝與產品最終抗蝕性的密切關系，本文研究過程中對監測設備的噴涂方式、涂覆層數、涂層膜厚、間隔時間等提出了具體要求，并進行了相應驗證。需要注意的是噴涂前基體表面應參照ISO8504進行清潔處理，以提高附著性、避免和減少絲狀腐蝕的產生。
3.6裝配處理
分析設備的腐蝕形態可知，其抵抗電偶腐蝕、縫隙腐蝕的能力相當一部分是由裝配環節實現的。因此監測設備的裝配應遵循以下原則：（1）由于電偶腐蝕主要存在于異種金屬的接觸處，因此需對緊固件、插接件的非導電面涂絕緣膠或加裝絕緣墊后裝入，以阻斷電氣接觸；（2）無法避免電氣接觸時，異種金屬構件應選用腐蝕電位與鋁相近的材料，緊固件可進行鍍鎘處理，以減小電偶腐蝕對箱體造成的危害；（3）對彈墊、平墊間的縫隙，箱蓋與箱體間的縫隙，插座與面板間的縫隙均應采用聚氨酯彈性密封膠填充，以減少縫隙腐蝕的發生；（4）裝配完成后應對所有緊固件、插接件外露部分噴涂聚氨酯清漆實現表面隔離防護，避免不同金屬外露部分通過表面電解液膜構成腐蝕回路。
4設備的防腐蝕驗證
海洋大氣環境對監測設備的腐蝕是一個多因素作用下的緩慢、漸進過程，通常采用鹽霧試驗方法對產品抗蝕能力與防護措施的合理性進行評估驗證。圖3CASS試驗后的戶外機箱常見的鹽霧試驗有：中性鹽霧試驗（NSS）、乙酸鹽霧試驗（ASS）、銅加速乙酸鹽霧試驗（CASS）三種。其中NSS是軍品防腐蝕驗收標準規定試驗方法，CASS的腐蝕加速性為NSS試驗的8倍。為驗證本文防腐措施的有效性，采用CASS標準對海洋環境戶外機箱進行了與軍品驗收時間要求相同的抗蝕性試驗（見圖3），結果顯示：機箱表面無點蝕及起泡空鼓現象，漆膜光澤亮麗，內置電路板卡，導電結合面完好如初，無任何腐蝕跡象，防腐效果符合設計期望。
5結束語
由于腐蝕介質的不同，工作于海洋大氣環境的無線電監測設備在結構設計與制造工藝上都與內陸設備有著較大的區別。本文所提出的防腐措施為提高該類設備的防腐性能積累了經驗，為無線電監測設備在海洋大氣環境下的可靠應用提供了技術借鑒。
參考文獻：
[1]魏保民.金屬腐蝕理論及應用.化學工業出版社
[2]侯寶榮等.海洋腐蝕環境理論及其應用.科學出版社
[3]李曉剛等.我國海洋大氣腐蝕分級分類與機理.2014海洋材料腐蝕與防護大全
[4]朱祖芳.鋁合金陽極氧化與表面處理技術.化學工業出版社
篇4
【關鍵詞】Ni-Cr-Al高溫合金;性能;研究現狀;發展
1.引言
鎳是一種耐腐蝕性優良、韌性較好的金屬材料，具有良好的力學、物理和化學性能，添加適宜的元素可提高它的抗氧化性、耐腐蝕性、高溫強度和改善某些物理性能。Ni-Cr-Al合金的成分主要是鎳鋁，鉻的含量較少，是重要的高溫合金材料，在能源開發、化工、電子、航海、航空和航天等部門中都有廣泛的應用，物理與化學的性能不言而喻，耐高溫、抗蠕變、抗腐蝕性能好，憑借這些優良性能，使鎳鉻鋁合金成為未來高溫合金材料中最有前景和價值的合金材料之一，因此，研究鎳鉻鋁合金對現實工業生產具有重要的意義。
2.概述
Ni-Cr-Al高溫合金依靠其耐高溫抗氧化性能，成為重要高溫材料之一，在國防和工業生產中，扮演著重要的角色，以其優良的性能被廣泛應用于航空航天，電力，冶金等高溫部件。Ni-Cr-Al高溫合金這樣良好的性能主要依靠Al和Cr來形成一層Al2O3和Cr2O3保護性氧化膜，氧化膜生長緩慢，粘附性較好，對基體起到良好的保護作用。
3.Ni-Cr-Al合金的發展歷程
3.1 Ni-Cr合金：Ni-Cr合金可作為耐熱、抗高溫氧化和耐腐蝕的涂層。典型的鎳鉻合金為鎳含量80%、鉻含量為20%，但也有鎳為60%，鉻為16%和其余為鐵的。其中80Ni20Cr合金是熱噴涂常用的材料，該合金具有較好的耐高溫氧化性能，耐酸和堿腐蝕，是制備耐熱、耐蝕涂層的典型材料。由于涂層致密、與基體材料的粘結性好，通常作為耐熱陶瓷涂層的粘結底層，既能增加涂層的結合強度，同時又能防止高溫氧化和腐蝕性氣體對金屬的侵蝕，但該合金不耐硫化氫、亞硫酸氣體、鹽類及高溫潮濕下還原性氣體的腐蝕，在硝酸、鹽酸溶液中也容易受到侵蝕。可廣泛應用于鍋爐水冷管壁（包括重油余熱鍋爐中的水冷管壁及燃煤鍋爐水冷管壁）和換熱器管壁，以減緩鍋爐管壁的腐蝕與沖蝕。如美國TAFA公司為噴涂鍋爐水冷壁保護涂層而設計的牌號為45CT的鎳鉻合金絲，保護鍋爐管道，延長其使用壽命。
3.2 Ni-Al合金：用于電弧噴涂的Ni-Al合金絲，鎳、鋁的質量比為Ni：Al=95：5，成分近似于鎳包鋁自粘結復合粉末。許多方面Ni-Al合金絲可以代替Ni-Al復合絲，而它的冶金結合性能優于Ni-Al復合絲。Ni-Al合金絲用作電弧噴涂時，電弧使熔滴強烈過熱，鎳和鋁的氧化反應（而不是鋁化鎳的形成）放出大量的熱量，使熔滴地撞擊到工件表面的瞬間與基體表面發生冶金結合，形成一些微“焊合”點，導致涂層與工件之間的牢固結合。Ni-Al合金涂層除具有良好的抗高溫氧化性能外，還具有良好的腐蝕性能。
3.3 Ni-Cr-Al-Y合金：為四元系高溫熱腐蝕涂層，航空、艦船、發電用的在高溫合金制作的高溫部件，在其表面施加這種四元系涂層，厚度在45-200?m，可以提高機體材料的抗熱腐蝕能力，耐熱壽命可延長達幾千小時，以致近幾萬小時[1]。
4. Ni-Cr-Al抗高溫氧化合金性能的研究現狀
隨著航天、航空、電力、冶金、能源、石工工業的迅速發展，對高溫抗氧化合金材料的服役性要求越來越高，高溫抗氧化合金材料已經成為影響工業發展的決定性因素，這就給高溫抗氧合金的研制和開發提出了新的挑戰機遇，目前提高合金抗高溫氧化的手段如下：
4.1 通過向合金內添加親氧元素，使合金表面發生擇優氧化，進而形成一層連續、致密、粘附性較好的氧化薄膜更好的保護基體，產生擇優氧化的條件[2]：
4.1.1 添加在合金中的元素對氧的親和力要大于基體金屬的。
4.1.2 在基體中摻雜的合金元素的離子半徑要小于基體的，這樣容易向表面擴散。
4.1.3 在更容易發生擴散行為的情況下加熱。
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 通過處理表面來加強合金的抗氧化能力
4.2.1 擴散摻層法
4.2.2 通過注入稀土元素改層法
4.3 通過防護涂層法來進一步加強防護能力
4.3.1 合金涂層
高溫合金抗氧化涂層有以下分類[3]
4.3.1.1 鋁-鉻、鋁-鉛、鋁-硅等鋁化物涂層是通過用化學氣相沉積的方法經改進所獲得，這些涂層有制作簡單、自身性質穩定、而且造價較低等較好的優點，其缺點是組成的成分的控制很不容易。
4.3.1.2 M-CrAl-Re，其中M包括的范疇為鐵、鈷、鎳等磁性材料，Re包括的范疇為稀土元素釔、鈰、鉿等活性元素）此類涂層屬于包覆涂層，這種涂層在低溫低壓的條件下用等離子噴涂、電子束物理氣相沉積、濺射離子鍍等手段制作，此類涂層的組成部分是可以控制的，同時具備抗腐蝕性能等優點，其缺點是生產的成本較高而且工藝設備造價很高，即便生產出來也難以均勻的涂在基體表面。
4.3.2 陶瓷涂層
此涂層是可以在低溫低壓下用等離子噴涂制作而成的。
4.4 納米涂層[4]
如果用離子濺射沉積的方法來處理鑄態合金表面，可以得到這種納米涂層在二個方面的作用：一方面，這種涂層的應用可以明顯提高合金基體的抗高溫抗氧化性能，進而提高對合金基體進行保護作用，其作用機理就是改善氧化薄膜，另一方面這種涂層的使用不會使其材料與基體發生不利的作用。
5.Ni-Cr-Al合金高溫氧化的研究進展
Ni-Cr-Al合金是在80Ni-20Cr 合金的基礎上加入Al元素發展起來的， 由于該合金優良的耐高溫氧化和腐蝕能力而被廣泛地用于熱防護涂層。
Ingard A等人研究了含不同Cr/A1比的Ni-Cr-Al合金在800-1300℃空氣或1個大氣壓氧氣中的氧化行為。發現氧化速率隨時間迅速降低，且為理想的拋物線。主要反應產物為NiO，Cr2O3，α-A12O3和Ni（Cr，A1）2O4。反應產物相對量是成分、溫度、氧壓和反應時間的函數。Ni-9Cr-6Al合金由于在所有溫度下都形成α-A12O3具有最好的抗氧化性能。
孫長波等研究了Ni-Cr-Al合金在1000℃空氣中的氧化行為，經過試驗發現在合金中添加Al元素以后使合金的氧化速度很明顯的下降了，促使合金在高溫條件下自身的抗氧化性能得到顯著的提高;合金元素Al的添加使合金表面生成連續致密的Cr2O3薄膜，繼而還降低了在合金外層形成Cr2O3薄膜需要Cr的含量，合金元素Cr，還使合金表面氧化薄膜的內部生成極薄A12O3，含Cr為20%，含Al為2.5%的Ni基合金在高溫情況下在合金表面形成連續致密的氧化薄膜，成分為Cr2O3，而在Cr2O3薄膜內部形成極薄的A12O3薄膜，進而抑制了NiO的生長. 這些研究結果表明，合適的Al，Cr合金化可以使合金發生選擇氧化。Cr，Al選擇氧化可以提高Ni-Cr-Al合金的高溫氧化性能。Ni-Cr-Al合金氧化膜與基體的粘附性不是很好，導致氧化過程中有輕微的氧化膜剝落，就其原因人們作了大量研究。早期有人注意到雜質硫會向Ni及Ni基合金表面的偏聚，且氧化膜的粘附性與雜質元素硫偏聚有關。
Ni-Cr-Al合金在真空爐中進行高溫退火處理時，發現當以雜質元素形式存在的硫含量為50×10-6的合金，表面的硫含量可以達到20at%，從而引起氧化膜的嚴重剝落。Ni-Cr-Al合金內添加微量稀土可以顯著改善合金的抗高溫氧化性能。如已發展的含稀土氧化物的彌散強化合金即（ODS合金），抗高溫腐蝕性能最優異的包覆涂層MCrAl-Y（M代表Ni、Co或Fe）。Funkenbusch等曾對不同S與Y添加量的Ni20Cr12Al（%）合金的循環氧化進行了研究.由于Y的加入，合金表面的氧化膜的粘附性確實得到了很大提高。人們已經對稀土元素的微觀作用機制進行了大量研究，其中提出了一些具有代表性的模型：微釘理論、空位阱理論、生長應力消除理論、氧化膜塑性理論及硫效應模型，但到目前還沒有統一的模型， 已經提出的多種模型都存在局限性。
6.Ni-Cr-Al-Y涂層高溫氧化研究進展
Ni-Cr-Al-Y耐高溫涂層材料，其熱膨脹系數介于金屬和陶瓷之間，有著良好的抗氧化抗腐蝕的綜合性能，即可以單獨用作熱障涂層（TBCS）也可以作為熱障涂層中的粘結層使用。廣泛應用于大型燃氣渦輪發動機葉片等高溫部件的熱障涂層中，工作溫度一般在1000℃以上。熱障涂層的應用不僅可以提高基體抗高溫腐蝕能力，進一步提高發動機工作溫度，而且可以減少能耗、提高效率、延長熱端部件的使用壽命。
李美等研究了濺射Ni-Cr-Al-Y涂層氧化過程A12O3膜結構與形貌的轉變，結果發現濺射Ni-Cr-Al-Y涂層在900℃～1100℃氧化過程中，氧化膜存在θα-A12O3相變，其相變的速度與溫度有關，溫度越高，相變越快;涂層表面生成的氧化膜形貌取決于氧化溫度和時間，θ-A12O3隨著溫度的提高或同一溫度下時間的延長，從針狀依次變化為晶須狀和刀片狀或簇擁成團，而α-A12O3為顆粒狀;對濺射Ni-Cr-Al-Y涂層進行真空熱處理，可促進氧化膜的相變，使涂層表面快速形成保護性的α-A12O3 。
張玉娟等[22]研究了Ni-Cr-Al-Y涂層的表面狀態對高溫氧化行為的影響，經研究發現：拋光態涂層在1050℃恒溫氧化，短期內（150h）生成α-A12O3保護膜，氧化膜與基體的粘附性好，氧化動力學曲線成拋物線型，涂層抗氧化性好;150h后，保護性氧化膜被破壞，動力學曲線轉為線性上升，涂層抗氧化能力下降。噴涂態涂層的長期抗恒溫氧化能力比拋光態涂層強。在1050℃恒溫氧化300h，動力學曲線符合拋物線規律，表面α-A12O3保護膜無破壞。無涂層涂覆的基體合金表面不能生成α-A12O3保護膜，合金抗氧化能力差。
樓翰一等研究Ni-Cr-Al納米晶合金在1000℃的高溫氧化行為，研究發現納米晶化大大擴展了鑄態Ni-Cr-Al合金氧化時，連續外A12O3層生成區的成分范圍;更為重要是，在常溫高溫合金所在的成分區域內，納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優良的A12O3膜。
7.展望
隨著科學技術的進一步發展，Ni-Cr-Al高溫合金將被更廣泛的應用到國防、工業生產的各個領域，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，同時適量的加入稀土元素有利于控制S元素對薄膜脫落的影響，更好的保護Ni-Cr-Al合金基體，以便更好的發揮Ni-Cr-Al合金優良的抗高溫、抗氧化性能。
參考文獻
[1]石力開.化學材料詞典[M].化學工業出版社，2006.
[2]朱日彰.金屬腐蝕學[M].北京冶金工業出版社，1989.
[3]唐兆麟.Ti-Al金屬間化合物的高溫氧化防護涂層[D].沈陽：中科院金屬所博士論文，1997.
篇5
關鍵詞：優化內容；改革方法；寓學于樂
中圖分類號：TQ；G6420 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2909(2012)04-0053-03
在當今科技高度發展、學科交叉進一步加強的時代，化學已經滲透到建筑、信息、材料、能源、機電、生命、環保等學科領域。大學化學是高校建筑類專業的公共基礎課程，它在化學基本理論與工程具體實踐之間搭起了一座橋梁。大學化學課程對優化學生的知識結構，培養學生用化學的觀點分析、認識科學技術和社會實際中的化學問題，對把學生培養成為厚基礎、寬口徑、強能力、高素質的創新人才有著重大的現實意義。
一、圍繞專業需求，安排教學內容
大學化學是建筑類專業學生大學期間唯一一門化學類課程，具有相對的獨立性和完整性。教師在講授大學化學時，經常會犯“講得過多”和“講得過少”兩類錯誤［1］。所謂“講得過多”是指教師系統地介紹現代化學的所有內容，力圖追求化學理論知識的完善；而“講得過少”則是指教師只羅列一些與化學有關的熱點問題和案例，基本不闡述化學的基礎原理和規律。實踐證明，“講得過多”和“講得過少”都不利于理論與實際的結合，不利于建筑類專業學生創新能力的培養。
因此，要針對建筑類專業的實際需要［2］，合理安排教學內容，需要對教學內容進行適當刪減、強化、增加。刪減、回避過細的化學計算和復雜的化學公式；強化水化學、膠體化學、材料化學等建筑領域中所必需的化學基礎知識的教學，使學生能運用化學理論、觀點和方法審視環境、能源、材料等社會熱點論題；增加化學學習與專業應用之間的聯系以及化學在工程實踐應用中新成果。如華中科技大學針對建筑類專業學生的特點，在電化學原理部分的教學中，增加了陽極氧化和電解拋光知識。從電化學的角度出發，介紹了陽極氧化和電解拋光原理以及電解液的選用，分析和討論這兩種工藝的應用及其優缺點，讓學生理解化學知識與專業實際息息相關，與工程技術緊密聯系，并能學以致用。
二、改革教學方法，貫徹啟發式學習理念
培養學生創新思維是教育的關鍵，而創新源于興趣、起于自主、發于嘗試。傳統“教師中心論”的教學模式，教師處于完全的主導地位，在課堂上只向學生灌輸知識，而不注意把握學生的心理，這與創新格格不入。因此要改革教學方法，貫徹啟發式學習理念，充分調動學生學習的積極性。
（一）理論講授要精心設計，遵循學生認知思路，突出以學生為中心的教學模式
教學活動是學生在教師的指導下進行的有目的、有計劃的學習活動。化學基本原理中大量公式的教學，應當是在教師引導下訓練學生有意識地進行抽象邏輯思維活動。教師要設計一系列問題，并留出學生積極思考的時間，通過師生間的討論和交流，使學生主動得出結論。如在講授化學熱力學中化學反應方向的判斷時，教師可以設計下列的教學程序。
首先，在壓力為標準態和溫度為298.15 K時，判斷標準是ΔrGθm(298.15 K)，它可以由參與反應的各個物質的ΔfGθm(298.15 K)而計算出來，這一點學生都清楚。其次，教師引導學生思考“若壓力仍是標準態，但溫度不是298.15 K，該怎么辦？”并提示ΔrHθm(T)和ΔrSθm(T)與溫度無關，提醒學生可以用吉—亥公式求解。然后，進一步發問：“若壓力不是標準態，溫度也不是298.15 K，該怎么辦？”此時提示學生利用熱力學等溫方程式中的ΔrGm與ΔrGθm的關系，將非標準狀態化為標準狀態，從而求解。
通過學生和教師間的這種互動、提問、設疑、解答，學生在自覺、主動、多層次的參與過程中不但學會了復雜的化學反應原理，而且也掌握了分析問題、解決問題的科學方法。
（二）應用部分要勇于放手，讓學生走向講臺
教育的關鍵是使學生具備將所學知識應用于實際的能力。化學應用部分的目的正是培養學生利用所學的化學原理分析、解決工程實際問題的能力。在學生課后自學和相互討論的基礎上，學生和教師換位，由學生講解該部分內容，對專業中遇到的實際問題，如金屬腐蝕的防護與利用上升到化學原理加以分析，論述自己的觀點。學生為了講解清楚課堂內容必須認真預習，做好充分的準備。因此，他們在主動獲取知識的同時，無形中提高了對這門課程的學習積極性。
（三）改革考試方法，以課程論文、實驗設計代替閉卷考試
學生學學化學的基本原理和方法的目的不是為了成為化學家，而是具備基本的化學素養的化學思維，能以化學的眼光、角度、世界觀分析和解決工程實際中遇到的化學問題。若通過做習題來檢測學生的學習效果，不管是開卷或閉卷的考核形式都沒有意義。相反，布置課程論文，讓學生在查閱資料的基礎上，對一些典型案例抽象化，建立理論模型，再用課堂上所用的原理進行分析，提出自己的見解；或者要求學生運用化學基本原理，結合專業特點，對自己感興趣的內容自行構思、自擬方案，完成一個綜合實驗設計，并通過實驗驗證。這兩種方式表面上不直接考察學生理論知識，實際上考察他們運用理論知識解決實際問題的能力是更深層次的要求［4］。
實踐證明，布置論文或綜合實驗設計的考核方式行之有效，很多學生寫出了較高質量的論文，大學化學實驗設計也深受學生歡迎，真正達到了培養學生創新能力的目的。
