哈氏合金与钽合金在溴胶混合器环境下的腐蚀行为研究.doc

1、中国石油大学（华东）毕业设计（论文）本 科 毕 业 设 计（论文）题 目：哈氏合金与钽合金在溴胶混合器环境下的腐蚀行为研究学生姓名：韩 飞学 号：09132306专业班级：材料物理09-3班指导教师：张 军2013年 6月20日中国石油大学(华东)本科毕业设计(论文)哈氏合金与钽合金在溴胶混合器环境下的腐蚀行为研究摘 要我国燕山石化溴胶混合器的溴腐蚀穿孔现象非常严重，这严重制约了生产效率，延长了生产周期，并增加了生产成本。本文针对燕山石化溴化丁基橡胶生产装置所处的腐蚀环境，采用挂片失重法研究哈氏合金在含溴己烷胶液中的腐蚀情况，并采用SEM、EPMA等手段对其腐蚀原因进行了综合的分析与评价，发现

2、哈氏合金表面出现明显的点蚀、晶间腐蚀和冲刷腐蚀，并发现溴元素是导致哈氏合金发生严重腐蚀的主要因素。另外，本文对钽合金和哈氏合金的耐蚀性能进行了对比，实验结果表明钽合金的耐蚀性明显优于哈氏合金；并通过对电化学极化曲线、SEM及EDS图像的分析对所选四种钽材的耐蚀性能进行评价，分析结果表明四种钽材的耐蚀性大小依次为：TaTaW10TaNb3 TaW2.5。通过本文对两种合金耐蚀性的对比，可以选用钽合金替代溴胶混合器中的哈氏合金，从而解决燕山石化溴化丁基装备的腐蚀现象。关键词：哈氏合金；溴离子；腐蚀；极化曲线；钽The corrosion behavior research of C-276 and

3、 tantalum alloy in bromine glue mixer environmentAbstractThe bromine corrosion perforation of Yanshan Petrochemical bromine rubber mixer is very serious,which severely restricts the production efficiency,extends the production cycle and increases the cost of production. The article is based on corro

4、sion environment of Yan Shan petrochemical brominated butyl rubber production equipment,in which coupon weight loss method is employed to research the corrosion of Hastelloy in the bromine-containing hexane glue,and SEM,EMPA and other means are used to analyze and evaluate the corrosive reasons synt

5、hetically,on the Hastelloy surface we find apparent pitting ,intergranular corrosion and erosion corrosion,and find that bromine is the main factor causing severe corrosion of Hastelloy.On the other hand,the thesis also compares the corrosion resistance of tantalum alloy and Hastelloy,the experiment

6、al result shows that the corrosion resistance of tantalum alloy is superior to the Hastelloy.And it evaluates the corrosion resistance of the selected four tantalum materials by analyzing the polarization curves,SEM,EDS and other means,the analysis result indicates that the order of the corrosion re

7、sistance of four tantalum alloys is:TaTaW10TaNb3 TaW2.5.Though the comparison of two kinds of alloy corrosion resistance,we can replace the Hastelloy of bromine glue mixer with tantalum alloy,so as to solve the corrosion phenomenon in Yanshan petrochemical brominated butyl equipment.Keywords：Hastell

8、oy；Bromide Ion；Corrosion；Polarization Curve；Tantalum 目 录第1章 前言11.1 腐蚀简介11.1.1 腐蚀的定义及危害11.1.2 腐蚀速度表示方法21.1.3 腐蚀防护方法21.2 溴离子作用下的腐蚀类型31.2.1 点蚀31.2.2 晶间腐蚀31.2.3 冲刷腐蚀41.3 国内外研究现状51.4 本文研究内容6第2章 实验方法及原理介绍72.1 失重法原理72.2 极化曲线72.3 腐蚀产物表征方法92.3.1 SEM原理92.3.2 EDS原理102.3.3 EPMA原理10第3章 哈氏合金在溴离子作用下的腐蚀行为研究113.1 实验

9、过程113.1.1 实验装置与实验材料113.1.2 实验步骤113.2 腐蚀形貌观察133.2.1 材料宏观腐蚀形貌分析133.2.2 材料微观腐蚀形貌分析143.3 腐蚀原因分析163.4 小结17第4章 钽合金与哈氏合金耐蚀性能对比184.1 浸泡试验分析184.2 电化学试验分析204.3 腐蚀产物及形貌分析224.3.1 腐蚀形貌分析234.3.2 腐蚀产物分析234.4 小结24第5章 结论26致 谢27参考文献28第1章 前言第1章 前言腐蚀是一种不可避免的自然现象，因腐蚀造成的经济损失是非常严重的。按国际通常统计方法计算，我国每年因腐蚀造成的经济损失近万亿元，仅腐蚀造成的经济损

10、失就达到3%4%GDP。同时腐蚀也污染着我们的生存环境，由于腐蚀引发的灾难性事故越来越多，尤其是近几年出现在石油石化行业的腐蚀甚为严重。本文主要以燕山石化溴化丁基装备中的溴胶混合系统为研究对象。溴化丁基橡胶是通过把丁基橡胶、正己烷和液溴按照一定比例放入溴胶混合器中搅拌、反应而形成的。这个过程中产生的溴离子是活性阴离子，它在溶液中能够轻易的吸附在金属表面，从而轻易地破坏材料表面的保护层或钝化膜，具有很强的腐蚀性。制作溴胶混合器的材料是富含镍铬钼的哈氏合金。哈氏合金具有很好的耐均匀腐蚀和点蚀的性能，但在溴离子的作用下，不到二十天溴胶混合器就会发生腐蚀穿孔。经过钽合金与哈氏合金耐蚀性对比后，发现钽在

11、含溴己烷胶液下耐蚀性能很好，钝化膜几乎没有受到破坏，从而确定钽为含溴己烷胶液环境下耐蚀材质的最优选择。1.1 腐蚀简介1.1.1 腐蚀的定义及危害腐蚀是指金属或材料在其所处环境中发生损坏或变质的现象。腐蚀不仅会导致材料宏观上的性能发生变化，同时也会使材料的微观2性质发生变化。根据腐蚀的定义，可以按照材料所在环境，材料腐蚀形态以及腐蚀反应机理3(电化学腐蚀4和局部腐蚀)，作为分类的基础，对腐蚀进行分类5。腐蚀现象危害6十分严重，广泛出现在各个领域，影响巨大。腐蚀的严重危害大致概括为以下几方面：造成巨大的经济损失，其中包括对材料的保护、组件和设备腐蚀损坏后的维修、更换及劳工成本等造成的直接损失，还

12、有由于腐蚀破坏造成的各种间接损失；污染人类的生存环境：某些设备和管道由于腐蚀发生泄漏，既污染环境又浪费生产原料；引发灾难性事故7：由腐蚀引发的事故每年都有很多，比如某些易爆装置因腐蚀发生爆炸导致多人伤亡；阻碍新技术发展：美国曾研究熔盐原子能反应堆，但由于腐蚀问题无法解决最终放弃；自然资源的巨大消耗：每年因腐蚀造成大约五分之一的金属年产量的损失。1.1.2 腐蚀速度表示方法材料腐蚀指材料的重量、厚度、表面状态及电极过程等均发生变化。全面腐蚀可用平均腐蚀率表示：(1)重量指标(由公式1-1给出)： () (1-1) 其中重量指标的腐蚀速率，；、分别表示腐蚀前、腐蚀后试样质量；S试样面积；t挂片时间

13、。(2)深度指标(由公式1-2给出)： () (1-2)其中深度指标的腐蚀速率，；、分别表示腐蚀前和腐蚀后深度。(3)电流指标(由公式1-3给出)： (1-3) 均匀腐蚀电流密度，则。其中电极析出或溶解的物质的量，g；S阳极面积。(4)力学性能指标(由公式1-4给出)： (1-4)其中VM力学强度的损失率；M0腐蚀前材料的力学性能；M腐蚀后材料的力学性能。1.1.3 腐蚀防护方法从热力学角度分析，可以从腐蚀趋势、产物对金属腐蚀进行防护，金属防护方法8主要包括阴极保护、阳极保护以及调节PH三种方法。 从动力学角度分析材料腐蚀控制与防护的方法主要依据公式(1-5)： (1-5)从公式中可以知道对材

14、料腐蚀控制的方法可以从两个角度来考虑：腐蚀电流密度和阳极平衡电极电位。我们可以通过降低电位差、提高阳极极化(钝化)、提高阴极极化(牺牲阳极、外加电流)以及提高电阻极化(非金属涂层)的方法来降低腐蚀电流密度，同时通过合理选材(选择耐蚀合金或进行表面改性)以及结构设计优化的方法来控制阳极平衡电极电位，从而达到保护金属的效果。1.2 溴离子作用下的腐蚀类型腐蚀的类型包括很多种，在溴离子作用下金属表面主要发生点蚀、晶间腐蚀和冲刷腐蚀，因此本文重点介绍这三种腐蚀类型。1.2.1 点蚀点蚀又称孔蚀，是一种在金属表面出现蚀坑，且蚀坑深度较深，但直径很小，未出现蚀坑的位置腐蚀不严重。点蚀通常出现在发生钝化的金

15、属或合金中，当加在金属两端的电极电位超过击穿电位时，金属表面就会发生点蚀，在含有侵蚀性阴离子如Cl-或Br-的条件下更容易产生9。点蚀的形成包括蚀孔形核和生长两个阶段，前者可用两种不同的理论(钝化膜破坏理论和吸附理论)解释，后者可用“闭塞电池”的自催化理论来解释10，此处不做详细介绍。由于点蚀发生最初，蚀孔很小，不易被发现，但其继续腐蚀的速度特别快，在不经意间就会导致设备的穿孔，正如本文所涉及的溴胶混合器的腐蚀情况，因此点蚀是一种危害性很大的腐蚀类型。为了减小点蚀带来的危害，可以采取一些措施来防止点蚀的发生。具体措施如下：改善介质条件通过降低溶液中的活性阴离子含量，尽量避免高价金属离子的存在，改变温度