不锈钢装备在强还原性介质中的腐蚀控制新技术及应用

技术简介

不锈钢是工业、科技、国防等领域应用最广泛的材料之一。不锈钢表面的钝化膜需要在氧化性环境中才能稳定地存在，因此不锈钢在氧化性环境中，例如大气、水环境、硝酸溶液等，具有良好耐蚀性，而在非氧化性或还原性环境例如高温稀硫酸、高温甲酸等介质中，由于表面的钝化膜不稳定，不能有效地保护基体，耐蚀性就很差；在含有能破坏钝化膜的有害离子的介质中，不锈钢的耐蚀性也很差。以化工、石化工业为例，在高温稀硫酸、高温甲、乙混合酸等介质中，奥氏体不锈钢腐蚀速度很快。由于温度较高，非金属材料在这种体系中不适用，国外部分企业采用耐蚀性更高的钛材或镍基耐蚀合金，但设备价格极其昂贵，同时材料来源和加工也非常困难。

该课题组研究开发了一种利用电沉积法在不锈钢表面制备钯系合金薄膜的技术，主要通过钯对不锈钢表面钝化性能的促进作用来提高不锈钢在非氧化性介质中的耐蚀性，并研究了在工程现场对不锈钢设备进行大面积施镀的技术。这种方法能够显著提高不锈钢在非氧化性腐蚀介质中的耐蚀性，例如，在沸腾稀硫酸和沸腾甲、乙混合酸中，镀钯不锈钢的腐蚀速率可以降低三到四个数量级，在含有微量 Cl、Br 离子的环境中，耐蚀性也显著提高。已获得国家技术专利授权 2项，拥有完整的自主知识产权。

　　技术特点

1）研究开发了在奥氏体不锈钢表面制备钯、钯-铜和钯-铬合金薄膜的工艺技术，工艺稳定可靠，镀膜厚度可以在 0.5-3μm之间控制，膜均匀致密，具有良好的结合力和抗冲击性能。镀膜、镀液及刷镀过程中均不含有毒有害物质，环保性好。

2）镀膜不锈钢在非氧化性腐蚀介质中耐蚀性大幅提高，与未镀膜同种材料比较，在典型非氧化性环境（沸腾 20%硫酸，沸腾 90%乙酸+10%甲酸）中腐蚀速率降低约二到三个数量级。

3）传统的电镀或化学镀方法很难对大面积表面施镀，我们开发了可对大型不锈钢设备表面实施大面积快速电刷镀钯的工艺技术，并且能够针对在用的旧不锈钢设备进行表面处理和现场施工。

应用范围及市场分析：该技术最适用的场合是以高温稀硫酸等非氧化性腐蚀环境。前期曾在几个不同企业进行了现场实施，其中在某化纤厂的醋酸吸收塔的塔内水线附近和进料口镀膜约 20平方米，效果良好，镀膜两年后内壁仍保持比较平坦，未发生过去 1年即产生大量腐蚀坑的现象。

此外，在抽提法、乙醇法和丁烯氧化脱氢法制丁二烯，丁腈橡胶合成，维纶生产的醛化工序，钢厂和有色冶炼厂中的硫酸酸洗装置，湿法冶金与选矿中的硫酸与硫酸盐反应体系，无机酸、有机酸生产，纯碱生产中的碳化塔冷却管，尿素生产中的高压冷凝器、汽提塔、甲铵泵，锅炉和各种轻油、重油燃烧炉的省煤器、再沸器，废热锅炉等等装置，以及轻工、制药领域的一些装置等等，都有高温非氧化性介质的不锈钢腐蚀问题，本项目的研究结果在这些领域都有潜在的应用价值。

投资条件及效益分析：设备投资小，现场施工仅需刷镀电源设备及相关附件，原料主要是采用工业级 Pd盐，其成本根据镀膜的厚度不同，大约在 2000元/m2上下，与一般的涂镀层相比成本较高。但由于其应用场合是针对腐蚀特别严重、其它方法不能解决的设备或部位，需要保护的面积通常并不大。以一台醋酸吸收塔为例，塔高度 25 m，直径 2.3 m，由 316L和 317L不锈钢分段制造,其内表面积超过 180m2，装置投资约为一千万元，一旦设备由于局部腐蚀失效，会导致整套设备报废，损失巨大。但腐蚀严重的部位主要集中在塔身下部水线附近两米左右范围，面积只有十几个 m2，只要这一部分的腐蚀得到控制，整套设备就可以安全运行，因此保护成本并不高。经过镀钯处理后，设备检修周期和服役寿命可以显著延长，产生明显的经济效益。