氢氟酸金属腐蚀机理及临氟工况自控阀门材料的选择 — 【中阀小课堂】 NO.01022

氢氟酸是氟化氢气体的水溶液,为无色透明至淡颜色发烟液体。有泛酸性气味。分子式 HF-H2O。相对密度 1.15～1.18。沸点 112.2℃。氢氟酸是一种剧毒和强腐蚀性的物质。其本身易挥发并且能与水完全互溶而引起强烈腐蚀。

一、氢氟酸对金属材料的腐蚀现象主要有：　　　　　　　

(一)均匀腐蚀

氢氟酸对金属材料的腐蚀是电化学腐蚀。其腐蚀是按电化学过程进行，即阳极产生金属溶解(均匀腐蚀)，阴极析出氢。

(二)氢鼓泡和氢脆

氢氟酸介质与碳钢接触生成氟化铁和氢原子： Fe+2HF→FeF2+H2　 氟化铁是一种致密的锈蚀物，附在金属表面形成一种保护膜，使氟化氢的扩散速度降低。对设备起到保护作用。但当介质温度超过65℃时，该层锈蚀物的保护膜就将剥落，使金属继续被腐蚀。腐蚀反应产生的氢原子对钢材有很强的渗透能力。这种渗透能力与温度有关，温度越高，渗透越强。

(三)应力腐蚀

应力腐蚀是材料在应力和特定介质共同作用下所引起的材料开裂。在氢氟酸中碳钢和蒙乃尔合金均可能产生应力腐蚀开裂。这种应力腐蚀是随温度的增加而加剧。

(四)缝隙腐蚀

在设备焊接处存在有间隙；焊缝裂纹；垫片与密封面之间的间隙；螺母接触面间隙。在这些间隙和缝隙之间聚存着一部分静止的酸液，而且这里的酸液不断积聚浓缩使已形成的保护膜被高浓度的氢阳离子破坏，从而使腐蚀加剧。

二、常用材料的耐氢氟酸腐蚀特性

1）碳钢在一定范围内能耐氢氟酸腐蚀。在无水氢氟酸中(酸浓度85～高标准，酸中含水≤3%)碳钢使用温度不高于71℃。但也有资料报道“在60℃以下，浓度大于75%以上的氢氟酸可以选用碳钢。”蒙乃尔合金是目前抗氢氟酸腐蚀较好的金属材料之一。　　　　　　　　　

2）高铬钢和铬镍不锈钢在氢氟酸浓度高于50％的介质中有严重的点腐蚀。12Cr和1Crl8Ni9Ti等不锈钢在氢氟酸中生成的保护膜致密性差，即使在常温下也能为氢氟酸所破坏。一般不选用。　　　　　

3）铸铁本身性脆，机械性能差，碳、硫、磷、硅含量较高。不耐氢氟酸腐蚀。　　

4）铜虽然在低温、稀酸中耐氢氟酸腐蚀，但不耐冲蚀。对流速较大的流动介质不能选用铜。在浓的氢氟酸中铜可耐66℃氢氟酸腐蚀 。　　　　　　　　　

5）铝不耐氢氟酸腐蚀。

6）金、银、铂等贵重金属抗氢氟酸能力比蒙乃尔合金还要好，但由于价格昂贵，一般不选用。　　　　

7）非金属材料中聚四氟乙烯、橡胶对氢氟酸有较好的耐腐蚀性能，可用作密封材料。也可用作滑板阀的内件材料。

8）玻璃以及硅酸盐陶瓷材料不能使用，氢氟酸易与其产生分解反应。其反应机理如下所示：

CaSiO3 + 6 HF → CaF2 + SiF4 + 3H2O

SiO2 + 4 HF → SiF4 + 2H2O

三、影响氢氟酸腐蚀的主要因素

(一)氢氟酸浓度的影响

浓的氢氟酸腐蚀性能极其微弱，而稀的氢氟酸则具有很强的腐蚀性，并且腐蚀性是随氢氟酸浓度的降低而加剧。原因：浓度降低，导电离增加，离子的迁移和扩散容易进行，影响腐蚀电流也较大。当降低到某个浓度时，腐蚀性较强。再降低浓度，腐蚀率将随之降低。

(二)温度对腐蚀的影响。

对化学反应来说，温度是一个关键的条件，温度升高，使反应加速，也能使腐蚀加剧。对于碳钢材料，当使用温度高于65℃时，因氟化铁(FeF2)保护膜失去作用，腐蚀急速加剧，建议选用蒙乃尔合金。　　　

(三)介质流速对腐蚀的影响。介质的流速对生成的保护膜有一定的影响，介质流速过高．保护膜受到介质冲刷极易脱落，使金属的腐蚀速度加剧。保护膜附着力大小：蒙乃尔合金（NiF2) > 铜 （CuF2) > 钢（FeF2)

四、自控阀临氢氟酸材料选择

四氟乙烯、特氟龙等有机材料对氢氟酸环境具有很好的耐腐蚀性能。滑板阀的内件材料可选择耐氢氟酸骨料增强的四氟乙烯材料。阀内内腔及流道可喷涂特氟龙有机材料。阀体可以选用蒙乃尔合金。